【摘要】：瀝青以其優(yōu)良的路用性能被廣泛應(yīng)用于道路建設(shè),但是瀝青在使用過程中,受熱、氧和紫外光等的作用易發(fā)生老化,引起其物理性能和流變性能劣化,這嚴(yán)重影響了瀝青路面的使用壽命。層狀雙羥基復(fù)合金屬氫氧化物(LDHs)因其多級層狀結(jié)構(gòu)從而具有優(yōu)異的紫外反射和吸收作用,已被用于提高瀝青的耐紫外老化性能。由于LDHs的層板金屬元素組成、粒徑大小以及其晶體規(guī)整度均具有可調(diào)控性,而這些因素對LDHs的紫外反射和吸收能力有一定的影響,因此研究LDHs的層板金屬元素組成、粒徑大小和晶體規(guī)整度對瀝青性能的影響規(guī)律對于進一步提高LDHs改性瀝青的耐紫外老化性能具有重要意義。本文選用不同組成和粒徑的LDHs,并通過焙燒還原和硝酸處理得到不同晶體規(guī)整度的LDHs,利用X-射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、激光粒度分析儀、X射線光電子能譜儀(XPS)、透射電子顯微鏡(TEM)、Zeta電位分析儀和紫外-可見分光光度計(UV-vis)對不同組成和粒徑及晶體規(guī)整度的LDHs進行表征,采用熔融共混法制備了LDHs改性瀝青,通過紫外老化前后的性能測試和化學(xué)結(jié)構(gòu)分析研究了不同層板組成、粒徑和晶體規(guī)整度的LDHs對瀝青物理性能、流變性能及耐紫外老化性能的影響。主要研究結(jié)論如下:(1)對于不同層板組成的Mg_6Al_3Zn_2-LDHs、Mg_3Al-LDHs和Mg_2Al-LDHs,UV-vis測試結(jié)果表明Mg_6Al_3Zn_2-LDHs對紫外光的反射和吸收能力均最強,其原因在于主體層板引入的Zn元素降低了LDHs的禁帶寬度,增強了其紫外屏蔽能力。不同層板組成的LDHs改性瀝青老化前后性能測試也表明,Mg_6Al_3Zn_2-LDHs可很好地抑制瀝青老化過程中物理和流變性能的劣化,對瀝青耐紫外老化性能的提高效果最好。(2)SEM分析表明三種Mg_2Al-LDHs的粒徑分別為75nm、115nm和180nm。UV-vis測試顯示粒徑為180nm的LDHs對紫外線的反射能力最強,粒徑為115nm的LDHs次之。不同粒徑LDHs改性瀝青老化前后的物理和流變性能測試發(fā)現(xiàn),粒徑為180nm的Mg_2Al-LDHs有效減緩了紫外線對瀝青性能的影響,顯著提高了瀝青的耐紫外老化能力。(3)通過焙燒還原和硝酸處理制備了不同晶體規(guī)整度的Mg_2Al-LDHs,SEM和XRD分析表明焙燒后的LDHs層狀結(jié)構(gòu)消失,粒子出現(xiàn)團聚,而焙燒還原后的LDHs恢復(fù)了層狀結(jié)構(gòu),但晶體規(guī)整度下降,邊緣出現(xiàn)翹曲狀;TEM顯示硝酸處理的LDHs在小范圍內(nèi)出現(xiàn)晶格排列不規(guī)則,產(chǎn)生了晶格缺陷,XPS和Zeta電位測試表明硝酸處理使LDHs的層板羥基數(shù)量減少,Zeta電位升高,分散性變好。UV-vis測試表明,相比于原始LDHs,焙燒還原的LDHs對紫外線的反射能力下降,而硝酸處理的LDHs對紫外線的吸收能力明顯提高,紫外屏蔽能力增強。這是因為E-LDHs層板產(chǎn)生了缺陷,無序性增加,能帶結(jié)構(gòu)被破壞,紫外吸收能力明顯升高。對LDHs改性瀝青紫外老化前后的性能測試表明,硝酸處理減小了LDHs對瀝青物理性能的影響,有利于改善瀝青紫外老化后的物理性能和流變性能。(4)FTIR分析表明基質(zhì)瀝青紫外老化前后的羰基(C=O)和亞砜基(S=O)分別增長了8.8倍和1.2倍,而三種層板組成的LDHs中,Mg_6Al_3Zn_2-LDHs改性瀝青老化后的羰基指數(shù)和亞砜基指數(shù)增長最小,羰基和亞砜基指數(shù)僅分別增長了5.4倍和0.4倍,三種粒徑的LDHs中,粒徑為180nm的LDHs改性瀝青老化后羰基和亞砜基指數(shù)增幅最小,僅增長了4.6和0.3倍。不同晶體規(guī)整度的LDHs中,硝酸處理后的LDHs改性瀝青老化前后的羰基指數(shù)和亞砜基指數(shù)的增加程度最小。這與不同層板組成、粒徑和晶體規(guī)整度的LDHs對瀝青耐紫外老化性能的影響規(guī)律相一致。
【圖文】：

