纳米SiO2/岩沥青/SBS复合改性沥青混合料性能研究.pdf
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1、为进一步提高 改性沥青性能,降低 改性沥青初始成本,提出了一种由 改性剂、纳米 ()和岩沥青()组成的复合改性沥青混合料,并进行了改性沥青及其混合料基本性能、车辙、低温弯曲小梁、水稳定性、疲劳和耐老化试验,以评估其路面性能。研究发现:在岩沥青 纳米 复合改性沥青中加入 改性剂提高了改性沥青的抗变形性、稳定性和耐老化性能;和 复合改性沥青混合料比 改性沥青混合料具有更高的动稳定度和更小的总变形;当 用量 时,复合改性沥青混合料比 改性沥青混合料具有更高的低温抗裂性和水稳定性,且其疲劳性能优于其他组合。改性沥青混合料比 改性沥青高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和耐久性更好,且二者疲劳寿命相似。关键
2、词:复合改性沥青;纳米 ;岩沥青;改性剂;路用性能中图分类号:文献标志码:引言随着交通运输的发展,超载和渠化现象越来越普遍。道路路面的损坏越来越多,包括车辙、坑洞、隆起和裂缝 。选择合适的路面材料对提高路面性能至关重要 。改性沥青高低温性能优良,逐渐成为了道路工程中的主流选择。但是,它还具有初始成本高、加工困难和储存稳定性差的缺点 。鉴于 改性沥青的上述缺陷,许多学者对复合改性沥青进行了研究,以期获得经济效益更佳的改性沥青,如加入岩沥青()和纳米材料 。陈文甫 为提高复合改性沥青的路用性能,在 改性沥青中添加一定量的岩沥青,发现当 的岩沥青掺入 改性沥青中时,复合改性沥青的路用性能最佳;且在
3、改性沥青中添加一定量的岩沥青可显著改善沥青混合料的高温稳定性和水稳定性,但一定程度上会损坏混合料的低温抗裂性。李书飞等 发现岩沥青的掺入使 改性沥青中沥青质含量增大,导致黏度增大,改性沥青混合料抗车辙能力和抗疲劳性能增强。综合考虑技术与经济因素并结合工程经验,推荐工程中使用 岩沥青 复合改性沥青混合料。李鑫等 发现应用较高掺量旧沥青路面材料()时,采用 纳米 复合改性沥青会显著改善再生沥青混合料的抗裂性能。刘军等 采用表面改性纳米 和硅烷偶联剂作为改性材料,通过外掺改性沥青和湿法石料表面处理的方式,制备了一种综合性能优异的复合改性沥青混合料。童浩等 发现掺入高灰分 使得沥青混合料的高温性能显著
4、提高,且高温性能等级提高了约。综上所述,岩沥青和纳米 对提升 改性沥青性能均具有一定的效果,但目前关于纳米 岩沥青 ()复合改性沥青的研究较少。为降低成本,减小 改性沥青中改性剂掺量,本文采用岩沥青和纳米 对低掺量 改性剂的沥青进行复配,并研究其相关性能。期袁亚军,等:纳米 岩沥青 复合改性沥青混合料性能研究 试验材料与方案 材料与改性沥青的制备 材料本文选用的纳米 基本参数如表 所示,岩沥青相关性能指标如表 所示,改性剂为 ,沥青选择 基质沥青,沥青基本性能指标如表 所示,掺量 改性沥青性能指标如表 所示。表 纳米 基本参数外观二氧化硅含量 平均粒度 表观密度()比表面积()白色粉末 表 岩
5、沥青性能指标沥青含量 灰分含量 密度()闪点加热损失含水量 表 基质沥青基本性能指标针入度()()软化点 延度()旋转黏度()()质量损失 针入度比 表 改性沥青基本性能针入度()()软化点 延度()旋转黏度()()质量损失 针入度比 复合改性沥青的制备比较了 和 对改性沥青流变性能的影响后,确定 纳 米 掺 量 为 ,岩 沥 青 掺 量 ,纳米 和岩沥青对沥青的低温性能均有负面影响。为了改善 改性沥青的低温性能,在 改性沥青中加入、和 的 改性剂,共有 组试验组,如表 所示。表 改性沥青组合组合简称 改性沥青 改性沥青 改性沥青 改性沥青 改性沥青 改性沥青 改性沥青由于 的比表面积大,很难
