基于AFM与分子动力学的改性泡沫沥青性能研究

针对泡沫沥青与集料黏结力较弱的问题，通过添加抗剥落剂对沥青进行改性。采用原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)观测与分子动力学模拟相结合的方式，在微观角度分析了抗剥落剂的作用机理。结果表明，抗剥落剂改性泡沫沥青的蜂状结构与光滑结构的黏附力和DMT模量都高于普通泡沫沥青。采用MS软件模拟基质沥青添加抗剥落剂前后沥青发泡过程。模拟结果表明，改性泡沫沥青各个参数都有所提升，并且水分子在改性泡沫沥青中扩散系数比基质沥青高34%。研究结果显示，抗剥落剂的添加可以增强泡沫沥青胶浆的黏结力，从而提高泡沫沥青混合料的水稳性。     

废旧电池粉末改性沥青的微观特性及其性能

为研究废旧电池粉末改性沥青的可行性，分别将不同掺量的废旧电池粉末加入70^#沥青中，以制备废旧电池粉末改性沥青，并对比基质沥青与SBS改性沥青进行性能评价。借助X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FTIR）、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等研究废旧电池粉末改性沥青的化学组成与微观结构，分析废旧电池粉末改性机理；采用三大指标、布氏黏度试验对废旧电池粉末改性沥青的常规性能指标进行测试；通过动态剪切流变仪（DSR）、多重应力蠕变（MSCR）试验评价废旧电池粉末改性沥青的流变特性；利用车辙试验（70℃）与短期老化前后的浸水马歇尔试验分析废旧电池粉末改性沥青混合料的高温稳定性及老化前后的水稳定性。研究结果表明：废旧电池粉末以C为主要成分，并含有极少量金属氧化物，其颗粒表面有较多的褶皱与凹槽；废旧电池粉末改性沥青表面存在"蜂巢"结构，且随着掺量增加，其粗糙度呈上升趋势，沥青针入度逐渐降低，软化点提升，延度略微降低，黏度逐渐增加；相同温度下，随着掺量增加，废旧电池粉末改性沥青的动态剪切模量G^*明显提高且始终高于70^#沥青，但略低于SBS改性沥青；废旧电池粉末改性沥青混合料动稳定度与残留稳定度逐渐增大；废旧电池粉末改性沥青的方式属于物理共混，该成分可使沥青的高温性能得到改善，改善程度未及SBS改性沥青，但相差幅度不大；废旧电池粉末改性沥青表面粗糙程度较大，意味着其拥有较大的比表面积，能增强沥青与集料间的黏附能力，从而提高了沥青混合料的高温稳定性与水稳定性。     

SBS/橡胶粉复合改性SH型混合生物沥青工艺及机理

为探究复合改性技术提升混合生物沥青路用性能的工艺及机理，针对特定来源的SH型生物沥青，将其与石油沥青共混制备混合生物沥青后进行SBS/橡胶粉复合改性，研究改性顺序及改性剂掺量对复合改性沥青常规路用性能的影响、生物沥青掺量对改性剂溶胀特性与复合改性沥青高温及低温性能的影响，由此确定混合生物沥青复合改性工艺；利用多应力重复蠕变恢复（MSCR）、弯曲梁流变（BBR）和频率扫描（FS）试验评价复合改性沥青的流变特性；借助红外光谱（IR）化学官能团分析以及荧光显微镜（FM）和原子力显微镜（AFM）微观形貌观测分析揭示混合生物沥青复合改性机理。研究结果表明：SBS掺量为2.5%，橡胶粉掺量为18%（内掺）时，按照先SBS改性后橡胶粉改性的顺序制备的复合改性沥青的常规路用性能均较优；生物沥青掺量为15%时改性剂溶胀特性与复合改性沥青的高温及低温性能均较佳；SBS/橡胶粉复合改性在显著提升混合生物沥青弹性恢复率与m值的同时还降低了其不可恢复柔量与劲度模量，即改善了混合生物沥青的高温稳定性与低温抗裂性，且此结果与FS复数模量主曲线结果相一致；生物沥青可有效增溶聚合物改性剂并增强聚合物相网络结构，从而显著提升沥青复合改性效果；对混合生物沥青进行SBS/橡胶粉复合改性后未出现新的特征吸收峰，此复合改性过程属于物理变化；沥青厂生产的复合改性沥青性能优于实验室水平制备的复合改性沥青。     

