有机化蒙脱土改性沥青的抗老化性能评价

第43卷第20期 山西建筑Vol.43No.202 0 1 7 年 7 月 SHANXI ARCHITECTURE Jul.2017 •119 •文章编号：1009-6825 (2017) 20-0119-03沥青混合料的老化性能及其力学变化规律余静沈菊男(苏州科技大学道路工程研究中心，江苏苏州215000)摘要:结合国内外文献资料，介绍了沥青混合料的高低温性能、水稳定性能、疲劳性能以及劲度模量五种力学性能在老化过程中 的变化趋势，并对沥青混合料老化之后力学方面的内容进行了总结。

关键词:沥青混合料，力学性能，路面，老化程度中图分类号:U416.217 文献标识码:A〇引言沥青混凝土路面很大程度的满足了人们对于车辆行驶过程 的舒适度要求，其优良的力学性能、组织结构，使得沥青混凝土路 面越来越多的用于各种等级道路上。

国内外关于沥青混合料老 化有着多方面的研究。

1987年美国战略公路研究计划（SHRP)的提出，对于沥青及沥青混合料的研究做了很大的贡献，中外学者 在沥青的宏观和微观以及沥青混合料力学性能方面作出了很大 的贡献，但其中多数是依着实验室的条件进行研究，很少能做到 模拟自然条件下沥青及沥青混合料的老化过程。

