010-82930964 
编号：CYYJ04624
篇名：纳米二氧化硅改性温拌橡胶沥青抗老化性能及机理研究
作者：廖远宇
关键词： 温拌橡胶沥青; 纳米二氧化硅; 微观分析; 抗老化性能; 老化机理;
机构： 广州大学
摘要： 现代交通运输的不断发展要求沥青路面向着更为耐久与舒适的方向上升级。然而,受温度、湿度和光照等多种环境因素的影响,沥青材料会发生组分迁移、蒸发、团聚和硬化等现象,导致抗老化性能逐渐劣化,进而减少路面使用寿命并严重影响行车舒适与安全。为解决沥青老化带来的影响,需要针对不同的老化因素进而采取不同的改性材料。如何发挥不同改性剂的协同作用,成为诸多学者关注的焦点。本研究着眼于复合改性的思路,将具有强氧化抑制作用的橡胶颗粒与光屏蔽效果优异的纳米二氧化硅相结合,以期得到一种综合性能更强的复合抗老化途径。为纳米二氧化硅改性温拌橡胶沥青的推广应用,提高沥青路面的抗老化性能,延长路面使用寿命,减少烟尘和废气排放,保护环境等方面提供参考。 基于以上研究目的,在研究团队所研制的温拌橡胶沥青的基础上,制备纳米二氧化硅改性温拌橡胶沥青,采用自设计的紫外老化试验烘箱模拟真实气候环境,加之传统热氧老化方法(旋转薄膜加热和压力老化),进行三种老化形式的模拟以制备老化试样,通过老化前后的抗老化性能指标演变(三大指标、弹性恢复、旋转粘度、动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验)、微观形貌与力学特征变化(原子力显微镜试验)、红外光谱官能团分析、凝胶渗透色谱仪分子量分布等试验和相关指标,从宏观角度构建纳米二氧化硅改性温拌橡胶沥青抗老化演变模型,辅以微观分析研究纳米二氧化硅改性温拌橡胶沥青抗老化机理,揭示其抗老化性能演变的本质。研究结果表明: (1)纳米二氧化硅改性有效提升了温拌橡胶沥青的力学性能、存储稳定性和高温粘性行为;其中,优化了材料在高温环境下的抗车辙能力,而在低温条件下则大幅改善了材料的柔韧性,却在一定程度上劣化了材料在常温下的抗车辙能力。 (2)温拌橡胶沥青在老化过程中表现出柔韧性和低温刚度的明显劣化趋势,而纳米二氧化硅改性可有效延缓这些性能指标的下降速率,此外,紫外辐照条件下,纳米二氧化硅的引入大幅改变了温拌橡胶沥青在温度变化时的粘弹性能,在老化后材料的粘度和弹性恢复能力明显增加。 (3)纳米二氧化硅改性明显优化了温拌橡胶沥青的分子结构特征:一方面催化硫键的动态生成与稳定化,另一方面实现了分子组分的有效调控(重组分减少、胶质分解、轻组分增加),同时提升了材料整体的均匀性。 (4)温拌橡胶沥青的老化性能变化主要源于其分子组分的动态调整和化学键行为的变化。其中,纳米二氧化硅通过催化胶质分解、紫外光屏蔽及其对温度敏感性的调控等多重作用,成为提升抗老化性能的关键机制。
