利用纳米粉体进行乳化沥青改性的研究

摘要

随着国民经济的持续发展，我国各种道路的交通量不断增大，早期修建的公路也相继开始了维护和整修。作为重要交通道路的预养护措施，微表处和稀浆封层养护措施的发展十分快速，这也有助于推动乳化沥青的发展。纳米科学技术一经问世，就在多个领域大放异彩。在国内外的交通材料领域，用纳米材料进行沥青的改性研究已变成一个热点。利用纳米材料进行乳化沥青改性有望提升乳化沥青的路用性能。 首先，进行纳米沥青的试验研究。因为乳化沥青残留物受试验操作误差的影响太大，可以先进行纳米改性沥青的性能评价，这是对后期乳化沥青残留物的模拟研究。改性剂选用纳米TiO2，接着采取适宜的工艺制备纳米改性沥青。将改性沥青进行薄膜老化，通过基本性能指标，分析纳米粉体对沥青性能的影响，发现纳米TiO2可以提高沥青的高温稳定性，提高沥青的抗老化能力，在一定程度上降低了沥青的温度敏感性。通过基本性能分析，发现纳米TiO2添加2％～3％时改性沥青的效果要好一些。 其次，利用动态剪切流变仪分析原样纳米改性沥青及短期老化后的纳米改性沥青，包括温度扫描、频率扫描、疲劳试验和多应力重复蠕变试验，对比并体现纳米化效应优势;对纳米改性沥青进行光老化，验证纳米改性沥青的抗紫外老化性能。通过分析纳米改性沥青的高低温性能、抗疲劳性能和多应力重复蠕变下的抗变形能力，发现纳米TiO2添加量在某一范围时，改性沥青的低温抗裂性、高温稳定性、抗老化能力、抗疲劳能力得以提高。对光老化后的沥青进行外观观察和流变分析，与相同光照时间的基质沥青相比，纳米改性沥青的高温抗车辙能力增强，多应力重复蠕变试验时抗变形能力也增强，耐疲劳能力提高，这些都体现出了纳米改性沥青的抗紫外线能力。综合原样、短期老化和光老化后的纳米改性沥青的流变分析，添加1.5％～3.5％纳米TiO2的沥青改性效果较好。 最后，选择合适的SBR胶乳和乳化剂，通过适宜工艺制成普通改性乳化沥青，其技术性质符合要求，并在普通改性乳化沥青制备工艺的基础上进行改良，制备添加1％、2％、3％纳米TiO2的改性乳化沥青，研究纳米粉体对乳化沥青的影响。对普通改性乳化沥青和纳米改性乳化沥青的破乳残留物进行流变测试和软化点试验，评价纳米改性乳化沥青的性能。发现纳米粉体能提高乳化沥青破乳残留物的高温稳定性能和抗变形能力，特别是添加2％纳米TiO2时，乳化沥青的改性效果最佳;且与纳米改性沥青相比，自然破乳后的纳米化乳化沥青残留物的性能改变更明显，改性效果更好。进行微表处MS-2设计，验证3％纳米化乳化沥青和普通改性乳化沥青的路用性能。二者的30min、60min粘聚力强度均符合要求，但粘聚力试验不适于研究纳米粉体对乳化沥青破乳速度的影响;破乳时间试验结果表明纳米改性乳化沥青的破乳要提早一些。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题的提出

1．4 研究内容与技术路线

1．5 主要工作量

第2章 纳米沥青的试验研究

2．1 纳米效应与纳米粉体的选择

2．1．1 纳米粉体的独特效应

2．1．2 沥青纳米改性的功能化选择

2．2 纳米TiO2改性沥青的研制与评价

2．2．1 试验原材料

2．2．2 纳米改性沥青制备工艺

2．2．3 性能评价与分析

2．3 本章小结

第3章 流变与光老化分析

3．1 流变测试

3．1．1 温度扫描

3．1．2 频率扫描

3．1．3 疲劳试验

3．1．4 多应力重复蠕变试验

3．2 光老化研究

3．2．1 原理与光老化设置

3．2．2 紫外老化前后试样形貌对比

3．2．3 流变测试研究

3．3 本章小结

第4章 纳米粉体对乳化沥青的影响研究

4．1 概述

4．2 纳米乳化沥青的研制

4．2．1 乳化剂与沥青

4．2．2 乳化工艺

4．2．3 SBR改性乳化沥青指标检测

4．3 微表处性能验证

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 创新点

5．3 进一步研究工作及展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表与科研情况