1国内文献对沥青混合料的研究沥青及沥青混合料自铺展在路面之后长期处于水、氧、紫外 线等自然环境中，由于交通荷载自然环境的作用，出现了许多的 损伤现象。

针对这些问题国内外的许多学者进行多方面的研究。

下面主要总结一下沥青混合料力学性能的知识。

张争奇等(2007)利用老化程度不同的沥青混合料进行劈裂 试验，分析沥青混合料的低温性能。

得出：只有老化过的试件才 能进行低温性能试验,短期老化的低温敏感性更好，并且沥青混 合料的低温性能是评价沥青混合料路用性能的重要指标。

李宁利等(2008)利用短期老化、长期老化的基质沥青混合料 和改性沥青混合料进行低温抗裂性能分析。

得出长期老化的沥 青混合料的低温性能更弱，在实际使用过程中，应增强长期使用 路面的低温性能评价，并提出了相应的评价方法。

有机蒙脱土／环氧树脂改性沥青材料的性能肖新颜;张登科;晏英;朱文强【摘要】以有机蒙脱土（ OMMT）改性环氧树脂作为改性剂，采用熔融共混法制备了OM-MT／环氧树脂改性沥青材料．采用FT-IR、XRD、荧光显微镜、万能材料试验机、热重分析和布氏黏度计等对相容剂与沥青的相容性及复合改性沥青的微观结构、拉伸强度、断裂伸长率、热稳定性、黏度特性进行了研究．结果表明：OMMT的掺入使环氧树脂在沥青中分散更均匀，OMMT／环氧树脂复合改性沥青形成剥离型结构；OMMT的掺入使复合改性沥青高温性能及力学性能增强；与环氧树脂改性沥青相比， OMMT／环氧树脂改性沥青的起始分解温度和终止温度分别提高了30．1℃和15℃，高温稳定性明显提高；复合改性沥青固化反应黏度增长平缓，更适合道路施工．%Organic montmorillonite ( OMMT)/epoxy resin was used to modify asphalt via melt blending , and the compatibility of the compatibilizer and asphalt , as well as the microstructure , tensile strength , break elongation , thermal stability and viscosity-temperature properties of the modified asphalt , was characterized by means of FT-IR, XRD, fluorescent microscopy , universal material testing , TG analysis and Brookfield viscometry .The results show that (1) the dispersion of epoxy resin in the modified asphalt becomes more uniform due to the incorporation of OMMT, which results in an exfoliated structure;(2) the high-temperature performance and mechanical properties of the modified asphalt improve after the doping of OMMT;(3) as compared with the asphalt modified with epoxy resin, the asphalt modified with OMMT/epoxy resin exhibits better thermal stability , with increase of 30.1℃ and 15℃ininitial and final decomposition temperature respctively; and ( 4 ) the asphalt modified with OMMT/epoxy resin is suitable for road construction due to its gently improved viscosity during the curing process .【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P139-143,150)【关键词】有机蒙脱土;环氧树脂;改性沥青;力学性能;热稳定性【作者】肖新颜;张登科;晏英;朱文强【作者单位】华南理工大学化学与化工学院，广东广州510640;华南理工大学化学与化工学院，广东广州510640;华南理工大学化学与化工学院，广东广州510640;华南理工大学化学与化工学院，广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TU535沥青是由不同相对分子质量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物,主要用于道路铺装.沥青路面由于表面无接缝、耐老化、粘弹性好而被广泛使用[1],但其随温度的变化易出现高温车辙和低温撕裂情况,难以满足高等级路面的要求.热固性环氧树脂改性沥青具有优良的力学性能、热稳定性和抗疲劳性[2-4],已在大跨径桥梁钢桥面和高等级路面等工程中大量应用.环氧沥青的优越路用性能可有效延长路面使用寿命,具有很高的社会和经济效益,逐渐成为国内外的研究热点.近年来,纳米材料(如蒙脱土、水滑石和硅藻土等[5-8])和纳米技术广泛应用于改性沥青.其中,蒙脱土具有纳米硅酸盐片层结构,是高性能聚合物材料的常用改性剂.然而蒙脱土层间环境为亲水性,不利于沥青分子的插入,将有机阳离子作为插层剂与蒙脱土层间的吸附水合阳离子交换可得到有机蒙脱土(OMMT),能改善蒙脱土与沥青的相容性.因此,OMMT常与聚合物复合来改性沥青,其能形成插层型或剥离型片层结构,以提升聚合物在沥青中的分散性能[5,9-11].同时,OMMT和聚合物所形成的这种片层结构还能有效提高沥青材料的热稳定性、力学性能及流变性能等[12-13]. 聚合物与沥青的良好相容性是聚合物改性沥青的前提条件[14],文中尝试用OMMT 对环氧树脂进行改性,以期提高环氧树脂在沥青体系中的分散性,从而达到改善环氧沥青材料的力学性能、热稳定性和施工适用性的目的.通过X射线衍射(XRD)分析和荧光显微镜(FM)分析对复合改性沥青的微观结构及形貌进行表征,并研究了OMMT的掺入对复合改性沥青材料力学性能、热稳定性和黏度特性的影响.1.1 原料基质沥青:AH-90#沥青,茂名石化公司生产;环氧树脂:双酚A型,环氧值为0.52mol/100 g,江苏三木化工有限公司生产;有机蒙脱土(OMMT):阳离子改性,蒙脱石含量96%~98%,浙江丰虹粘土化工有限公司生产;癸二酸:分析纯,天津科密欧化学试剂有限公司生产;甲基四氢苯酐:工业级,北京市津同乐泰化工产品有限公司生产;2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30):工业级,广州鑫沐化工有限公司生产;相容剂:自制.1.2 OMMT/环氧树脂复合改性沥青材料的制备OMMT改性环氧树脂的制备:称取一定量的环氧树脂和OMMT于烧瓶中,80℃下以800r/min的速率搅拌2h,即可得到外观均匀、无分层的OMMT改性环氧树脂. 复合改性沥青的制备:称取200g基质沥青置于不锈钢反应罐中,150℃下充分熔融后加入一定量的相容剂和甲基四氢苯酐、癸二酸,以500r/min的速率搅拌30min;再加入少量促进剂DMP-30继续搅拌15min,待温度降至140℃时加入一定量OMMT改性环氧树脂(控制环氧树脂的质量分数为40%，环氧树脂与OMMT的质量比为100:2.5~100:10,即OMMT质量分数为1%~4%，质量分数均以基质沥青的质量为基准计,下同),以200r/min的速率搅拌15min直至体系均匀;最后置于140℃烘箱中固化4h,即得到OMMT/环氧树脂复合改性沥青材料.1.3 测试与表征采用德国Bruker公司生产的D8 Advance型X射线衍射仪对OMMT及改性沥青试样进行结构分析,铜靶，波长0.15418nm,管压40kV,管流40mA,扫描速率为3°/min.采用德国Zeiss公司生产的Axiovert 200型倒置荧光显微镜对环氧树脂在改性沥青中的形貌进行观察,以蓝光为激发光源.采用德国Bruker Optics公司生产的Tensor 27型傅里叶红外光谱仪对基质沥青和相容剂进行表征,测试范围为400~4000cm-1.