纳米ZnO_PPA复合改性沥青流变性能和抗老化性能评估.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月湖南交通科技 ,收稿日期:?作者简介:蒋少波(),男,工程师,主要从事高速公路建设管理工作。文章编号:?()?纳米 复合改性沥青流变性能和抗老化性能评估蒋少波(湖南省高速公路集团有限公司,湖南 长沙 )摘要:为了完善 改性沥青的抗紫外老化性能,研究采用纳米 进一步改性 的 改性沥青。通过温度扫描、多重应力蠕变()、线性扫描()、弯曲梁流变试验()等方法探讨了纳米 复合改性沥青的高低温流变性能和抗疲劳性能,结果表明掺入纳米 可以显著提高 改性沥青的流变性能,使其能承受更高的交通荷载。抗老化试验结果表明,纳米 弥补了 改性沥青抗紫外老化性能较差的局限性,并对其热氧老化性能也有
2、一定程度的提升效果。综合来看,纳米 能减缓沥青在复杂条件下的性能衰退,使其保持长时间高效服役。关键词:道路工程;改性沥青;纳米 ;流变性能;抗老化性能中图分类号:文献标志码:引言高应力和轴数的增加,加上环境条件的变化,会使沥青路面产生各种各样的损伤。因此,需要不断寻找能够提高沥青性能的改性剂。利用聚合物对沥青进行改性,可以改善路面性能 。然而,目前在传统聚合物改性沥青混合料中使用的这些聚合物会因热、光、氧等原因降解 。除了聚合物,化学改性沥青也被用于提高路面性能,其主要通过在特定条件下往沥青中加入化学改进剂来产生新的官能团和改变结构制备而成 。沥青混合后,可形成稳定的化学键,并保持良好的储存稳
3、定性。能有效提高沥青的车辙指数,改善沥青的高温性能和流变特性。使沥青黏结剂具有更稳定的网络结构,提高了沥青的抗裂性和稳定性 。同时,还降低了改性沥青的温度敏感性,改善了其高温流变特性,提高了其耐老化行为。等 采用 改善了高黏改性()沥青的物理和流变性能,降低了苯乙烯 丁二烯 苯乙烯()的含量,不仅改善了 沥青的高温流变性能,而且提高了其低温流变性能。热分析表明 对 沥青热力学行为的影响,并证明了 改性后 沥青的老化敏感性下降。改性沥青的性能因黏合剂的不同而不同,这取决于黏合剂的来源和等级。等 广泛研究了 及其与 或 的组合对沥青黏结剂和混合料某些性能的影响。结果表明,用 改性的黏结剂能够提供足
4、够的抗车辙和防潮性能。等 利用 分散沥青技术()研究了 对温拌沥青()黏结剂的影响。测试结果表明,在 黏结剂中加入 会增加黏度,这可能抵消 添加剂带来的和易性改善效果。研究还表明,随着 的加入,黏结剂的高温性能显著提高 。综上所述,能显著增强沥青的高温性能。但是聚合物改性剂具有掺量大、热储存稳定性差、与沥青相容较差、制作方法和工艺比较复杂且容易受到外界环境影响而降解等弊端,同时这种改性方式受限于聚合物自身材料特性和改性机理,无法提升沥青的抗老化性能,尤其是抗紫外老化性能 。纳米材料以其特殊的性质与结构,在改性的沥青路面上表现出更好的抗紫外老化性能。在一些研究中,通过往沥青结合料中添加纳米 和纳
5、米 以提高其韧性和黏度,此外纳米改性热拌沥湖南交通科技 卷青混合料还能增加抵抗水损害的能力 ,部分学者提出纳米材料改性沥青的成本有时比聚合物改性的成本低。研究人员根据沥青物理性能、流变性能、老化指标和紫外吸收结果等,确定了对沥青性能改善效果的排序为:纳米 纳米 纳米 。此外,纳米材料作为改性剂不仅可以解决聚合物掺量过高与沥青相容性较差的问题,还可以多方面提高沥青的力学性能 。通过加入纳米材料,克服了聚合物改性沥青黏结剂相分离和氧化老化的不足,比如 等 采用支化 和纳米黏土复合材料进行沥青改性。纳米复合材料的引入提高了沥青黏结剂的高温性能。综上所述,本文采用纳米 加入到 改性沥青,可以改善聚合物