纳米尺度沥青微观结构特征演化分析

为研究老化引起的沥青纳米尺度微观结构演化特征,建立微观结构演化特征与宏观尺度性能衰变之间的相关关系,分别选取实验室老化和现场老化回收的沥青样本为研究对象,利用原子力显微技术(AFM)和动态剪切流变试验(DSR),对沥青表面微观结构的演变特性和宏观性能的衰变规律进行了研究。研究结果表明:老化对沥青表面微观结构形貌有显著影响,未老化沥青和短期老化(RTFOT)沥青样本表面形貌中存在典型的"蜂相结构",长期老化(PAV)和铣刨料(RAP)中抽提回收的沥青样本其表面形貌仅呈现一些褶皱似的凸起和亮白色斑点;在纳米尺度,老化改变了沥青纳米级相态的空间分布特性,降低了相态之间表面高度差异,表面高度以及表面粗糙度指标可以量化这种空间分布的特征;宏观尺度上,沥青样本黏弹特性发生显著变化,复数剪切模量升高,相位角降低,这种流变响应可以表征老化引起的流变性能的演变。基于此,提出了沥青纳米级形貌特征和流变性能相关关系的量化表征模型。     

基于流变特性的消石灰改性油污泥热解残渣沥青胶浆稳定性研究

为探究油污泥热解残渣沥青胶浆性能，实现其在道路工程中的应用，开展了消石灰改性油污泥热解残渣沥青胶浆稳定性与改性机理研究。通过扫描电镜和红外光谱试验分析油污泥热解残渣的理化性质；在此基础上通过沥青胶浆三大指标和黏度试验，解析消石灰改性油污泥热解残渣沥青胶浆的掺配比；通过沥青弯曲蠕变劲度(BBR)和动态剪切流变(DSR)等试验评价了消石灰改性油污泥热解残渣沥青胶浆水稳定性能及高低温流变性能；最后通过微观试验解析消石灰改性油污泥热解残渣沥青胶浆的微观界面特性和改性机理。结果表明：油污泥热解残渣存在以中大孔为主、微小孔为辅的多孔体系，经消石灰改性后的油污泥热解残渣与沥青之间存在较强的物理吸附作用与化学吸附作用，提高了油污泥热解残渣与沥青之间的黏结力；消石灰掺量占填料总质量的30%时，其对油污泥热解残渣沥青胶浆的改性效果最佳；当粉胶比为1.0,消石灰掺量为30%时，与普通矿粉沥青胶浆相比，其水煮后的质量损失率减小了18.2%;-6℃、-12℃、-18℃时的蠕变劲度分别降低18.3%、16.5%、5.4%;64℃、70℃、76℃、82℃时的抗车辙因子分别降低6.9%、7.4%、3.3%、1.4%。...     

高黏改性沥青的低温性能及黏附特性研究

高黏沥青的低温与黏附特性是保证透水沥青路面服役功能的关键性能。为准确表征高黏改性沥青的低温抗裂与黏附性能,采用劲度模量、m^-值、综合柔量参数J_c对比评价了高黏沥青的低温松弛与黏弹特性。基于表面能(SFE)理论开展了高黏沥青、集料的接触角试验,以黏附功、剥落功、能量比为指标评价了高黏沥青-集料体系的黏附特性与水稳定性。从微观尺度进行原子力显微镜(AFM)试验,分析高黏沥青的形貌特征及粗糙状况,结合微观黏附力描述其黏附特征。结果表明：大掺量高黏改性剂导致沥青的黏性成分减小,松弛能力降低,低温性能大幅降低,J_c值、劲度模量和m^-值表现出一致性规律;SBS与HVA-U的复合改性作用大幅改善了沥青的黏附性能,但相对降低了沥青-集料体系的水稳定性;高黏沥青的AFM高度图呈现数量多、尺寸小、高度差小的蜂状结构,其微观黏附力与黏附功具有强相关性。     