采用美国Instron公司生产的3367型万能材料试验机,按照ASTM D638的规定进行测试,测试结果取6个试样平均值,测试温度为(23±2)℃,拉伸速率为500mm/min.采用美国TA公司生产的SDT Q600型热重差热联用分析仪对改性沥青进行热重分析,称取10~15mg试样置于铝制坩埚中,在氮气(100mL/min)保护下测试,升温范围为室温至700℃,升温速率为10℃/min.采用美国Brookfield公司生产的RVDVⅡ+型布氏旋转黏度计,按照ASTM D4402取(10.0±0.5)g沥青试样在140℃下进行黏度测试.采用S27型转子,转速为50r/min.2.1 基质沥青与相容剂的FT-IR分析结果采用FT-IR对基质沥青和自制相容剂的特征官能团进行表征,结果如图1所示.图1中基质沥青中2856~2923cm-1处为脂肪链的C—H伸缩振动吸收峰,1608cm-1处为芳香化合物中的共轭双键C吸收峰;自制相容剂同样在2853~2964cm-1和1608cm-1处有很强的吸收峰,表明相容剂中含有与基质沥青相同的特征官能团:脂肪链和C(苯环骨架震动).根据相似相溶原理可知其与基质沥青具有很好的相容性;同时,相容剂中3390cm-1处的宽吸收峰为—OH的振动吸收峰,916cm-1处为环氧基的吸收峰,表明相容剂中含有环氧基和大量的羟基,与环氧树脂也具有很好的相容性,并且相容剂中的环氧基团可以参与固化反应,增强环氧树脂的固化交联度.2.2 OMMT/环氧树脂复合改性沥青的微观结构蒙脱土的单位晶胞由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成,经有机阳离子与层间吸附阳离子交换后所得有机蒙脱土由亲水性转变为亲油性,利于单体或聚合物插入层间形成插层型结构或剥离型结构,对于OMMT改性沥青,只有当其形成了插层或剥离型纳米复合结构,才能发挥纳米材料的优良性能.OMMT 和OMMT掺量为1%和2%时的OMMT/环氧树脂复合改性沥青的XRD分析结果如图2所示.由图2可见,OMMT的特征衍射峰为2θ=3.061°,由简化的Bragg方程λ=2dsinθ可以算得层间距为2.89nm.OMMT掺量为1%和2%时复合改性沥青的特征衍射峰向小角度方向偏移,在测试的衍射角度范围内(1.5°<2θ<10°)已观察不到特征衍射峰,可以推断已形成剥离型复合结构.这可能是因为环氧树脂和沥青分子链插入了OMMT层间,使得层间距变大以至于OMMT片层被剥离.环氧树脂在紫外线的照射下会强烈激发产生荧光,可通过荧光显微镜观察环氧树脂在复合改性沥青中的分散情况,结果如图3所示.其中浅色相为环氧树脂固化体系,黑色相为沥青.由图3可见,环氧树脂改性沥青中环氧树脂以颗粒状分布在沥青连续相中,但分布不均匀且覆盖率较小;OMMT掺量为1%的复合改性沥青中环氧树脂的分布变得更均匀且覆盖率增大,开始有聚集的现象;OMMT掺量为2%的复合改性沥青中环氧树脂的聚集体变大,分布均匀.对比图3(b)、3(c)和3(d)可见，OMMT改性环氧树脂后,其在沥青连续相中的颗粒增大,分散更为均匀,可能是因为剥离的OMMT片层分散在改性沥青体系中,其中的有机阳离子使得改性后的环氧树脂与沥青相互作用增大,相容性提升且有利于交联固化反应,从而增大了覆盖率. 2.3 OMMT/环氧树脂复合改性沥青的力学性能环氧沥青的粘结性能由材料的力学性能(拉伸强度和断裂伸长率)来决定.改性沥青材料要具有较高的粘结强度,就要求环氧沥青具有很高的拉伸强度.另外,由于沥青本身具有很好的韧性,所以环氧沥青还应具有较高的断裂伸长率,两者兼顾显得尤为重要.OMMT掺量对OMMT/环氧树脂复合改性沥青力学性能的影响如图4所示.由图4可见,经OMMT改性后的环氧树脂掺入沥青后,其拉伸强度均大于环氧树脂改性沥青,断裂伸长率则逐渐减小；随OMMT掺量增大,拉伸强度先增大后减小,在OMMT掺量为2%时达到最大值1.48MPa,相对于环氧树脂改性沥青(1.18MPa)提高了25.4%,此时断裂伸长率为182%,而在掺量为1%时,改性沥青的拉伸强度(1.31MPa)和断裂伸长率(322%)得到了较好的兼顾.适量的OMMT改性环氧树脂后,剥离的硅酸盐片层均匀地分散在复合体系中,有效地限制了沥青分子链段的运动,从而使得材料强度增加、延展性降低,表现为拉伸强度增大、断裂伸长率减小;而当OMMT掺量达到4%时,可能由于少量OMMT未形成剥离型结构使得OMMT片层团聚,分散性能下降,对沥青的改性效果降低,拉伸强度减小.由此确定OMMT掺加量为1%~2%较为合适.2.4 OMMT/环氧树脂复合改性沥青的热稳定性沥青是一种热敏感性材料,在高温状态下,当受到比较大的水平力作用时,就容易产生剪切变形,引起车辙病害[15].采用TG分析对OMMT/环氧树脂复合改性沥青的热稳定性进行评估,测试结果如图5所示,其中复合改性沥青中OMMT掺量为1%.选取材料质量损失率为5%时的特征温度为起始分解温度,该温度越高说明其热稳定性越高.由图5可见,环氧树脂改性沥青起始分解温度为243.5℃,复合改性沥青的起始分解温度为273.6℃,提高了30.1℃;环氧树脂改性沥青在温度达到475℃后,质量损失率小至可忽略,最终残余质量约为初始质量的13%,而经OMMT改性后的环氧树脂掺入沥青后,其终止温度约为490℃,比纯环氧树脂改性沥青约提高了15℃,最终残余质量约为初始质量的14%.经OMMT改性后的环氧树脂掺入沥青后,各阶段的失重均滞后于纯环氧树脂改性沥青,表明复合改性沥青具有优良的高温稳定性和温度敏感性,这与复合改性沥青形成的分散均匀、稳定的剥离型微观结构有关.2.5 OMMT/环氧树脂复合改性沥青的黏度特性环氧沥青不同于传统热塑性沥青材料,其黏度从开始混合就不断增大.但从道路沥青施工角度看,从开始混合到运输至铺装现场摊铺碾压,这期间需保持一定的黏度以保证其可操作性[16],因此研究环氧沥青固化过程中黏度的变化是非常必要的,图6所示为140℃时环氧沥青及OMMT/环氧树脂复合改性沥青的黏度-时间曲线,其中复合改性沥青中OMMT掺量为1%.由图6可见,环氧沥青和OMMT/环氧树脂复合改性沥青的黏度都随固化时间的延长而增大,两者的起始黏度相当(约为0.6Pas),环氧沥青初始阶段黏度增长迅速,35min后增长变慢;而OMMT/环氧树脂复合改性沥青的黏度增长较为缓慢.这可能是因为OMMT片层结构延缓了环氧树脂和固化剂的接触.在实际摊铺过程中,环氧沥青的黏度不宜太大,以免影响施工[17],复合改性沥青固化反应前期黏度增长缓慢,相较于环氧沥青更有利于施工.采用熔融共混法制备了OMMT/环氧树脂改性沥青材料,研究了OMMT/环氧树脂复合改性沥青的微观结构及形貌、力学性能、热稳定性和黏度特性，得到以下结论：(1)OMMT在复合改性沥青中以剥离的片层结构存在,使得OMMT改性后的环氧树脂在沥青体系中的分散性能提升;(2) OMMT的掺入使复合改性沥青力学性能和热稳定性显著提高;(3)复合改性沥青固化反应前期黏度增长较缓,更有利于道路施工.【相关文献】[1] Zhang H L,Yu J Y,Wang H C,et al.Investigation of microstructures and ultraviolet aging properties of organo-montmorillonite/SBS modified bitumen [J].MaterialsChemistry and Physics,2011,129(3):769-776.[2] Yu J Y,Cong P L,Wu S boratory investigation of the properties of asphalt modified with epoxy resin [J].Journal of Applied Polymer Science,2009,113(6):3557-3563.[3] Xiao Y,Van de Ven M F C,Molenaar A 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专利名称：一种耐老化的功能化蒙脱土改性沥青及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：梁波,石凯,张宽宽,郑健龙
申请号：CN202010571171.5
申请日：20200622
公开号：CN111647279A
公开日：
20200911
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种耐老化的功能化蒙脱土改性沥青及其制备方法，包括以下步骤：(1)蒙脱土经多巴胺改性后获得具有多功能性的多巴胺蒙脱土(PMMT)。

