摘 要

沥青在紫外光等作用下会发生老化，导致沥青路面使用寿命大大缩短，因此，提高沥青的耐老化性能对延长沥青路面使用寿命具有重要的意义。基于LDHs对紫外线具有优良的物理阻隔作用，近年来LDHs已被用于改善沥青耐老化性能，但 LDHs 属于无机材料，亲水性强，与沥青材料的相容性较差，在沥青中难以均匀分散，从而会影响其对紫外线屏蔽功能的发挥，严重降低其对沥青耐老化性能的改善效果。

本文通过离子交换法将木质素磺酸钠插入LDHs主体层板间，制备木质素磺酸钠插层LDHs。利用木质素磺酸钠中苯环、碳链的疏水性的特点，改善LDHs与沥青的相容性，同时借助木质素磺酸钠优异的紫外吸收和捕获自由基的功能与LDHs良好的紫外屏蔽和对氧的阻隔作用，赋予木质素磺酸钠插层LDHs改性沥青优异抗紫外老化和热氧老化性能，延长沥青路面的使用年限。主要结论如下：

（1）X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）图谱表明木质素磺酸钠成功插层到LDHs层间；扫描电子显微镜（SEM） 图谱表明木质素磺酸钠插层到LDHs过程中LDHs粒子发生二次生长，层间距增大；紫外可见分光光度计（UV-vis） 图谱表明木质素磺酸钠插层LDHs有良好的紫外光吸收能力；

（2）物理性能测试表明：木质素磺酸钠插层LDHs改性沥青25℃针入度、10℃延度高于LDHs改性沥青，软化点以及135℃黏度低于LDHs改性沥青；（3）短期热氧老化、紫外老化实验表明：相比于LDHs改性沥青，木质素磺酸钠插层 LDHs 改性沥青表现出更好的耐热氧和紫外老化性能。

关键词：沥青；LDHs；木质素磺酸钠；耐老化性能

Abstract

Asphalt in the ultraviolet light, heat, oxygen and other effects will occur under aging, resulting in greatly shortened service life of asphalt pavement, therefore, to improve the aging resistance of asphalt to extend the service life of asphalt is of great significance. LDHs have been used to improve the aging resistance of asphalt, but LDHs are inorganic materials, are hydrophilic, have poor compatibility with asphalt material, and are difficult to be homogeneous in asphalt. In recent years, LDHs have been used to improve the aging resistance of asphalt. Scattered, which will affect its role in the UV shielding function, a serious reduction of its anti-aging properties of asphalt to improve the effect.

In this paper, sodium lignosulfonate was used to insert LDHs of sodium lignosulfonate into the LDHs. The use of sodium lignosulfonate in the benzene ring, carbon chain hydrophobicity characteristics, to improve the compatibility of LDHs with asphalt, while by virtue of lignosulfonate excellent UV absorption and capture of free radicals with LDHs good UV shielding And the role of oxygen barrier, to give sodium lignosulfonate intercalated LDHs modified asphalt excellent anti-UV aging and thermal oxygen aging performance, to extend the useful life of asphalt pavement. The main conclusions are as follows:

  (1) XRD and FITR showed that sodium lignosulfonate was successfully intercalated into LDHs. SEM images showed that LDHs were grown twice in the process of lignin sulfonate intercalation to LDHs, and the interlayer distance increased. UV-vis Atlas shows that lignin sulfonate intercalated LDHs have good UV absorption capacity;

(2) Physical properties test showed that lignin sulfonate intercalated LDHs modified asphalt physical properties is better than LDHs modified asphalt;

(3) Short-term thermal oxygen aging, accelerated UV aging experiments show that: Compared with LDHs modified asphalt, sodium lignosulfonate intercalated LDHs modified asphalt showed better resistance to thermal oxygen and UV aging.

Key words: asphalt; LDHs; sodium lignosulfonate; aging resistance

目录

摘 要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2 沥青老化与防老化研究进展 2

1.3 LDHs的组成结构和性质 3

1.4木质素磺酸钠的组成结构和性质 5

1.5本文研究目的和研究内容 5

1.5.1研究目的 6

1.5.2研究内容 6

2 实验部分 7

2.1 实验原料与仪器 7

2.1.1实验原料 7

2.1.2实验仪器 7

2.2木质素磺酸钠插层LDHs的制备 8

2.3 改性沥青的制备 8

2.4 老化试验 8

2.4.1 短期热氧老化实验（TFOT) 8

2.4.2 紫外老化实验（UV) 8

2.5 木质素磺酸钠表征测试 9

2.5.1 XRD 9

2.5.2 FTIR 9

2.5.3 SEM 9

2.5.4 UV-vis 9

2.5.5物理性能测试 9

2.5.6老化性能测试 10

3 结果分析与讨论 11

3.1 木质素磺酸钠的结构表征 11

3.1.1 XRD分析 11

3.1.2 FTIR分析 12

3.1.3 SEM分析 13

3.1.4 UV-vis分析 14

3.2 物理性能 15

3.3 老化性能 17

3.3.1短期热氧老化实验 17

3.3.2紫外老化实验 19

4 结论 22

参考文献 23

致谢 25

1 绪论

1.1研究背景与意义

沥青因为易于维修等优点在我国公路中而到广泛应用^[1]。然而，沥青作为一种有机材料，在服役期间极易受光、热、氧等自然环境因素的作用而发生老化，导致沥青路面的抗温缩裂缝和抗疲劳破坏能力下降，使沥青路面易产生诸如裂缝、车辙、松散等病害，沥青路面的抗疲劳开裂等使用性能大幅度降低，服役年限大大缩短。因此，提高沥青的耐老化性能，不但可以降低沥青路面的维修和养护成本、延长其服役年限，而且对促进公路建设的可持续快速发展也具有重要的意义。

短期老化主要是指沥青在储存、运输、拌合及摊铺过程中受热和氧的作用而发生的老化，主要为热氧老化；长期老化是指沥青在路面使用过程中受太阳光中红外线和紫外线辐射而发生的热老化和紫外光老化^[2]目前，针对沥青的短期和长期热氧老化问题，学者们已经作了大量的研究，发展出用于模拟加速沥青热氧老化的技术手段并制定了相关技术标准。这些技术规范的制定为评价沥青热氧老化性能提供了统一的方法与标准，对研究并改善沥青耐热氧老化性能起到了积极的指导作用。

近些年来，随着长寿命沥青路面的发展，紫外光引起的沥青老化问题逐渐受到人们的关注。目前国内外对紫外光老化问题已开展了一些防治措施研究。如采用具有紫外光屏蔽或吸收作用的无机粒子可在一定程度上提高沥青的抗紫外老化能力，但这些无机粒子与沥青的相容性以及在沥青中的分散问题一直难以得到解决；此外，研究发现部分层状硅酸盐以其特殊的片层结构抑制空气中的氧气渗透而改善沥青的耐紫外光老化性能，但是这些改性剂只有在掺量较大时对沥青耐紫外光老化性能的改善作用才能够体现出来，而较大的掺量会导致沥青延度大幅度下降。有机光稳定剂可以用来改善沥青抗老化性能，但沥青对光稳定剂具有一定的选择性，某些有机光稳定剂甚至加使沥青的紫外老化速率加快^[3]。