POE/SBS复合改性沥青热老化机理研究

摘要

老化是导致沥青路面服务水平性能变差的主要因素之一，为此对沥青的热老化机理研究变得尤为重要。从而为预防和评价沥青路面的老化提供重要的理论基础和依据。本文对5种、不同老化水平的沥青进行宏观和微观性能试验，得出老化与宏观流变特性、微观结构组成之间的关系。 首先，制备POE/SBS复合改性沥青、TFOT短期老化的POE/SBS复合改性沥青、TFOT+PAV 长期老化的POE/SBS 复合改性沥青，对制备好的沥青试样进行常规性能试验（针入度、软化点、低温延度、60℃动力粘度等），通过数据分析得出 POE 与 SBS最佳配比为 10%：90%时各项数据表现最佳。同时通过数据我们发现老化后的针入度逐渐减小，POE/SBS复合改性沥青软化点降低，5℃低温延度逐渐减小。 其次，通过多应力重复蠕变恢复实验（MSCR）与 Burgers 模型进行拟合分析，从而得出沥青在线性范围内的高温性能评价指标，弹性回复率（R）、不可恢复蠕变柔量和不可恢复蠕变柔量应力敏感性指标 Jnr-diff，从数据分析发现在 SBS 改性沥青中加入热塑性弹性体POE对于沥青的高温性能具有改善作用；同时发现随着老化的进行，沥青的高温抗车辙性能得到了提升。通过频率扫描试验拟合沥青复数模量主曲线，发现模量主曲线随老化进行逐渐增大，表明老化程度越大，沥青的高温稳定性能越好，高温抗变形能力越好。随着频率的增加复数模量主曲线整体上呈现增长的趋势，但是在高频率区和低频区增长速率还是存在一定区别。 然后，通过低温弯曲梁流变仪试验，分析不同改性剂配比、老化水平对沥青低温流变性能指标-低温蠕变劲度模量S、m（蠕变速率）和Sm（劲度模量主曲线与横坐标所围成的面积）的影响，得出低温性能与改性剂比例和老化水平的关系，发现老化对于沥青低温性能影响较大，同时也发现POE的加入在一定程度上增加了SBS改性沥青的耐老化性能（配比在90%-92.5%：10%-7.5%之间）。 最后，通过红外光谱试验（FTIR）来分析 POE/SBS 改性沥青在老化过程中所发生的反应，通过对峰谱曲线相应官能团的面积进行积分得出羰基指数（CI）和亚砜基指数（SI）来定量分析沥青在老化过程中各组分之间的转变，从数据分析发现氧化反应是沥青老化的主要化学反应，并且反应速率随着老化的进行（未老化、短期老化、长期老化）逐渐减缓。并且通过原子力显微镜试验（AFM）和荧光显微镜试验观测沥青在不同配比、不同老化程度的POE/SBS复合改性沥青的微观结构、化学组成的变化趋势。采用表面粗糙度这一定量指标来定性分析沥青微观结构及化学组成的改变。数据表明随着老化水平的加深（未老化No-aged→短期老化TFOT→长期老化PAV，粗糙度值逐渐减小，荧光数量逐渐减少，这与宏观性能分析结论一致。

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