(2)将PMMT加入到熔融的沥青或聚合物改性沥青中进行剪切和发育，制备出具有高效耐老化的PMMT改性沥青。

(3)对沥青进行不同的老化处理。

与苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌锻共聚物(SBS)改性沥青相比，PMMT/SBS改性沥青在135℃时的黏度老化指数(VAI)降幅可达50％，车辙因子老化指数(RAI)降幅可达31％，且高于SBS改性沥青与有机化蒙脱土(OMMT)/SBS改性沥青的老化指标比值，PMMT改性沥青表现出优异的流变性能和抗老化性能。

申请人：长沙理工大学
地址：410114 湖南省长沙市天心区万家丽南路二段960号
国籍：CN
代理机构：长沙正奇专利事务所有限责任公司
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改性沥青三大指标标准
改性沥青是一种在沥青中添加改性剂以改善其性能的材料，其改性效果主要通过改变沥青的三大指标来体现。

这三大指标分别是软化点、粘度和弹性恢复性，它们是评价改性沥青性能的重要参数，也是改性沥青标准的核心内容。

软化点是指在一定条件下，沥青变软并开始流动的温度。

软化点的高低直接影响了改性沥青在高温下的稳定性和耐久性。

一般来说，软化点越高，改性沥青的高温性能就越好。

因此，改性沥青的软化点标准是衡量其高温性能的重要依据之一。

粘度是指沥青在一定温度下的流动性，是评价其质地和粘结性的重要参数。

粘度的大小直接影响了改性沥青在施工过程中的涂布性和混合性能。

一般来说，粘度越大，改性沥青的涂布性和混合性就越好。

因此，改性沥青的粘度标准是评价其施工性能的重要指标之一。

弹性恢复性是指沥青在受到外力作用后能够恢复原状的能力，是评价其抗变形性能的重要参数。

弹性恢复性的好坏直接影响了改性沥青在交通载荷下的变形和损伤情况。

一般来说，弹性恢复性越好，改性沥青的抗变形性能就越强。

因此，改性沥青的弹性恢复性标准是评价其耐久性能的重要依据之一。

总的来说，改性沥青的三大指标标准是评价其高温性能、施工性能和耐久性能的重要依据，通过对这三大指标的准确评价和控制，可以有效地提高改性沥青的性能和品质，满足不同道路工程的需求。