表面改性纳米阻燃沥青最佳掺量及其性能表征

为提高阻燃沥青的存储稳定性及降低其对性能的影响至最小化，选择纳米阻燃材料并对其进行表面处理制备了新型纳米阻燃沥青。通过沥青基本性能（针入度、软化点、延度）及沥青氧指数试验确定了阻燃沥青的最佳掺量7%；随后借用扫描电镜及热分析试验仪器对阻燃剂的阻燃机理及改性特征进行表征。电镜结果表明，对非表面改性阻燃材料与表面改性阻燃沥青的微观结构对比发现经过表面改性的阻燃剂具有更佳的分散特性。而基于SBS改性沥青及其阻燃沥青的热重分析可知，添加阻燃剂可提高SBS改性沥青的热稳定性，添加阻燃剂后的改性沥青成碳量增加，主要是因为阻燃剂有助于沥青燃烧过程中形成致密炭层，阻碍氧气输入及外界能量的进入，隔断气体挥发物的逸出，实现阻燃及抑烟的效果。     

废轮胎热解炭黑（TPCB）改性沥青抗紫外老化性能试验研究

为探讨废轮胎热解炭黑（TPCB）改性沥青抗紫外老化性能,制备TPCB改性沥青,对基质沥青和TPCB改性沥青进行不同时段的紫外老化试验。通过原子力显微镜（AFM）试验对比研究两种沥青表面的微观变化和表面粗糙度。通过沥青性能试验检验了两种沥青紫外老化前后延度、软化点、针入度变化行为。研究结果表明：TPCB改性沥青三维表观形貌图降低高度比基质沥青小,在各时间段的表面粗糙度比基质沥青大;紫外老化前后TPCB改性沥青性能变化值比基质沥青小。与基质沥青相比,TPCB改性沥青具有更好的抗紫外老化性能。     

布敦岩天然沥青的材料特性与改性机理分析

为了揭示布敦岩天然沥青(BRA)的改性机理,采用四组分试验、X射线衍射试验、X荧光光谱试验和环境扫描电镜试验对BRA的材料特性进行了研究.结果表明,BRA的纯沥青中强极性的沥青质含量高而油分含量低,能显著提高基质沥青的高温稳定性;且BRA岩矿微观孔隙发达,具有极强的吸附自由沥青的能力,结晶程度高的活性矿物质表面和内部均...     

基于原子力显微镜的沥青微观损伤机理分析

为揭示微观尺度下沥青的损伤机理，采用原子力显微镜（AFM）对基质沥青及SBS改性沥青进行了测试分析。首先设计了一款AFM原位拉伸试验装置；然后，结合AFM原位拉伸试验测试了拉伸荷载作用下沥青表面不同微观结构及其力学性能；基于形貌测试结果和ABAQUS软件建立了沥青的二维有限元模型，分析了拉伸荷载作用下沥青表面的应力分布；最后，结合AFM测试结果和有限元模拟结果分析了沥青的微观损伤机理。研究结果表明：所研究的基质沥青表面存在3种微观结构，即蜂状结构、蜂壳结构和间隙结构，SBS改性沥青无明显蜂壳结构；间隙结构抗变形能力最弱，蜂状结构抗变形能力最强；SBS改性剂的加入降低了沥青表面的应力，且使应力分布更均匀；拉伸荷载作用下，沥青表面会出现相分离，随着荷载增大相分离现象加剧，相分离出现在沥青表面应力最大处；拉伸荷载作用下沥青的损伤演化过程中，沥青应力较大的间隙结构首先出现相分离，随着荷载增加，相分离不断加剧直至微裂纹产生。     

春风塔河沥青与克拉玛依沥青及其 混合料路用性能对比分析

根据国家"十三五"交通投资建设计划,新疆正处于公路大建设期,对沥青需求量大。但优质重交道路沥青产量不足,严重制约了新疆高速公路沥青路面建设。经研究发现,春风稠油减渣与塔河稠油减渣具有性能互补性,将2种减渣调和复配后,其性能优于现有的重交沥青性能指标。通过对比分析同标号下春风塔河沥青与克拉玛依沥青性能指标,得出春风塔河70A沥青高温性能优于克拉玛依70A沥青;通过对比分析同等条件下的沥青混合料技术性能指标,得出春风塔河沥青同样具有较好的高温抗车辙、低温抗裂性能,并将春风塔河沥青首次应用于新疆沥青路面高温抗车辙区重载交通道路,且通过检测试验段铺筑情况,验证了春风塔河沥青及其混合料具有良好的路用性能,能延长沥青路面使用寿命,同时也解决了新疆优质沥青供不应求的现状。     

