纳米ZnO对不同沥青长期老化的延缓作用研究.pdf
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1、为研究纳米 对不同沥青长期老化的延缓作用,选择 种基质沥青(和 )和 种聚合物改性沥青(改性沥青)进行试验,采用压力老化箱老化和紫外光加速老化试验模拟沥青的长期老化作用,测试了不同沥青老化前后的物理、流变性能。首先研究了不同掺量(、)纳米 对 基质沥青长期老化性能的影响,然后进一步分析了 掺量下纳米 对上述 种不同沥青长期老化的延缓作用。结果表明:不同掺量纳米 均能够延缓长期热氧、紫外光对 基质沥青的老化作用,其中 掺量纳米 的延缓效果最佳;此外,纳米 不仅能够改善 、种基质沥青的长期耐老化性能,而且对 改性沥青长期老化同样具有很好的延缓效果。关键词:道路工程;沥青;长期老化;纳米 中图分类号
2、:文献标志码:引言沥青路面以其优良的路用性能已被广泛应用于道路建设中。然而,沥青作为一种有机材料,在长期服役过程中受热、氧、紫外线等环境因素作用会发生老化反应,导致沥青成分发生变化,宏观性能上表现为变硬变脆,这将严重缩短沥青路面的服役寿命 。因此,提高沥青的长期老化抵抗力非常重要。纳米 有着独特的表面特性和优良的紫外线屏蔽性能,已被用于改性沥青 。已有研究指出,引入纳米 能够一定程度上提高沥青的高温稳定性,同时改善沥青混合料的水稳定性 。然而,纳米 具有较高的表面能,易发生团聚;同时其表面具有亲水特性,与沥青的相容性较差 。因此,研究者通常会对纳米 进行表面修饰,在减少表面能的同时,改善其与沥
3、青的相容效果 。考虑到纳米 表面活性高,与沥青分子之间具有较强的相互作用,同时具有优良的紫外线屏蔽效果,将其应用到沥青中将有望减缓长期服役过程中紫外光、热、氧对沥青的老化作用。本文旨在探究纳米 对不同沥青长期老化的延缓作用。选择了 种基质沥青(和 )和 种聚合物改性沥青(改性沥青)作为试验对象。首先研究了不同掺量(、)纳米 对 基质沥青长期老化性能的影响,然后分析了 掺量纳米 对 种不同沥青长期老化的延缓作用。采用了压力老化箱老化和紫外光加速老化试验模拟沥青的长期老化作用,测试了不同沥青老化前后的物理、流变性能。通过软化点、布氏旋转黏度以及动态剪切流变仪试验测试了沥青老化前后的物理、流变性能,
4、并依据老化前后物理、流变性能的变化程度作为指标来评价沥青的老化性能。原材料与试验方法 原材料基质沥青选用宝利 和韩国 石油沥青,聚合物改性沥青选用 改性沥青,其基本物理性能如表 所示;纳米 粒径为 。为了改善纳米 的分散效果并提高其与沥青的相容性,本研究采用 缩水甘油醚氧丙基三期肖江,等:纳米 对不同沥青长期老化的延缓作用研究甲氧基硅烷偶联剂对纳米 表面进行修饰,具体步骤为:将一定量的偶联剂加入甲苯中,用乙酸调节 值,待偶联剂水解后,将纳米 按质量分数加入该甲苯溶液中,在一定温度下高速搅拌,降至室温后过滤除去甲苯,分离出的固体用丙酮抽提,在 烘箱中烘干,研磨过筛即得到表面修饰的纳米 。表 种沥
5、青的基本物理性能样品种类软化点 针入度()()黏度()()延度 基质沥青 ()基质沥青 ()改性沥青 ()试验方法 纳米 改性沥青的制备首先,将沥青加热到熔融状态,温度控制为 (基质沥青)或 (改性沥青);然后,加入不同掺量的纳米 ,并利用高速剪切仪以 的速率剪切;最后,使用桨式搅拌器以 的速率搅拌 ,即制得纳米 改性沥青。对于未添加纳米 的沥青也采用上述相同的加工过程,以获得空白样。物理流变性能测试根据规范 公路工程沥青及沥青混合料试验规程(),进行沥青的软化点和 布氏旋转黏度测试;利用动态剪切流变仪对沥青进行温度扫描测试,温度为 ,获取复数模量随温度的变化数据。老化试验方法根据规范 公路工
6、程沥青及沥青混合料试验规程(),先使用薄膜烘箱老化试验对沥青进行短期老化模拟,然后通过压力老化箱老化试验对短期老化后的沥青进行长期老化模拟。采用自制的紫外老化箱进行加速紫外光老化试验模拟沥青的紫外光老化,老化时间为 ,紫外线强度为 ,温度为 。老化性能评价指标采用沥青老化前后的物理流变指标变化程度来评价沥青的老化性能,评价指标包括软化点增量()、旋转黏度老化指数()、复数模量老化指数()和相位角老化指数(),计算公式如式()()所示。、和 越大,则表明沥青老化越严重。老化后软化点 老化前软化点()(老化后黏度 老化前黏度)老化前黏度 ()老化后复数模量 老化前复数模量()结果与讨论 纳米 对沥
7、青老化前性能的影响纳米 掺量对 基质沥青老化前的物理性能影响如图 所示。由图 可知,加入不同掺量的纳米 后,基质沥青的软化点和 旋转黏度均得到一定程度提高;掺量由 增加到 ,提高程度越来越显著,这表明 基质沥青的高温性能获得明显改善。纳米 掺量对 基质沥青老化前复数模量的影响如图 所示。经纳米 改性后,基质沥青的复数模量均得到不同程度增加,其中,以 掺量的增加最明显,即纳米 能够提高 基质沥青的剪切变形抵抗力。这是因为纳米 颗粒均匀地分散在沥青中,在一定程度上会阻碍沥青分子链段的运动。图 纳米 掺量对沥青老化前物理性能的影响图 纳米 掺量对沥青老化前复数模量的影响湖南交通科技 卷以 掺量试样为
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