因此，对于改性沥青的生产和应用来说，严格遵守三大指标标准是非常重要的，只有这样才能保证改性沥青的质量和可靠性，为道路工程的建设提供可靠保障。

0引言道路石油沥青在我国公路沥青铺面中被广泛应用，但随着公路建设场景的扩大，在极端气候环境下的路面铺筑需要综合考虑高温、低温条件及路面的抗疲劳性能等因素。

一直以来，提升沥青及沥青混合料的耐久性、稳定性及温度敏感性是公路工程领域研究者关注的热点［1-3］。

国内外学者通过添加不同的纳米材料提升沥青的耐久性，降低温度敏感性，并取得一定的研究成果。

彭天鹤等［4］对不同掺量的纳米ZnO 改性沥青开展研究，得出随着纳米ZnO 掺量的增加，改性沥青的各项性能先提升后降低的结论，并通过红外光谱试验揭示了纳米ZnO 与沥青的作用机理。

王琼［5］对有机蒙脱土改性沥青及沥青混合料进行全面研究，认为有机蒙脱土改善了沥青及沥青混合料的路用性能。

JIN 等［6］研究有机膨润土对不同沥青性能的影响，试验结果表明，掺加有机膨润土后的改性沥青的软化点和抗车辙能力略有提高，但疲劳因子和低温抗裂性能有所降低。

崔亚楠等［7］对纳米有机蒙脱土改性沥青抗老化性能开展研究，认为纳米有机蒙脱土的层状结构插入沥青分子后，对纳米有机蒙脱土改性沥青的抗老化性能有很大的改善作用。

黄娟［8］对纳米ZnO/SBS 复合改性沥青进行研究，得出纳米ZnO 改善了SBS 改性沥青的储存稳定性，并提升了SBS 改性沥青的高温稳定性和低温抗裂性的结论。

以往的研究发现纳米有机土和纳米ZnO 改性剂的加入可以改善沥青及沥青混合料性能，但低温和疲劳性能可能有所下降。

上述研究多对纳米有机土和纳米ZnO 用于改性基质沥青或与其他改性剂对沥青进行复合改性，但鲜有文献研究对比2种改性剂在改性沥青后的高、低温性能和疲劳性能等。

因此，本文选用纳米蒙脱土和纳米ZnO 2种改性剂，用于改性70#沥青，并对改性后的沥青性能进行比较分析，确定沥青流变性能方面改性更好的一者。

本研究对纳米有机蒙脱土和纳米ZnO 在沥青改性剂领域获得更好的应用有一定的参考价值。

1原材料和试验方法1.1原材料选用70#A 级沥青作为基质沥青，相关技术指标见表1。

第 55 卷第 3 期2024 年 3 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.55 No.3Mar. 2024金属掺杂氧化铈柱撑蒙脱土改性沥青的老化行为及催化性能刘帅1，金娇1, 2，刘培1，曾湘1，高玉超1，陈柏臻1(1. 长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙，410114；2. 公路养护技术国家工程研究中心，湖南 长沙，410114)摘要：针对传统光催化材料在沥青路面中的应用催化降解效能低的问题，综合金属掺杂法和共沉淀法制备了3种金属(Cu 、Fe 、Mn)掺杂蒙脱土基氧化铈复合材料，探讨其物相成分演变规律、官能团变化特征及光吸收拓展范围，研究在梯度掺量条件下不同光催化复合材料改性沥青的流变性能、高温服役性能、抗老化能力及尾气降解效率。

研究结果表明：引入过渡金属阳离子可降低复合材料的带隙，在实现CeO 2在负载体上高分散效果的同时，也提高了新型光催化复合材料的光响应能力；当光催化复合材料掺量(质量分数)为4%时，改性沥青的高温流变性能、高温抗变形能力及抗老化性能衰减能力明显提升；当掺量为6%时，Fe 3+掺杂CeO 2柱撑蒙脱土改性沥青催化效果最佳，其中，对NO 的降解效率可以达59.6%，降解效能提升17.3%。