聚氨酯固-固相变材料改性沥青的流变性能与改性机理

为评价聚氨酯固-固相变材料(PUSSPCMs)作为沥青改性剂的潜力，确定PUSSPCMs对沥青流变性能的影响及作用机理，以不同质量分数的软段制备了PUSSPCMs(P70、P75、P80、P85和P90)及PUSSPCMs改性沥青，采用沥青调温性能、动态剪切流变(DSR)以及弯曲梁流变(BBR)试验测试了热性能和流变性能，并借助差示扫描量热(DSC)、红外光谱(FTIR)和原子力显微镜(AFM)分析了改性机理。结果表明：PUSSPCMs改性沥青较基质沥青的调温性能、抗变形和高温性能提高，低温性能降低；PUSSPCMs软段质量分数增加，PUSSPCMs改性沥青的调温性能和低温性能明显提高，抗变形和高温性能降低，其中P90沥青具有最好的调温性能和低温性能，而P70沥青的抗变形和高温性能最好；PUSSPCMs的储能放热性能优良，P90焓值较高而P70相变起始温度较低，焓值与PUSSPCMs改性沥青的调温性能高度相关。PUSSPCMs与沥青之间未产生新的官能团，为物理改性；PUSSPCMs对沥青微观形貌影响显著，弹性模量增大，但随着软段质量分数增加，沥青“蜂状结构”增多而周边相态差异降低，弹性...     

基于纳米力学和官能团的沥青老化微观机理

采用原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)技术来探索沥青老化规律,同时与传统的研究沥青老化方法傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform infrared spectroscopy,FTIR)的研究结果进行比较。分别测试了基质沥青和SBS改性沥青在原状(未老化)、RTFO老化后和PAV老化后的微观力学特性及其官能团化学特性。结果表明,沥青的老化程度越高,"蜂状结构"发育越好,平均面积和最大面积越大。沥青试样内至少存在3个不同的微区具有不同的黏附力,其中"蜂状结构"相黏附力最低。老化影响沥青的纳米力学性能,提高沥青黏附力大小分布的均匀性,不同老化程度的SBS改性沥青的黏附力均大于基质沥青。老化引起沥青羰基和亚砜基等含氧官能团含量增加,丁二烯基含量减小。沥青老化后微观力学的变化与官能团的变化有良好关系。     

基于间接拉伸的老化沥青混合料残余寿命评价

为评价老化沥青混合料残余寿命，通过室内模拟老化条件制作试件和现场取芯试件，采用一次性间接拉伸试验探讨不同老化时间水平下试件的弹性模量、破坏模量以及劈裂强度演化规律，提出了以弹性模量为基础的老化系数评价指标；采用应力控制模式下的间接拉伸疲劳试验，研究了老化系数、残余疲劳寿命以及累计耗散能的关系。结果表明:在不同老化时间水平下，各评价指标的变化幅度存在显著差异，在老化初期弹性模量和破坏模量的变化幅度高于劈裂强度，弹性模量敏感性强、区分度高以及变异系数小能可靠和合理地评价老化沥青混合料力学性能；在短期老化时，老化系数增量显著，随着老化程度增加，老化系数增量趋于平稳；老化系数与残余疲劳寿命、累计耗散能存在良好的相关性，残余疲劳寿命和累计耗散能随着老化系数的增加而增加。     

基于AFM力曲线的温拌沥青混合料抗水损害性能评价

为了研究温拌剂对沥青及沥青混合料抗水损害性能的影响,研究基于原子力显微镜(AFM)力曲线,利用表面自由能理论测试了4种修饰改性后探针与3类沥青(1种原样沥青、2种温拌沥青)冻融处理前后的粘附功(内聚功),并结合试验路劈裂试验进行对比分析。结果表明:AFM力曲线能有效地表征沥青与微粒之间的粘附性能。不同探针测试结果显示:温拌剂的掺入并未使沥青抗水损害性能受到较大负面影响。同时劈裂试验也表明Sasobit温拌沥青抗水损害性能明显优于合成沸石类温拌沥青。     