1.4 LDHs 的組成結(jié)構(gòu)及在瀝青中的應(yīng)用進展1.4.1 LDHs 的組成與結(jié)構(gòu)層狀雙羥基復(fù)合金屬氫氧化物（LDHs）[41-43]，其結(jié)構(gòu)與水鎂石Mg(OH)2類似，由MO6八面體共用棱邊形成層板結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示[44]。層板是由Mg2+、Zn2+、Al3+等二價或三價金屬陽離子構(gòu)成，層間的NO3-、CO32-等陰離子與層板正電荷平衡，使其為電中性，，另外，層間存在的部分水分子 起 著 平 衡 作 用 并 且 在 一 定 的 條 件 下 可 以 除 去 。 其 組 成 可 表 示 為[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An-x/n)·H2O。

圖1-2 LDHs對紫外線的反射-吸收作用的原理圖LDHs結(jié)構(gòu)中，層板陽金屬離子的種類和比例在很大范圍實際需要改變M2+與M3+投料比，對金屬陽離子的種類從而制備出不同功能的LDHs。林彥軍[45]用成核/晶化隔s，調(diào)變其主體層板的金屬元素，研究了不同的LDHs對結(jié)果表明當(dāng)LDHs中層板上Mg元素的含量降低時，有利，其層板上Mg/Al的最佳比例為2，而層板上“Zn”的引能力，但Zn的含量過多會引起“鋅燒”現(xiàn)象，其最佳比小博[46]采用離子交換法將2 (2 羥基 4 氨基苯基) 5 ASB）插入不同摩爾比的Mg/Zn/Al的LDHs層間，并將其研究該改性涂料的紫外屏蔽能力。結(jié)果表明，HASB成CO32-，且成功插層后的LDHs結(jié)構(gòu)完整、分散性好，其當(dāng)LDHs的層板Mg/Zn/Al摩爾比為1:2:1時，摻入已插層H料的紫外吸收強度最高。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE626.86

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 曹庭維;鄭存華;;LDHs/SBS改性瀝青混合料性能的研究[J];建材世界;2015年05期

2 高麗;徐松;李玉環(huán);馬慶豐;薛理輝;余劍英;;LDHs/紫外吸收劑復(fù)合改性對瀝青性能的影響研究[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報;2015年01期

3 郭成洲;丁衛(wèi)青;賈曉娟;吳少鵬;謝君;余劍英;;光熱耦合對SBS改性瀝青性能的影響[J];交通科技;2014年06期

4 許培俊;劉建飛;叢培良;陳拴發(fā);;基于室內(nèi)模擬老化試驗對瀝青性能的研究[J];鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2014年03期

5 羅敏;張洪偉;;紫外光老化對瀝青使用性能的影響性研究[J];內(nèi)蒙古公路與運輸;2013年03期

6 徐靜;洪錦祥;劉加平;;瀝青老化機理綜述[J];石油瀝青;2011年04期

7 周建良;朱健;陳肇雄;邱麗玲;何雪琴;霍艷;;不同原料對鎂鋁水滑石晶體結(jié)構(gòu)及形貌影響的研究[J];華中師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年02期

8 鄭建華;田熙科;俞開潮;王龍艷;楊超;何明中;;規(guī)整、均一納米水滑石晶體的水熱合成與表征[J];化學(xué)學(xué)報;2006年22期

9 張波;鄭遺凡;廖江芬;葛忠華;;Mg/Zn/Al類水滑石的熱分解和水化性能研究[J];化學(xué)通報;2006年05期

10 魏榮梅;余劍英;吳少鵬;董華均;張詠梅;;紫外光老化對瀝青化學(xué)族組成和物理性能的影響[J];石油瀝青;2006年01期

本文編號：2644359