关键词：光催化；金属掺杂；改性沥青；老化性能；尾气降解中图分类号：U416 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2024）03-1132-14Aging behavior and catalytic performance of asphalt modified bycerium oxide pillared montmorilloniteLIU Shuai 1, JIN Jiao 1, 2, LIU Pei 1, ZENG Xiang 1, GAO Yuchao 1, CHEN Bozhen 1(1. School of Transportation Engineering, Changsha University of Science & Technology, Changsha 410114, China;2. National Engineering Research Center of Highway Maintenance Technology, Changsha 410114, China)收稿日期： 2023 −07 −25； 修回日期： 2023 −09 −28基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52174237，51704040)；湖南省杰出青年科学基金资助项目(2022JJ10051)；德国优秀青年学者基金资助项目(GZ1717)；长沙市杰出创新青年人才项目(kq2206031)；广东省现代土木工程技术重点实验室开放课题(2021B1212040003)；湖南省研究生科研创新项目(CX20230851，QL20230205) (Projects(52174237, 51704040) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2022JJ10051) supported by the Science Foundation for Outstanding Youth of Hunan Province; Project(GZ1717) supported by the Excellent Early Career Scientists of Germany; Project(kq2206031) supported by the Science and Technology Project of Changsha-Outstanding Innovative Youth; Project(2021B1212040003) supported by the Guangdong Provincial Key Laboratory of Modern Civil Engineering Technology; Projects(CX20230851, QL20230205) supported by the Postgraduate Scientific Research Innovation Program of Hunan Province)通信作者：金娇，博士，副教授，从事道路结构与材料研究；E-mail ：*****************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2024.03.025引用格式： 刘帅, 金娇, 刘培, 等. 金属掺杂氧化铈柱撑蒙脱土改性沥青的老化行为及催化性能[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2024, 55(3): 1132−1145.Citation: LIU Shuai, JIN Jiao, LIU Pei, et al. Aging behavior and catalytic performance of asphalt modified by cerium oxide pillared montmorillonite[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2024, 55(3): 1132−1145.第 3 期刘帅，等：金属掺杂氧化铈柱撑蒙脱土改性沥青的老化行为及催化性能Abstract: In view of the low catalytic degradation efficiency of traditional photocatalytic materials in asphalt pavement, three kinds of metal(Cu, Fe, Mn) doped cerium oxide composite materials were synthesized using a combination of metal doping and co-precipitation methods. The evolution of their phase composition, changes in functional groups and extension of light absorption range were investigated. The high dispersion effect of CeO 2 on the negative support was achieved, and the photoresponse of the new photocatalytic composite was improved. The rheological properties, high-temperature performance, aging resistance, and exhaust gas degradation efficiency of asphalt modified with different photocatalytic composite materials under gradient doping conditions were studied. The results show that the introduction of transition metal cations can reduce the band gap of the composites. When the dosage of photocatalytic composite materials is 4%(mass fraction), the high-temperature rheological properties, resistance to high-temperature deformation and aging resistance of the modified asphalt are significantly improved. When the dosage is 6%, Fe 3+-doped CeO 2 supported on pillar-modified montmorillonite has the best catalytic effect, achieving a degradation efficiency of 59.6% for NO, and an increase of 17.3% in degradation efficiency.Key words: photocatalysis; metal doping; modified asphalt; aging performance; exhaust gas degradation随着我国经济快速发展，道路交通量不断增加，由汽车尾气造成的环境污染和人体健康危害等负面影响日趋严重[1]。

第18卷第3期铁道科学与工程学报Volume18Number3 2021年3月Journal of Railway Science and Engineering March2021 DOI:10.19713/ki.43−1423/u.T20200447有机化蒙脱土改性生物沥青的流变性能研究冯学茂1,2,3，张宇豪4，韦慧4，戴吟晗4，杨鑫炎4(1.广西道路材料与结构重点实验室，广西南宁530007；2.广西新发展交通集团有限公司，广西南宁530029；3.中南大学土木工程学院，湖南长沙4100075；4.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙410114)摘要：为探究生物油改性效果及改善生物沥青的性能表现，采用生物油和有机化蒙脱土为原料，分别制备生物沥青和有机化蒙脱土改性生物沥青，利用流变性能试验、布氏黏度试验和多应力蠕变性能试验，揭示生物油和有机化蒙脱土对沥青的改性机理。

研究结果表明：生物油与石油沥青具有良好的相容性，生物油改性后生物沥青的高温抗永久变形能力和低温抗裂性能较好，黏度稍有提高；有机化蒙脱土可形成独特的片层结构吸收沥青组分，沥青中重组分含量增加，掺加有机化蒙脱土后，改性生物沥青高温抗永久变形能力进一步改善，黏度提升效果显著，达基质沥青的2倍以上，但低温性能受到影响。

