详情

原文传递基于不同拌和温度沥青老化机理研究及老化基团鉴定

论文题名：	基于不同拌和温度沥青老化机理研究及老化基团鉴定
关键词：	路用沥青;拌和温度;长期老化;短期老化;老化基团
摘要：	沥青老化是影响沥青路面使用性能和耐久性的重要因素之一。目前，关于沥青老化的研究主要基于特定沥青样本常规物理及流变性能表征，大量研究表明沥青老化后宏观性能变化规律基本一致，但是不同沥青性能差异较大，这种差异是沥青材料内在组分组成性能变化的外在表现。由于沥青组成结构极其复杂，沥青老化的组分组成性能变化的分子机制和老化机理尚不清楚。同时，随着沥青路面材料施工技术发展，温/冷拌技术、高温热拌技术（热拌温度＞163℃）在不同沥青材料拌和工艺中多有出现，但不同拌和温度对沥青短期及长期老化性能影响尚不明确。随着沥青路面材料技术发展，SBS（苯乙烯丁二烯嵌段共聚物）改性沥青得到了广泛的应用，然而，不同 SBS 添加量对改性沥青短期及长期老化阶段性能的影响仍不明确。再生是沥青老化的逆过程，老化信息的判断是沥青路面再生时机判断的重要依据，然而目前沥青路面老化信息判断流程复杂，耗时较长，影响了老化沥青路面再生时机及时判断。本文研究了基于一种拌和温度下不同沥青材料、基于不同拌和温度下一种沥青材料的老化过程中性能老化规律和组分组成性能变化分子机理；研究不同拌和温度、不同 SBS 添加量对沥青长期老化性能影响；确定沥青老化组分组成变化的关键微观结构，即老化后特征基团“老化基团”；揭示沥青“老化基团”与物理、流变及组分组成性能之间的关联关系；建立基于“老化基团”的沥青老化预测模型，可为沥青老化信息快速判断提供技术支持。　　本文采用实验室旋转薄膜烘箱老化（RTFOT）及压力老化（PAV）模拟沥青的短期老化及长期老化，采用针入度、软化点等物理性能，动态剪切、弯曲蠕变等流变性能评价手段，四组分分离、饱和蒸气压法分子量测定、元素检测、X射线光电子能谱（XPS）、红外（IR）、核磁共振氢谱（HNMR）、热重等组分组成及微观结构评价手段进行不同油源基质沥青、不同含量 SBS 改性沥青老化前后性能考察研究，建立基于“老化基团”的沥青老化预测模型。主要研究内容包括：　　本文基于一种拌和温度，根据生产沥青的油源种类不同，选取了具有代表性典型基质沥青样本，考察研究了不同油源基质沥青的抗老化性能变化。结果表明，常规性能中针入度、软化点、延度、60℃动力黏度指标在基质沥青老化性能指标中变化最为显著。从四组分组成上来看，沥青在老化过程发生了芳香分→胶质→沥青质的组成结构转变，氧元素发生较大变化。从结构性能变化来说，沥青老化过程发生了氧化，老化后羰基和亚砜基团等含氧基团与其他基团相比，其含量呈现较明显的增加趋势，是基质沥青的“老化基团”。经化学计量学分析，基质沥青羰基吸收峰面积、热重残留质量比、热重损失率最大值的绝对值、元素分析氧含量与该沥青的四组分组成、物理、流变性能均具有较好的相关性。　　本文基于一种拌和温度选取了不同代表性含量 SBS 改性沥青样本，进行了沥青不同老化阶段抗老化性能评价研究。结果表明，4.5%含量的 SBS 改性沥青抗老化性能差于3.0%及3.8%含量的SBS改性沥青。SBS改性沥青的老化与基质沥青类似，主要是生成了羰基和亚砜，羰基基团是SBS改性沥青的“老化基团”。从化学计量学分析结果来看，1455cm-1处峰面积，IC=O，黏性模量G”及针入度指标在SBS改性沥青老化指标变化中最为显著。SBS改性沥青红外1695 cm-1附近特征吸收峰面积与沥青的物理、流变及组分性能的相关性较好。　　本文基于不同拌和温度对基质沥青及改性沥青进行了短期及长期老化试验模拟，考察分析了不同拌和温度对沥青材料性能影响，发现拌和温度对沥青长期老化性能有较大影响，当拌和温度达到183℃时，沥青材料的长期抗老化性能下降20%，在不同的老化阶段表现出最低的性能。　　本文建立了偏最小二乘法算法模型，分别根据红外检测全波段以及部分特征峰面积数据建立了基质沥青及改性沥青物理、流变性能和四组分的预测模型，该模型可对基质沥青及改性沥青绝大部分常规物理、流变性能和四组分组成等性能进行很好的预测，预测值与测量值之间的相关系数大于0.8。
作者：	徐萌
专业：	化学工程与技术
导师：	张玉贞
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国石油大学(华东)
学位年度：	2020