6、在沥青中的分散性,提高其流变性能,并且大幅度提升抗紫外老化性能,拓宽其应用范围。试验材料与方案 沥青本文采用 沥青,其性能如表 所示。表 基质沥青技术指标密度()针入度()()延度软化点 溶解度 纳米 本文采用商用纳米 ,其性能如表 所示。表 纳米 技术指标外观 值表面性质平均原级粒径 纯度白色粉末状 亲水 分子表征为 ,在室温下是无色的黏性液体,其技术指标如表 所示。表 技术指标含量 密度()表面张力()沸点 改性沥青制备参考已有研究,最佳用量为 ,首先将沥青加热到 左右,然后分别加入 并混合,以 的剪切速率,在()下剪切 ;再将不同掺量(、)纳米 加入沥青中继续剪切搅拌 ,制备不同含量纳米
7、 的复合改性沥青。为了保证试验的精准性,基质沥青也采用相同处理流程。基质沥青、复合改性沥青改性沥青分别用 、表示。试验方法本研究所采用的试验方法参照规范 公路工程沥 青 及 沥 青 混 合 料 试 验 规 程()。其中温度扫描、多重应力蠕变、线性振幅扫描试验采用如图 所示的动态剪切流变仪;弯曲梁流变试验采用如图 所示的弯曲梁流变仪;短期热氧老化室内模拟试验采用如图 所示的旋转薄膜烘箱。图 动态剪切流变仪图 弯曲梁流变仪图 旋转薄膜烘箱温度扫描试验,参照 ,以 的剪切速率对沥青试样施加正弦剪切载荷,温度扫描范围为 ,升温速率为 ,分析相期蒋少波,等:纳米 复合改性沥青流变性能和抗老化性能评估位角
8、 和复数剪切模量 的变化情况及沥青抵抗剪切变形的能力。多重应力蠕变试验,参照 ,在 下,选用 、个恒定应力对沥青进行蠕变和恢复试验。其中应力加载持续 ,零应力恢复,总共测试 个循环,分析沥青的永久变形能力。线性振幅扫描试验,参照 ,评价沥青在循环荷载下抗疲劳损伤的能力。在 试验中,加载正弦波的振幅在 的时间段内从 增加到 ,试验温度为 。弯曲梁流变试验,参照 ,通过劲度模量 和蠕变速率 来评价沥青的低温流变性能。试验按照规范要求制作标准梁,分别在 、的温度条件下,测试 时的性能指标。其中要求 ,且 。短期热氧老化试验,参照 。目前针对沥青紫外老化的规范还未形成,所以关于室内模拟光氧老化的试验仪
9、器尚无统一标准,本研究采用如图所示加速紫外老化箱试验老化装置对沥青进行光老化模拟。根据现有研究,参数设置为:光源选用辐射范围 的高压汞灯,强度 ,时间设置为 ,温度 。为了使沥青充分紫外老化,采用特制磨具制备成 厚的沥青薄膜。图 加速紫外老化箱试验老化装置 试验结果与讨论 温度扫描试验 表示 中损失模量与存储模量的关系,即应力相对于应力的迟滞程度 。和 可以共同表示沥青的黏弹性特性。值越大,沥青越接近黏性体。反之,值越小,沥青越接近弹性体,沥青在高温下越耐变形。图 为温度扫描试验结果。()复数剪切模量()相位角()车辙因子 图 温度扫描试验结果从图()和图()可以看出,不同种类沥青的 和 变化
10、趋势相同。随着温度的升高,沥青的 逐渐降低,而 呈增加趋势。低 值和高 值削弱了沥青的高温变形能力。主要原因是沥青是一种黏弹性材料,当温度升高时,沥青接近黏性流体状态,此时黏性成分占主导地位。在相同温度下,与基质沥青相比,改性沥青和 组纳米 复合改性沥青的 值均有所提高,值有所 降 低。值 排 序 为:沥青。原因可能是由于纳米 具有较大的比表面积和较小的粒径,加入纳米 后,改性沥青的湖南交通科技 卷结构更加致密。同时,纳米 还与沥青发生物理相互作用,形成 沥青界面,从而提高了 改性沥青的高温稳定性。而且,随着纳米 含量增加,改性沥青的结构不断被填充,使纳米 沥青表现出更强的弹性,进一步提高了沥
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