详情

原文传递纳米Al2O3复合改性沥青性能研究

论文题名：	纳米Al2O3复合改性沥青性能研究
关键词：	道路工程;基质沥青;SBS沥青;纳米三氧化二铝;改性机理;抗老化机理
摘要：	沥青作为建设沥青路面的重要材料，对沥青路面的性能影响极为重要，沥青的改性是提高沥青性能的有效方式，SBS改性剂作为当前应用最为广泛的改性剂之一，对沥青性能有显著改善，但其性能仍有待提高。纳米材料具备传统固体材料所不具备的小尺寸和大比表面积，可以对基体材料进行改性，逐渐被应用于道路材料领域的研究。其中纳米Al2O3，是一种典型的金属氧化物纳米材料，常被用作塑料的补强增韧，且具备较好的高温耐受性与化学稳定性，近几年被一些学者当做改性剂尝试应用于沥青的改性研究。目前在纳米Al2O3对沥青的改性研究多体现在高温性能与抗疲劳性能方面，对其性能的研究还不够系统，本文采用纳米Al2O3，对基质沥青与SBS沥青进行改性，制备纳米Al2O3改性沥青与纳米Al2O3/SBS复合改性沥青，并通过沥青性能评价试验探究纳米Al2O3对基质沥青与SBS沥青性能的影响，借助微观试验手段多角度探究纳米Al2O3改性沥青与纳米Al2O3/SBS复合改性沥青的改性机理与抗老化机理。　　首先，制备不同掺量的纳米Al2O3改性沥青与纳米Al2O3/SBS复合改性沥青。通过基本性能试验(三大指标试验和粘度试验)、温度扫描试验、多重应力蠕变恢复试验、低温弯曲梁流变试验、粘结强度试验和旋转薄膜加热试验研究纳米Al2O3对基质沥青与SBS沥青性能的影响。结果表明:本研究所制备的纳米Al2O3改性沥青的高温性能、粘结性能与抗老化性能相比基质沥青均有明显改善，低温性能略有降低;纳米Al2O3/SBS复合改性沥青的高温性能、粘结性能与抗老化性能相比SBS沥青均有显著提高，对其低温性能没有负面影响。纳米Al2O3对SBS沥青性能的改善效果显著高于对基质沥青性能的改善效果。　　其次，采用傅里叶红外变换光谱试验和凝胶渗透色谱试验探究纳米Al2O3对基质沥青与SBS沥青的改性机理与抗老化机理，结果表明:纳米Al2O3对基质沥青与SBS沥青的改性过程发生的均是物理共混。在基质沥青老化过程中，纳米Al2O3可抑制其亚砜基的增长;在SBS沥青老化过程中，纳米Al2O3可抑制沥青体系亚砜基的增长，同时阻止聚合物的裂解。另一方面，纳米Al2O3可以增大基质沥青中大分子胶团分子量与含量，在老化条件下，可抑制沥青中小分子胶团向大分子胶团的转化;纳米Al2O3对SBS沥青的改性作用使其沥青体系中大分子胶团分子量与含量增大，老化条件下，纳米Al2O3在抑制沥青体系中小分子胶团向大分子胶团的转化的同时，还可以有效阻止聚合物的裂解。　　对于成分与机理更为复杂的SBS沥青，在探究纳米Al2O3与其微观作用机理时，在傅里叶红外变换光谱试验和凝胶渗透色谱试验基础上，本研究尝试使用原子力显微镜试验深入探究其微观作用机理，结果表明:在纳米Al2O3的作用下，SBS沥青中“蜂状结构”数量显著增加，体积显著增大，此外在老化条件下，纳米Al2O3可缓和SBS沥青以“蜂状结构”为代表的微观形貌的剧烈变化。　　最后，分别探究了纳米Al2O3改性沥青与纳米Al2O3/SBS复合改性沥青中官能团指数与高温流变指标的相关性关系、官能团指数与老化指数的相关性关系，分析表明，在纳米Al2O3改性沥青中，高温流变指标与亚砜基指数SI的相关性很弱，动态剪切模量老化指数CAI和△SI之间相关性最好。在纳米Al2O3/SBS复合改性沥青中，相位角δ与亚砜基指数SI之间的相关性最好，老化指数中与△SI相关性最好的是相位角老化指数PAI，车辙因子老化指数RPAI和R-IB/S之间的相关性最好。　　本研究所制备的纳米Al2O3改性沥青与纳米Al2O3/SBS复合改性沥青的综合性能相比两者未改性的原样沥青均有明显提高，可应用于沥青路面建设中，对于建设高质量沥青道路工程具有积极意义。
作者：	冀志远
专业：	建筑与土木工程
导师：	孙璐;陈国庆
授予学位：	硕士
授予学位单位：	扬州大学
学位年度：	2022