石榴皮提取物作为天然抗氧化剂对沥青氧化老化性能的改善研究

《Scientific Reports》：Evaluation of pomegranate peel extract as a natural antioxidant additive for mitigating oxidative aging of bitumen

　　

摘要

沥青作为沥青路面的主要粘结剂，在服役过程中会受到热老化和氧化老化的作用，导致其刚度增加、柔韧性降低以及流变性能下降。本研究探讨了石榴皮提取物（PPE）——一种富含天然多酚的添加剂——作为抗氧化剂在减缓PG 64-16沥青氧化老化方面的应用效果。研究采用物理、流变和化学分析方法，对掺入0.5、1、1.5和2 wt.% PPE的沥青样品在短期和长期老化前后的性能进行了评估。结果表明，PPE使沥青针入度最多降低了18%，并使软化点升高，表明其高温抗变形能力有所改善。当PPE掺量为1.5%时，110°C下的旋转粘度提高了约77%，同时温度敏感性降低。性能等级从PG 64提升至PG 70，表明高温车辙抗力得到了改善。饱和分、芳香分、胶质和沥青质（SARA）分析表明，与基质沥青相比，PPE减少了老化引起的沥青质组分增加，尤其是在长期薄膜烘箱（PAV）老化后更为明显。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析也显示，与基质沥青相比，掺入1.5 wt.% PPE的改性沥青老化后的羰基指数和亚砜指数增幅较低，表明氧化相关官能团的生成减少了。总体而言，1.5 wt.%的PPE在刚度、高温性能和施工和易性方面提供了最为均衡的改善，同时保持了可接受的低温性能。更重要的是，物理、流变、SARA和FTIR的综合结果证明，从石榴皮中提取的富含多酚的天然提取物在控制沥青化学老化的同时保持其功能性能方面具有巨大潜力。这为利用石榴加工废弃物作为沥青的可持续天然抗氧化添加剂提供了一条高附加值的技术途径。