《Fuel》：Chemical, surface and nanomechanical analyses in the assessment of the ageing process of polythiophene nanofiber-modified road bitumen
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本研究探讨聚噻吩纳米纤维（PT_NFs）作为新型环保改性剂对道路沥青性能的影响，通过短-term（TFOT）和长-term（PAV）老化分析发现，1% PT_NFs可提升沥青穿透度13%、降低软化点0.5°C，而5%添加量则减少穿透度变化、提高软化点1.4°C和显著增加动态粘度24%，同时有效抑制碳硫原子氧化（分别降低25%和90%）。
Szymon Malinowski | Agnieszka Woszuk | Anita Kwa?niewska | Grzegorz G?adyszewski | Adam Zofka
波兰卢布林工业大学土木工程与建筑学院建筑材料工程与岩土工程系，20-618 卢布林，波兰
摘要
近年来，道路铺面生产中的技术创新主要集中在通过提高沥青混合物中道路沥青的抗老化性能来延长其使用寿命。在这一领域，也使用了与道路沥青兼容性较差的高成本聚合物纳米纤维。因此，本研究探讨了在道路铺面设计中使用一种新型、经济且环保的聚合物改性剂——聚噻吩纳米纤维（PT_NFs）的可能性，以延长铺面的使用寿命。研究内容包括对改性效果以及短期（TFOT）和长期（PAV）老化过程中道路沥青的物理化学性质、结构特性和表面特性的变化进行分析。结果表明，相对于未经改性的道路沥青，添加1%（重量百分比）的PT_NFs可使沥青的 penetration 值增加约13%，软化点降低0.5°C，动态粘度增加约6%；而当纳米纤维的添加量增加到5%（重量百分比）时，penetration 值降低约0.5%，软化点升高1.4°C，动态粘度增加24%。研究结果表明，在沥青混合物的生产中使用PT_NFs改性的道路沥青可以有效延长道路表面的使用寿命。其使用可分别将VAI值和SPI值降低约13%和12%。此外，使用PT_NFs还能分别抑制道路表面使用过程中C原子和S原子的氧化，抑制程度约为25%和90%。
章节摘录
引言与背景
如今，决定经济进步的一个重要因素是工业增长与环境保护之间的平衡[1]、[2]、[3]、[4]。这需要开发对环境影响最小化且能够延长产品生命周期的技术。这一趋势与提高道路沥青抗老化性能的研究方向一致，从而延长沥青铺面的使用寿命。Camargo等人[5]进行的生命周期成本分析（LCCA）表明……
材料
Orlen Asphalt S.A.公司生产的35/50道路沥青经过改性处理，其改性特性如表1所示。选择35/50道路沥青作为基础粘合剂，是因为它在承受重交通负荷和高温环境的道路铺面中应用广泛，而抗老化性能是关键的性能指标。使用单一、明确的粘合剂等级有助于系统地评估PT_NFs对沥青物理化学性质、流变性质及老化相关性质的影响。
PT_NFs的化学表征
通过扫描电子显微镜（SEM）分析了合成的PT_NFs的形态。图1a展示了通过化学合成获得的样品的代表性显微图像。观察到形成了一个密集的三维网络，纤维方向呈随机（各向同性）分布，这是溶液相中成核和生长过程的特征。所得纳米材料具有典型的纤维结构，且长宽比较高。
结论
关于聚合物纳米纤维（PT_NFs）对道路沥青性质影响的分析得出以下结论：
- •
研究表明，PT_NFs会影响改性道路沥青的物理化学性质，这些变化的程度与使用的聚合物纳米纤维的数量直接相关。
与未经改性的道路沥青相比，添加1%的PT_NFs可使沥青的 penetration 值增加约13%，而添加5%的PT_NFs则使这些变化减少到约0.5%。
•与……
未来展望
本文关于使用PT_NFs改性道路沥青的研究为后续工作奠定了基础。计划中的研究内容包括在较宽温度范围内的流变性质分析、使用BBR方法分析低温性能、通过热分析方法评估PT_NFs的耐久性以及进行热重分析。根据现有科学知识，PT_NFs化学结构中的硫元素可能存在积极影响……
CRediT作者贡献声明
Szymon Malinowski：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、项目监督、软件使用、资源管理、方法论设计、实验研究、资金申请、数据分析、概念构思。
Agnieszka Woszuk：撰写 – 审稿与编辑、方法论设计、数据管理。
Anita Kwa?niewska：撰写 – 审稿与编辑、方法论设计、数据管理。
Grzegorz G?adyszewski：撰写 – 审稿与编辑、方法论设计、数据分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了波兰国家研究与开发中心的资助，资助编号为INNOGLOBO/I/95/NZeolOx/2022。