6、在沥青中实现均匀分散。因此,采用 硅烷偶联剂对其表面进行处理。首先,加热基质沥青至流动状态,按照表的掺量将 、和 改性剂添入其中。然后在 下用玻璃棒手动搅拌 ,再以 的剪切速率高速剪切 。随后发育 ,获得改性沥青,对 组沥青的基本性能指标进行测试,结果如表 所示。从表 中可以发现,基质沥青的针入度最高,而其软化点和旋转黏度最低。当 和 (、和)添加到基质沥青中时,软化点和旋转黏表 改性沥青的基本性能指标沥青种类针入度()()软化点 延度()旋转黏度()()质量损失 针入度比 延度()基质沥青 测试方法 度都有所改善,但针入度降低,这表明这 种改性剂改善了沥青的硬度和高温稳定性。的结湖南交通科技
7、 卷果也显示 和 增强了基质沥青的抗老化性能。同时,下的延度降低,表明其对低温抗变形能力有负面影响。与 改性沥青、改性沥青和 改 性 沥 青 相 比,改 性 沥 青(、和)具有更高的软化点、延度、旋转黏度和更低的针入度。配合比设计按照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程()(以下简称 试验规程)中 要求,采用 级配进行设计,如表 所示,采用马歇尔设计方法确定最佳油石比,获得最佳油石比如表 所示。表 级配类别以下筛孔()的通过百分率 级配范围 级配中值 合成级配 表 最佳油石比结果基质沥青 试验方法 车辙试验根据 试 验 规 程 进 行 了 车 辙 试 验(),以评估沥青混合料的高温稳定性。试验温
8、度为 ,轮压为 。从试验中获得的主要参数之一是动稳定度()。由于 反映的是变形稳定阶段的应变,而不是整个过程,因此同时也测试了总变形(),考虑了整个过程,但它更容易受到传感器精度的影响。因此,通过动稳定度和总变形对高温性能进行综合评价。低温弯曲小梁试验评估沥青混合料低温性能的试验很多,如低温弯曲小梁、弯曲蠕变、间接拉伸和收缩试验。根据实 验 室 现 有 设 备,选 择 低 温 弯 曲 小 梁 试 验(),以评估沥青混合料在 下的低温性能。根据 试验规程,梁的尺寸为 ,以 的速度加载。测量跨中截面的峰值荷载 和挠度 ,计算弯曲强度 和弯曲应变,以比较不同改性沥青混合料的低温性能。水稳定性试验选择
9、浸水马歇尔试验()和冻融劈裂试验()来评估改性沥青混合料的水稳定性。在浸水马歇尔试验中,个马歇尔试样被分为两组。第 组测试在 水浴中浸水 ,第 组则在 水浴中浸水 ,然后进行马歇尔试验,计算残余稳定度。冻融劈裂试验也由 个试验组组成,一组在干燥条件下,另一组在 真空冷冻 ,然后冷冻组在 水浴中保温 ,随后,将所有试样在 水浴中保温。最后,进行劈裂试验,获得了拉伸强度比(),以评估其水稳定性。四点弯曲疲劳试验采用四点弯曲试验评估混合料的疲劳性能,试样为 矩形梁。归一化刚度疲劳寿命()是 推荐的估算沥青混合料疲劳性能方法之一。在加载循环模量图中,峰值定义为归一化模量,可通过式()计算。()式中:是
10、加载循环次数;是第 次荷载下的模量;表示 次;是第 次载荷下的模量。耐老化试验在 试验规程中,老化过程模拟如下:将未成型的沥青混合料在 的温度下加热并通风。由于老化过程主要影响混合料的低温性能和疲劳性能,因此对处理后的沥青混合料进行低温弯曲小梁试验和疲劳性能试验。成型好低温弯曲小梁试验和疲劳性能试验的试样后,将其置于通风烘箱中,在 的温度下放置 。试验结果分析 高温稳定性按照 碾 压 成 型 的 方 式 制 作 长 、宽 、厚 的车辙板试件,试验过程如图所示,试验结果如图 所示。可以发现,、期袁亚军,等:纳米 岩沥青 复合改性沥青混合料性能研究 和 改性剂的加入使沥青动稳定度增加,总变形减少。
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