钢渣对沥青选择性吸收行为与机理研究

Using basic oxygen furnace slag (BOF) in asphalt mixture is a good approach for its re-utilization. It meets the strategies of waste recycling and environment protection in China. The deterioration of asphalt concrete with BOF due to the selective absorption of light components in bitumen should be attached much importance. Based on the components and rheological behavior of bitumen, we plan to use nano-indentation and mass spectrum technology to characterize the behavior of selective absorption. Also we will study the mechanism of selective absorption with the principle of wetting behavior of different components in bitumen to BOF. Furthermore we combine laboratory tests and engineering projects to comparatively study the effects of selective absorption on the properties of asphalt mixture. The purpose of this study is to reveal the distribution of various components of bitumen in porous structure of BOF, to determine its properties and morphology evolution , and to enhance the interpretation of bitumen components wettability to BOF. The findings of this study could be a theoretical basis for selective absorption. It is of great importance to improve the application quality of BOF based bituminous pavement.

以沥青混凝土为载体实现钢渣资源化是国家环境保护与资源循环利用的双重重大战略需求。为提高钢渣应用质量，钢渣对沥青轻质组分优先吸收的选择性造成混凝土性能下降的问题应重点研究。本项目基于沥青组成与行为特性，采用以纳米压痕测试和质谱分析为主的技术方案在微观尺度直接表征选择性吸收行为；以沥青轻、重质组分对钢渣的润湿特性为研究重点，探寻选择性吸收产生机理；采用室内理论研究与钢渣沥青路面实体工程验证相结合的方式，通过建立参照物全方位对比研究选择性吸收行为对沥青混凝土性能的影响规律。项目将揭示沥青组分在钢渣孔隙内的分布规律，探明其性能变化规律及微观形貌，加深对沥青轻、重质组分润湿特性的认识，阐明沥青被钢渣孔隙选择性吸收机理。项目成果将建立沥青材料的选择性吸收研究理论，对提高钢渣应用质量具有重要的科学意义。

依据国家自然科学基金申请书中的相关研究规划，项目执行期间研究团队分别对钢渣对沥青选择性吸收行为研究、钢渣对沥青选择性吸收机理及选择性吸收对钢渣沥青混合料性能影响规律等内容展开了深入研究，具体如下：.（1）针对沥青组分性能不明确的问题，研究了芳香分、饱和分和胶质的荧光效应、化学基团组成，通过温度扫描和频率扫描研究了沥青组分的流变性能，确定了各自的流动行为指数和活化能，阐明了组分流动性能的差异性；.（2）利用CT技术研究了钢渣内部孔隙及其与天然集料的差异性，量化了沥青在其孔隙内部的吸收量，揭示了沥青在孔隙内部的分布特征；利用沥青轻质组分荧光特性，直接观测了沥青组分在钢渣孔隙内部的分离行为；利用纳米压痕技术探明了沥青组分在钢渣孔隙结构内、外表面的分布规律；.（3）通过研究沥青组分对钢渣集料润湿行为，结合钢渣集料与沥青组分的表面能，阐明了沥青组分在钢渣连通孔隙内部对空气的驱替机理，解释了为何沥青轻质组分会优先被集料吸收，而重质组分则不易吸收；.（4）研究了长时间序列下混合料沥青膜性能变化规律，对沥青膜进行逐层提取发现，选择性效应较明显，外层沥青膜轻质组分较少，而内层较多。但当沥青经过PAV长期老化后，选择性吸收效应停止；.（5）依托本项目发表学术论文12篇，全部为SCI检索，其中JCR 1区论文6篇；授权国家发明专利1项；获省部级奖励二项，其中一项本人排序第1，另一项为省部级一等奖，本人排序第3；培养3名硕士研究生，其中2名已毕业，1名在读。