关键词：道路工程；流变性能；改性生物沥青；有机化蒙脱土；黏度；蠕变恢复率中图分类号：U414文献标志码：A文章编号：1672−7029(2021)03−0687−08Research on rheological properties of organic montmorillonite modified bio-asphalt FENG Xuemao1,2,3,ZHANG Yuhao4,WEI Hui4,DAI Yinhan4,YANG Xinyan4(1.Guangxi Key Lab of Road Structure and Materials,Nanning530007,China;2.Guangxi Xinfazhan Communication Group Co.,Ltd.,Nanning530029,China;3.School of Civil Engineering,Central South University,Changsha410075,China;4.School of Traffic and Transportation Engineering,Changsha University of Science and Technology,Changsha410114,China) Abstract:In order to explore the modification effect of bio-oil and improve the performance of bio-asphalt, bio-asphalt and organic montmorillonite modified bio-asphalt were prepared respectively with bio-oil and organic montmorillonite as raw materials.The rheological property test,the Brookfield viscosity test and multi stress creep performance test were used to reveal the modification mechanism of bio-oil and organic montmorillonite on asphalt.The results show that the bio-oil has good compatibility with petroleum asphalt,and the high temperature and low temperature cracking resistance of bio-oil modified bio-asphalt are better,and the viscosity is slightly improved.The organic montmorillonite can form a unique lamellar structure to absorb the asphalt components, and the content of heavy components in asphalt is increased.After the organic montmorillonite is added,the high temperature resistance to permanent deformation of modified bio-asphalt is further improved,and the viscosity收稿日期：2020−05−23基金项目：广西道路结构与材料重点实验室开放基金资助项目；国家自然科学基金资助项目(51708048)；2019年长沙理工大学研究生科研创新项目(CX2019SS05)；2019年长沙理工大学大学生创新创业训练计划项目通信作者：韦慧(1984−)，女，广西百色人，讲师，博士，从事路基路面养护工程研究；E−mail：************.cn铁道科学与工程学报2021年3月688improvement effect is significant.The result is more than twice of the base asphalt,but the low temperature performance is affected.Key words:road engineering;rheological properties;modified bio-asphalt;organic montmorillonite;viscosity; creep recovery与石油沥青类似，生物质燃料油(生物油)同样是生物质材料加工过程中的产品，是农牧产业的废渣，通过生物质材料的蒸馏、分离、调合和提取等工艺获取的[1−3]。

改质沥青环保性能评估及应用近年来，随着我国经济的快速发展，道路建设也取得了显著的进步。

沥青作为道路建设中不可或缺的材料，其环保性能越来越受到关注。

改质沥青作为一种新型环保材料，具有优异的环保性能，本文将对改质沥青的环保性能进行评估，并探讨其应用前景。

一、改质沥青的环保性能评估1.减量沥青改质沥青在生产过程中，通过减量技术，降低了沥青的用量，从而减少了沥青混合料的生产过程中的能源消耗和排放。

实验表明，减量沥青相比传统沥青，可以减少约15%的能耗和排放。

2.改性沥青3.生物基沥青二、改质沥青的应用前景1.道路建设改质沥青由于其优异的环保性能，在道路建设中具有广泛的应用前景。

改质沥青可以提高道路的耐久性，减少维修次数，从而减少对环境的影响。

同时，改质沥青可以降低道路的噪音，提高行车的舒适性，对城市环境的建设也具有积极的意义。

2.防水材料3.废旧沥青处理改质沥青还可以应用于废旧沥青的处理。

通过改质沥青技术，可以将废旧沥青进行再生利用，减少废旧沥青对环境的污染。

改质沥青作为一种新型环保材料，具有优异的环保性能，在道路建设、建筑防水材料等领域具有广泛的应用前景。

随着我国对环保重视程度的不断提高，改质沥青的市场前景十分广阔。

在未来，我们期待看到更多的改质沥青产品在各个领域得到广泛应用，为我国的环境保护事业做出更大的贡献。

改质沥青环保性能评估及应用近年来，随着我国经济的快速发展，道路建设也取得了显著的进步。

沥青作为道路建设中不可或缺的材料，其环保性能越来越受到关注。

改质沥青作为一种新型环保材料，具有优异的环保性能，那么，我们就来探讨一下改质沥青的环保性能评估以及应用前景。

总的来说，改质沥青作为一种新型环保材料，在道路建设、建筑防水材料等领域具有广泛的应用前景。

然而，我们在使用改质沥青的过程中，也需要注意一些问题。

比如，改质沥青的生产过程要求较高，需要专业的设备和技术；另外，改质沥青的成本相对较高，可能会影响其在市场上的竞争力。

有机化蒙脱土改性沥青的性能研究的开题报告题目：有机化蒙脱土改性沥青的性能研究一、研究背景及意义：道路是人们出行的重要设施，占据着重要的地位。

据统计，我国公路总里程现已超过500万公里。

目前，随着交通运输的不断发展和城市化进程的推进，道路建设也得到了空前的快速发展，为人们的出行和国家的经济发展提供了有力的保障。

沥青路面材料作为公路路面的主要材料之一，具有良好的耐水、耐久性和抗裂性等特点。

然而，由于沥青本身的性质与外界环境相互作用，路面容易因为热胀冷缩和雨水冲刷等原因而开裂。

因此，提高沥青路面材料的性能，防止其在使用过程中出现开裂等问题，对于提高道路使用寿命、减少维护成本具有重要意义。

有机化蒙脱土作为一种新型改性剂材料，其在改善沥青路面材料抗剪强度、降低渗透系数、抵抗水分和紫外线的损害等方面具有良好的效果。

同时，有机改性蒙脱土也可以改善沥青与矿物骨料之间的粘结性能。

近年来，有机化蒙脱土在沥青改性领域的应用研究日益受到关注。

因此，本研究旨在探究有机化蒙脱土对沥青路面材料性能的影响，为提高道路使用寿命、减少维护成本提供理论和实践基础。

二、研究内容：1. 研究有机化蒙脱土改性沥青的影响因素；2. 探讨有机化蒙脱土改性沥青的物理化学性质；3. 测试有机化蒙脱土改性沥青的力学性能、稳定性能和耐久性能；4. 综合评价有机化蒙脱土对沥青路面材料性能的影响。

