不同酸堿條件下瀝青乳液的流變性和穩定性

不同酸堿條件下瀝青乳液的流變性和穩定性

人們對瀝青路面的質量,安全性和舒適性要求越來越高,為瞭應對這些變化,路面建造商正在尋找更加劃算的路面養護和規劃方法。表面處理技術已成為瀝青路面或混凝土路面預防性維護中最具成本效益的方法之一,通過在舊路面表面噴灑瀝青粘結劑,然後再壓緊一層集料,將其壓實到噴塗的瀝青粘合劑中,來進行路面塗層處理。利用表面處理層改善現有路面的宏觀紋理,可提供良好的防滑和高摩擦面,並提高行車安全。

瀝青乳液作為一種清潔材料,可以大大降低能耗。但是,其機械性能相對較弱,並且各組分間的內部相互作用尚不清楚。由於瀝青乳液在路面維護和施工中的盲目使用,其應用通常僅限於非結構層。瀝青乳液由瀝青,水和乳化劑(通常是表面活性劑)組成。一般,將標準瀝青乳液視為O/W型,除一些次要成分外,其主要包含40-75%的瀝青,25-60%的水和0.1-2.5%的表面活性劑(按重量計)。表面活性劑的性質決定瞭瀝青水泥(AC)表面上的電荷性質(Fig. 1)。

不同酸堿條件下瀝青乳液的流變性和穩定性

乳化穩定性在瀝青乳液的噴塗和混合應用中至關重要,瀝青乳液的穩定性取決於某些配方因素,例如,親水-親油偏差(HLD)和表面活性劑親和力差(SAD)。HLD是衡量瀝青乳液中瀝青相和水相之間表面活性劑分配的量度。如圖Fig. 1(b-c)所示,在使用烷基胺(-NH2)制備瀝青乳液時,有兩種類型的O/W乳液,即乳化劑在有/無表面活性劑遷移至瀝青相的情況下進行分配。然而,烷基胺(-NH2)和烷基銨(-NH3)的解離度受瀝青乳液pH值的顯著影響。通常,使用酸性溶液(例如鹽酸和偶爾磷酸)來調節陽離子瀝青乳液的pH值,以此來調控瀝青乳液的穩定性。此外,瀝青的流變行為是準確描述土木工程中瀝青-乳液混合物性能的敏感技術指標。

近日,密歇根理工大學(Michigan Technological University)尤占平教授課題組通過研究不同的酸性和堿性水平下瀝青乳液中瀝青與水的相互作用,結果發現瀝青乳液的酸性和堿性水平顯著影響其穩定性,並且弱酸性環境有利於陽離子瀝青乳液中的水保持穩定。瀝青乳液的表觀粘度均隨著剪切速率的增加而降低,混合有酸和堿溶液的瀝青乳液的流變行為類似於非牛頓流體,直到達到某一剪切閾值為止。對於每個溫度,都達到瞭不同的剪切閾值,且都有非牛頓行為轉變為線性牛頓的趨勢,並且溫度與這個閾值成反比,隨著溫度的升高,剪切速率閾值變小。酸性和堿性水平對瀝青乳液及其殘留物的分子化學鍵也具有重要影響,官能團含量的變化會顯著影響瀝青乳液及其殘渣的穩定性和流變性。

該研究工作發表在Journal of Cleaner Production(2019,235,583-589,SCI一區,Top,IF=6.395)上,通訊作者是尤占平教授,第一作者是其博士生尤凌雲

不同酸堿條件下瀝青乳液的流變性和穩定性

作者簡介:

尤占平,2003年畢業於美國University of Illinois at Urbana-Champaign(UIUC),獲土木工程博士學位,現任美國Michigan Technological University終身教授,傑出教授,美國註冊職業土木工程師(Professional Engineer)。2010年10月起任長安大學公路學院教授、博士生導師、陜西省”三秦學者”特聘教授。2014年入選教育部”長江學者獎勵計劃”,受聘為長安大學”長江學者”講座教授。擔任美國NSF國傢科學基金、科技促進會、NCHRP的項目評審專傢,擔任加拿大、瑞士、中國等多個國傢的科學基金項目的評審專傢,擔任30餘個期刊的評審專傢,擔任ASCE路面力學委員會主席和瀝青材料委員會主席等。研究領域包括瀝青混合料細觀結構、細觀力學、瀝青材料性能表征與測試方法、瀝青路面設計方法、新型環保型瀝青材料。發表文章400餘篇,其中200篇被SCI收錄,被引用次數7000餘次,參與編輯會議論文集8本,技術報告20個,在專業會議上作學術報告180次。

課題組

http://www.cee.mtu.edu/you/Publications.html

論文鏈接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652620304649?via%3Dihub 

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