岩沥青化学组成及微观结构特征研究

岩沥青中胶质、沥青质含量较高,用其改性后有助于改善沥青的高温性能、粘附性和稳定性,同时岩沥青是一种天然沥青,岩沥青改性技术的研发有利于提高我国沥青资源利用效率。本文主要针对岩沥青的化学组成和微观结构,通过元素分析试验、四组分分析试验研究岩沥青的元素及组分组成,通过红外光谱试验、分子量测定试验研究岩沥青的微观结构特征,研究内容可为岩沥青改性技术的开发提供技术支撑。     

核磁共振、热分析和扫描电镜用于沥青材料表征的研究进展

沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的混合物,由于其组成的复杂性,对沥青材料的研究很多是基于物理、流变等相关性能指标的测定,其微观组成和结构的表征研究很长时间以来进展较为缓慢。随着现代材料测试技术的发展,新的测试手段,例如傅立叶红外光谱(FTIR)、原子力显微镜(AFM)、凝胶渗透色谱(GPC)、扫描电镜(SEM)、热分析、核磁共振(NMR),已被越来越多的研究者用来表征沥青微观组成和结构。其中,核磁共振通过区分不同原子的归属及划分,能检测出沥青中发生的分子异构化、脱氢及内部交联等反应;热分析可以测定变化焓、玻璃态转化温度等指标参数,对沥青温度稳定性进行评价;扫描电镜和环境扫描电镜(ESEM)能对沥青与改性剂的相容性、表面微观形貌、断口形态及纤维结构变化等进行表征。在介绍3种仪器原理的基础上,对三者在沥青材料表征中的国内外最新应用情况进行了总结,并对其应用前景进行了展望。材料现代测试技术在沥青材料中的推广应用,对于多角度、多层次理解沥青材料的组成、结构与性能的关系,为沥青改性、沥青老化等方面的研究提供了新途径。     

废胎胶粉橡胶沥青改性机理研究

通过对废胎胶粉橡胶沥青所做的四组分分析和显微结构、聚焦态结构等微观结构分析,研究了橡胶粉对沥青的改性机理。橡胶粉与沥青在高温条件下混溶,一方面橡胶粉吸收沥青中的轻组分体积溶胀,橡胶粉力学特性得到改善;另一方面沥青中轻组分含量减少,沥青粘度增加,温度敏感性得到改善。同时,在溶胀过程中橡胶粉与沥青中活性官能团发生化学反应,橡胶粉部分氧化解聚,胶粉中的抗老化剂、碳黑、锌化合物活性成分进入沥青胶体体系,使沥青温度稳定性、老化性能得到改善和提高。     

温拌环氧沥青的研究与应用

一般的温拌沥青虽能够降低一定的排放，减小一定的能耗，但却不能带来与传统热拌沥青混合料同样的性能，其摊铺路面通常存在黏结力不足、高温易产生车辙、水损害严重等隐患。为了解决温拌沥青的这个难题，利用环氧树脂作为改性材料，研发出了一种Y1环氧沥青。这种环氧沥青混合料能将施工温度较传统热拌沥青混合料下降50～60℃，并且在施工过程中无浓烟和毒性气体，并在此基础上保证了混合料很好的马歇尔强度、水稳定性和高温抗车辙等路用性能，具有很好的实践意义。     

路用石灰岩矿粉的改性研究

石灰岩矿粉作为碱性填料在沥青混合料中得到广泛应用.该文从降低矿粉的表面能方面考虑,采用了钛酸酯偶联剂对石灰岩矿粉进行表面改性,并通过马歇尔、浸水马歇尔试验,以及车辙试验,对改性后的矿粉进行了路用性能研究.试验表明,一定用量的钛酸酯偶联剂改性石灰岩矿粉,可以提高沥青混合料的高温抗车辙能力和水稳定性,其中,用1.5%的钛酸酯偶联剂改性的石灰岩矿粉对沥青混合料路用性能的改善效果最明显.