The utilization and application of asphalt binder materials can result in substantial organic emissions, which may pose substantial risks to plant and animal life, as well as human health. In the context of carbon neutrality and carbon peaking, investigating the short-term emission behavior and evolution law of organic emissions from asphalt binder materials can contribute to the development of environmentally sustainable asphalt pavements. In this study, the headspace gas chromatography-mass spectrometry (HS-GC-MS) test was performed to investigate the emission evolution law of organic emissions from asphalt binder materials, considering factors such as asphalt binder sample dosage, heating temperature, heating time, stirring rate, and other relevant parameters. Subsequently, the fundamental principles of gaseous diffusion were employed to elucidate the short-term emission behavior and evolution law of organic emissions from asphalt binder materials. The results indicate that the asphalt binder sample dosage plays a determining role in the emission concentration of organic emissions from asphalt binder materials. Furthermore, there is a strong temperature dependence on the volatilization and release of organic emissions from asphalt binder materials. Moreover, heating time and stirring rate also affect the emission concentration of organic emissions from asphalt binder materials. After careful analysis and comparison, the headspace sampling parameters for the HS-GC-MS test are recommended as follows: an asphalt binder dosage of 1 g, an incubation temperature of 180 °C, an incubation time of 15 min, and a stirring rate of 250 r/min. Finally, the emission behavior of organic emissions from asphalt binder materials is elucidated by applying Fick's law of diffusion and the flux theory of the gas-liquid interface.

The organic emissions resulting from the use and application of asphalt materials can pose significant risks to plant, animal life and human health, consequently, it is crucial to conduct compositional analysis and quantitative evaluation of organic emissions from asphalt materials. In this study, the qualitative and quantitative analysis method of organic emissions from asphalt materials was developed based on headspace gas chromatography-mass spectrometry (HS-GC-MS), selected ion monitoring (SIM) mode, internal standard method and calibration curve. The spiked recovery and surrogate standard recovery were employed to validate the method. The results show the excellent accuracy, precision, and reliability of the HS-GC-MS quantitative analysis method. And the results provide confirmation that total volatile organic compounds (TVOCs), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), and n-alkanes can indeed be identified as typical organic emissions originating from asphalt materials. Furthermore, the study successfully identifies benzothiazole, cyclohexyl disulfide, and N-(1,3-dimethylbutyl)-N′-phenyl-1,4-phenylenediamine as characteristic emissions in crumb rubber-modified asphalt (CRMA). The inclusion of the styrene-butadiene-styrene (SBS) modifier results in a significant reduction in n-alkane emissions by 41.11%, PAHs emissions by 25.22%, and TVOCs emissions by 47.21% in comparison to the base asphalt, demonstrating the effective inhibitory effect of the SBS modifier on organic emissions. When compared to the base asphalt, the addition of crumb rubber results in increased emissions of n-alkanes by 12.68% and PAHs by 50.60%, as well as the introduction of the emissions associated with CRMA characteristic compounds, indicating that the emission issue of CRMA is particularly prominent.

The incorporation of reinforcing fillers into natural rubber latex (NR) to achieve superior elasticity and mechanical properties has been widely applied across various fields. However, the tendency of reinforcing fillers to agglomerate within NR limits their potential applications. In this study, multi-walled carbon nanotube (MWCNT)–silica (SiO2)/NR composites were prepared using a solution blending method, aiming to enhance the performance of NR composites through the synergistic effects of dual-component fillers. The mechanical properties, dispersion behavior, and Payne effect of three types of composites—SiO2/NR (SNR), MWCNT/NR (MNR), and MWCNT-SiO2/NR (MSNR)—were investigated. In addition, the mean square displacement (MSD), fractional free volume (FFV), and binding energy of the three composites were simulated using molecular dynamics (MD) models. The results showed that the addition of a two-component filler increased the tensile strength, elongation at break, and Young’s modulus of NR composites by 56.4%, 72.41%, and 34.44%, respectively. The Payne effect of MSNR was reduced by 4.5% compared to MNR and SNR. In addition, the MD simulation results showed that the MSD and FFV of MSNR were reduced by 21% and 17.44%, respectively, and the binding energy was increased by 69 times, which was in agreement with the experimental results. The underlying mechanisms between the dual-component fillers were elucidated through dynamic mechanical analysis (DMA), a rubber process analyzer (RPA), and field emission scanning electron microscopy (SEM). This study provides an effective reference for broadening the application fields of NR.

ABSTRACT To address the issues of poor temperature sensitivity and unstable storage performance in rubber asphalt, this paper proposes a formulation that blends high‐density polyethylene (HDPE) with desulfurized rubber. The goal is to develop high‐performance desulfurized rubber asphalt that exhibits excellent storage stability. The study found that adding HDPE not only enhances the temperature sensitivity of the asphalt but also significantly improves the high‐temperature viscosity of the rubber asphalt. The asphalt modified with 3% HDPE showed an increase of 31.8% in viscosity–temperature indices compared to the desulfurized rubber asphalt. HDPE facilitates the formation of a structure in the mixture where rubber particles are encapsulated by polyethylene. This structure restricts the movement of particles within the modified asphalt, reducing asphalt deformation and rubber particle agglomeration, thus enhancing the uniformity and stability of the desulfurized rubber asphalt. Rheological tests indicate that HDPE not only enhances the elasticity of the entire asphalt system but also significantly improves the rutting resistance of rubber asphalt under dynamic strain loads. Specifically, at 46°C, the asphalt modified with 3% HDPE showed an increase of 34.1% in rutting factor and 35.6% in complex modulus compared to the desulfurized rubber asphalt. Furthermore, HDPE improves the low‐temperature crack resistance and aging resistance of rubber asphalt. This is because HDPE promotes vulcanization reactions between sulfur bonds in the asphalt and free sulfur or other sulfur‐containing functional groups in the rubber, forming new sulfur bonds and creating a cross‐linked structure within the rubber. This phenomenon can be verified through fluorescence microscope images.