纳米材料改性沥青的微观和力学性能研究孟云瑕201041603014

1、沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，呈液态、半固态或固态，是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料。用于涂料、塑料、橡胶等工业以及铺筑路面等。沥青原始状态沥青天然沥青 摘要：为了改善沥青及沥青混合料的路用性能，筛选和添加纳米材料对基质沥青进行改性，制备纳米材料改生沥青采用沥青针入度、延度、软化点、黏度等沥青基本性质试验和劈裂强度、回弹模量、车辙、水稳定性等沥青混合料性能试验，分析和研究了纳米材料改性沥青及混合料的力学和路用性能，并结合原子显微镜试验来分析比较3种纳米材料(纳米碳粉、纳米橡胶粉VP362、海泡石)对基质沥青的改性效果关键词 生沥青； 纳米碳粉； 纳米橡

2、胶粉； 原子力显微镜 近年来，我国公路和桥梁的建设得到飞速发展，同时，现代交通的主要特点就是车流量大、轴载重、渠化交通程度高 面对现代交通的压力，为了保证路面质量长期处于良好状况，这就需要现今公路路面在高温状态下减少车辙、拥抱和泛油病害，避免在低温和降雨侵蚀条件下产生开裂、坑槽和松散等损坏 然而，普通沥青因其成分及自身相对分子质量分布很宽决定了其在高温下易软化，低温时易脆裂，故难以满足现代交通的需求 1.进一步选取3种纳米材料(纳米碳粉纳米橡胶粉VP362、海泡石)， 2.以一定比例将其缓慢掺加到基质沥青中以制备材料改性沥青。 3.再进行针入度、延度、软化点、黏度等一系列沥青基本性质试验， 4

3、.并结合原子力显微镜试验，分析和比较了3种纳米材料对基质沥青的改性效果 原材料：纳米碳粉50100 nm粒径的球纳米橡胶粉 VP362：为纳普(Narpow)超细(纳米级)全硫化粉末橡胶 海泡石其莫氏硬度2025级，密度1022 gcm3，收缩率低，可塑性好，溶于盐酸按海泡石晶体结构模型7，海泡石内比表面积可达500 mzg，耐高温性能可达1 500 1 700 基质沥青：沥青纳米材料纳米材料纳米碳粉及海泡石掺量”为1o50。纳米橡胶粉VP362掺量为05倒入基质沥青3%高速切30分钟提升剪切机的转速到3 000 rmin剪切30min纳米材料改善沥青实验结果与讨论 1纳米碳粉改性沥青 由于纳

4、米碳粉特殊的物理化学特性，当把一定量的黑色纳米碳粉缓缓加入剪切机中的基质沥青时，纳米碳粉与基质沥青之间会出现剧烈反应，沥青结合料的体积迅速膨胀，并伴有许多气泡从沥青表面冒出待数分钟后改性沥青表面开始平静下来，同时其体积也开始微微缩小时进行沥青试样的搅拌、入魔养生。表2纳米橡胶粉VP362改性沥青基本性质试验结果 由表2可见：(1)改性沥青的软化点随着纳米橡 胶粉VP362掺量的增加而小幅升高；纳米橡胶粉VP362改性沥青的针入度、25，5延度都随着VP362掺量的增加而减小 (2)在10H纳米橡胶粉VP362掺量下，改性沥青的针人度指数达到峰值，此时其高温性能得到一定提高；改性沥青在135下的

5、黏度值均低于3 Pas 因此，10为纳米橡胶粉VP362在改性沥青最佳掺量。 1 均匀溶解并结合到到基质沥青中，形成松散骨架结构 2 在AFM图像中有多条带状物，及褶皱形成意味着改性剂与基质沥青产生了相关反应及相当稳定的结构 由此可知： 纳米碳粉和基质沥青反应时发生了物理和化学交叉耦合作用，也就是通常所说的改性剂和沥青粒子之间的体积膨胀与重组在此过程中发生的脱水和氧化作用由图2可见，相比于纳米碳粉，纳米橡胶粉VP362与基质沥青的反应程度和相溶解程度要低很多，这是因为它比纳米碳粉更容易产生纳米凝聚现象，且其在基质沥青中的分散性也较差纳米橡胶VP362与基质沥青之间的脱水、硫化和氧化反应程度较轻

6、，且原子间的联结力或共价键力等均未完全形成因此，纳米橡胶粉VP362改性沥青的高温性能提高并不明显，其低温性能也可能有所弱化2路用性能实验 高速公路面层一般选用沥青混合料，所以沥青混合料必须能够承受一定量的交通荷载和自然环境因素的反复作用 为使沥青路面不会产生过多的残余变形、剪切破坏和水损害，需要对沥青混合料性能及组成结构进行分析和评价仪器及材料 AC一13沥青混合料级配，并以最佳掺量掺入纳米材 料，然后进行混合料各项性能试验劈裂强2。31用 材料试验机测试，温度一般为15，加载速率 50 mmmin，泊松比030；回弹模量用万能测试机 测试，假设泊松比035，测试温度20；车辙试 验1 4选

7、用国产自动车辙试验仪，试验温度60(内 部温度(6005)，试件采用轮碾仪器制成的 30 cm30 cm5 cm板；水稳定性采用浸水马歇尔 残留稳定度来衡量，试件依据马歇尔试验仪成 型1 5。沥青混合料各项性能试验结果见表4，5小结 由表4，5可见，20纳米碳粉改性沥青混合料的劈裂强度、回弹模量、高温性能和水稳定性能均比其余改性沥青混合料更好，由此可见，该改性沥青具有更全面的力学和路用性能 我国南部地区高温天气持续较长，有些地区的路面温度甚至高达60， 在这些地区纳米碳粉改性沥青值得应用和推广 (1)纳米碳粉、纳米橡胶粉VP362和海泡石等 改性剂能提高基质沥青的软化点，说明这几种纳米 材料改

8、性沥青均能提高路面抵抗车辙病害的能力及 其他综合性能但是，在40，50纳米碳粉， 30，40，50海泡石，30纳米橡胶粉VP362掺量下的改性沥青其25延度值会有所减小，因此，它们的低温和抗裂性能可能会有所减弱 (2)与其余改性沥青混合料相比，20纳米碳 粉改性沥青具有更全面的力学和路用性能引用文献2姚辉沥青混合料冷再生技术研究D长沙：长沙理工大学。20074刘大梁，姚洪波，包双雁纳米碳酸钙和SBS复合改性沥青的性能J3中南大学学报：自然科学版，2007。38(3)：5795826LE VAN K，GROUIT H。LANTELME F，et a1Electrochemical formation of carbon nano-powders with various porosities in molten alkali carbonatesJEleotrochimica Acta，2009，54(19