课题基金 / 基金详情

蛭石与纳米氧化锌协同增效延缓SBS改性沥青老化及其机理研究

批准号:
52078209
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张恒龙
依托单位:
学科分类:
道路与轨道工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张恒龙

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
SBS改性沥青老化已成为引起沥青路面病害和缩短路面服役寿命的主要原因之一。因此,提高SBS改性沥青的耐老化性能对于长寿命沥青路面建设具有重要意义。然而,目前研究者主要针对SBS改性沥青的热老化和光老化单独寻求防治措施。为此,本项目利用蛭石与纳米氧化锌的协同增效作用,综合改善SBS改性沥青的耐光热复合老化性能。探明蛭石的插层改性和纳米氧化锌的表面修饰对SBS改性沥青路用性能的影响规律,实现二者在SBS改性沥青中的纳米尺度分散,探明蛭石与纳米氧化锌复配SBS改性沥青及其混合料在老化过程中组成、结构与性能的变化特征,揭示二者延缓SBS改性沥青老化的协同增效作用机理,最后通过自然暴晒光热复合老化来验证该材料的耐老化性能。研究成果将突破传统抗老化方法将热老化和光老化分开采取防治措施的局限,达到同时改善SBS改性沥青耐热氧和光氧老化的目标,为耐久性道路材料制备和长寿命沥青路面建设提供可靠的技术手段。
英文摘要
Aging of styrene-butadiene-styrene copolymer (SBS) modified asphalt has been one of the main reasons causing pavement distresses and shortening service life of asphalt pavement. It is of great significance for perpetual asphalt pavement construction to enhance aging resistance of SBS modified asphalt. However, current researchers mainly focus on finding single measures to separately prevent the thermal or ultraviolet aging of SBS modified asphalt. Therefore, in this project, micron grade vermiculite as two-dimensional nanomaterials and nano-zinc oxide as zero-dimensional nanomaterials will be used to improve the thermal and ultraviolet composite aging resistance of SBS modified asphalt simultaneously by means of the synergistic interaction of multi-scale nanomaterials. The effect of organic intercalation modification of vermiculite and surface modification of nano-zinc oxide on physical and rheological properties of SBS modified asphalt will be ascertained so that whether the composite will reach nanoscale dispersion in SBS modified asphalt can be evaluated. The synergistic interaction mechanism of multi-scale nanomaterials on improving the aging resistance of SBS modified asphalt will be revealed through uncovering evolution features of components, structures and performance of multi-scale nanomaterials composite SBS modified asphalt and its mixture during aging processes. Finally, the thermal and ultraviolet composite aging under natural exposure to the sun will be used to verify the anti-aging ability of multi-scale nanomaterials. The findings will break through the limitation in traditional anti-aging methods that separate the thermal and ultraviolet aging, and achieve the objective of improving the thermal and ultraviolet aging resistance of SBS modified asphalt at the same time. It will provide reliable technological means for preparing durable road materials and designing perpetual asphalt pavement.
SBS改性沥青因其优异的路用性能,广泛应用于高等级公路沥青路面。然而,SBS改性沥青路面在施工及服役期间受热、光、氧等环境因素的影响,极易发生老化。目前主要针对SBS改性沥青的热老化和光老化单独寻求防治措施。本项目利用材料多元互补的优势,将蛭石与氧化锌复配,综合改善SBS改性沥青的耐老化性能,并基于纳米复合技术优化复配改性剂结构组成,合成氧化锌/膨胀蛭石复合材料(Z/E),解决复配改性剂在沥青中分布不均的问题,制备出具有优良耐老化性能的SBS改性沥青,并揭示Z/E提高SBS改性沥青耐老化性能的作用机理。结果表明:(1)氧化锌与蛭石复配改性剂可以显著延缓SBS改性沥青热氧和紫外老化过程,将1%蛭石与2%氧化锌复配在提高SBS改性沥青耐老化性能方面最有效,即为最优配比。(2)Z/E中的氧化锌负载量随制备溶液浓度的增加而增加,紫外吸收能力也随之增加。但由于蛭石的表面积有限,当浓度超过1.5mol/L时,Z/E的负载量趋于稳定。(3)Z/E可以显著提高SBS改性沥青的储存稳定性与高温性能,略微降低其低温性能,但不改变SBS改性沥青的性能等级温度,均为PG 76-22。(4)无论何种老化方式,Z/E都可以降低SBS改性沥青老化前后的物理、流变性能变化幅度,延缓SBS改性沥青老化过程中丁二烯键的断裂速率与亚砜基的增长速率,同时抑制基质沥青在老化过程中小分子向大分子的转化以及降低SBS分子的降解速率,显著提高SBS改性沥青的耐热氧与紫外老化能力,并得出Z/E的最佳负载量为29.5wt%。(5)Z/E可以提高SBS改性沥青混合料的高温性能、水稳定性以及抗疲劳性能,略微降低其低温性能。另外,Z/E可以延缓SBS改性沥青混合料老化过程中性能的劣化。(6)根据项目研究成果,已在国内外重要刊物和国际会议上发表论文21篇,其中SCI收录20篇,EI收录1篇,培养研究生5名,获得授权发明专利3件。
长寿命 SBS 改性沥青材料的制备和应用基础研究
  • 批准号:
    2024JJ2019
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    张恒龙
  • 依托单位:
基于组分调控与分子结构修复的老化SBS改性沥青的双重再生机理研究
  • 批准号:
    52378449
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    张恒龙
  • 依托单位:
老化SBS 改性沥青的结构修复及其再生机理研究
  • 批准号:
    2022JJ30155
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    张恒龙
  • 依托单位:
层状硅酸盐与无机纳米粒子复配改性沥青的防老化及机理研究
  • 批准号:
    51308203
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    张恒龙
  • 依托单位:
国内基金
海外基金