三、研究方法和技术路线：本研究主要采用实验研究和理论分析相结合的方法，包括以下步骤：1. 制备有机化蒙脱土改性剂；2. 采用光学显微镜、X射线衍射分析等技术分析有机化蒙脱土结构特征；3. 测试沥青路面材料及其改性材料的物理化学性质，包括软化点、粘度、渗透系数等；4. 测试沥青路面材料及其改性材料的力学性能，包括抗拉强度、动态剪切粘度、损耗系数等；5. 测试沥青路面材料及其改性材料的稳定性和耐久性能，包括马歇尔稳定度、间接张力、波形破坏指数等；6. 综合评价有机化蒙脱土对沥青路面材料性能的影响。

改性沥青及其效果评价指标
所谓改性沥青，也包括改性沥青混合料，是指“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料”。

改性剂是指“在沥青或沥青混合料中加人的天然的或人工的有机或无机材料，可熔融、分散在沥青中，改善或提高沥青路面性能(与沥青发生反应或裹覆在集料表面上)的材料”。

改性效果的好坏，主要用改性沥青指标来进行评价，改性沥青的评价指标为：
(1)感温性指标：针入度指数(针入度)。

(2)低温性能指标：5℃延度和当量脆点。

(3)高温性能指标：60℃粘度、软化点与当量软化点。

(4)热稳定性(耐老化)指标：旋转薄膜烘箱试验。

(5)沥青粘弹效应指标：弹性恢复。

⑥沥青与集料握裹力指标：粘韧性试验。

⑦施工及安全指标：闪点、135℃运动粘度。

⑧离析指标：软化点差。

评价路面沥青的实用流变性指标流变学研究的流体,可分为牛顿型流体和非牛顿型流体,所谓流变性实质是固—液两相同存,是一种粘弹性的表现。

沥青也是一种高分子化合物,具有粘性和弹性,属于非牛顿型流体,其流变特性与沥青的针入度、延度、粘度及路面的性能等都有很大的关系。

1.沥青的组成对其流变特性的影响根据流变学沥青粘度定义有:(1)η=ηγc取对数得沥青的复合流动度为:c= Δlgη /Δlgγ (2)从式(2)可看出,当复合流动系数c较小时,即剪应力(η)随剪变率(γ)的变化较小,L・W・科尔贝特曾用上式考察沥青各组分对其流变特性的影响。

他将沥青质分别分散于饱和酚(At)、环烷—芳香酚(N—A)和极性—芳香酚(P—A)中,配成不同含量组成成分的沥青样品,在各种样品的组成中沥青质含量均为35%,然后测定各样品的剪应力(η)与剪变率(γ)之关系。

当组成的样品为极性—芳香酚(P—A)与沥青质(A)时,c=1.0,为牛顿型流体,其他各组成样品皆为非牛顿型流体。

由此表明沥青分散介质的性质与沥青的流变特性有密切的关系,即沥青的组成不同,其流变特性也不同。

2.沥青的流变模型2.1 理想弹性元件理想弹性元件的基本元件只有一个弹簧,即材料是线弹性的,不存在粘性,遵循Hooke定律,用数学模型来描述即为ζ=E ε,其中E为杨氏模量。

2.2 粘性元件粘性元件的基本元件是阻尼器,材料的变形与材料所受的力不是正比关系,当加上荷载之后,杆被拉长,伸长的时间变化率 d(εl) /dt与作用力成正比,用应力应变表示,有:ζ=Fdε/dt=Fε,此处用“・”表示对时间t的常微分或偏微分,量ε称为应变率。

应力正比于应变率的材料叫作粘性材料,F为粘性系数。

2.3 Maxwell模型Maxwell模型是由弹性元件与阻尼器元件相互串联,总应变为:ε=ε′+ε″ (3) 其中,ε′为弹性元件的应变;ε″为阻尼元件的应变,对式(3)进行微分可得:ε=ε′+ε″=ζ/E +ζ/F将此式改写为标志形式后可得Maxwell流体的本构方程为:ζ+p1ζ=q1ε(p1=F/E ,q1=F) (4) 方程(4)可以分为两个阶段理解,第一阶段假设在初始时刻对杆施加一个突加恒值荷载ζ=ζ0H(t),H(t)称为单位阶跃函数或Heaviside函数,求此式应变ε为多少;第二阶段从t=t1开始,应变ε固定为ε1,也就是说杆端固定不动,此时应力将发生怎样的变化。