在沥青中添加纳米材料会有什么改变？可以降低材料的温度敏感性吗？

2022-06-22 01:38:01  信息编号：K221097  浏览次数：108

沥青的局限性

AC 通常作为原油精炼过程或天然来源的残余物获得。它在环境温度下具有半固体或固体稠度，用作铺路的骨料粘合材料。

然而，温度敏感性是在道路建设中使用 AC 的主要限制，因为该材料在高温下呈液态，导致沥青车辙，在低温下变脆，导致低温开裂。

纳米材料在改善 AC 流变性能中的作用

使用不同的纳米材料改性 AC 可以降低材料的温度敏感性并改善其流变性，从而提高沥青混合料的稳定性和耐久性。

纳米材料已被证明可以改变 AC 的流变和物理性能，例如提高软化点 (SP)、抗老化性、抗车辙和低温开裂性以及粘度，并降低穿透值和延展性。

将有机改性蒙脱石和蒙脱石分别添加到活性炭中，活性炭的SP和粘度增加，延展性降低。这些改性剂还增加了复合模量和抗车辙性能并降低了相角。

类似地，向 AC 中添加纳米粘土 (NC) 和大粘土增加了 SP、拉伸强度和运动粘度，并降低了所得改性 AC (MAC) 的渗透值。

当在 AC 中添加低百分比的 NC 时，穿透值和延展性下降，而抗老化性和 SP 增加。在 AC 中添加 Cloisite-15A NC 型显着改善了 MAC 的车辙性能。

用有机膨胀蛭石 (OEVMT) 化合物和纳米氧化锌 (NZnO) 对 AC 进行改性后获得的 MAC 表现出改善的光氧化和热氧化老化性能、较低的复合模量和较高的相角。

最近调查纳米材料对交流流变学影响的研究

在最近发表在《沙特国王大学学报 - 工程科学》上的一项研究中，研究人员将 NZnO 和 NC 分别添加到 AC 中，并研究了这些改性剂对 AC 流变特性的影响。

研究人员在 AC 中添加了 12%、10% 和 8% 的 NC 改性剂以及 3%、2% 和 1% 的 NZnO 改性剂，并进行了比较分析。还确定了可以产生最佳结果的每种改性剂的最佳百分比。

60/70 针入度 AC，表面改性 NC，含有 25-30% 的十八胺蒙脱石粘土，粒径为 20 µm，以及 20-30 nm NZnO 颗粒用于研究。

通过向 AC 中添加 NZnO 或 NC，MAC 的着火点和闪点、穿透值和 SP 降低。当用 NZnO 或 NC 改性 AC 时，复合剪切模量值增加，表明 MAC 的刚度更高。

MAC 显示出比 AC 更低的相角，表明粘度更低，弹性更大。用 NZnO 或 NC 改性后，AC 的抗车辙性能增加。此外，增加 AC 中任一改性剂的浓度会导致车辙阻力相应增加。

两种改性剂都降低了 AC 的疲劳因子值，从而提高了抗疲劳性。MAC 表现出更高的 m 值和蠕变刚度，表明添加任一改性剂后 AC 的低温性能显着改善。

3% NZnO 和 10% NC 是改性剂的最佳浓度，可最大程度地改善流变性能。由于比其他两种浓度更高的可加工性和更低的成本，10% NZnO 被认为是最佳浓度，而 3% NZnO 在不同温度下表现出最佳改进。

在发表在 MDPI 期刊Nanomaterials上的另一项研究中，研究人员使用高质量、低成本的石墨烯制备了 10%、8%、6%、4%、2% 和 0% 的导电石墨烯改性沥青 (GMA) 粘合剂石墨烯并研究了它们的流变特性。

这项研究的结果表明，GMA 粘合剂在较高温度下的抗车辙性能、强度和在高于环境温度下的弹性得到了改善。

GMAs的渗流和石墨烯网络的形成发生在8%以上的石墨烯浓度，这表明使用8%以上的石墨烯浓度的GMA粘合剂制备导电沥青混凝土的可行性。

GMA 修饰机制在渗滤点前后不同。在渗滤之前，分子结构与沥青质相似的石墨烯通过增加沥青质组分来增强沥青的性能。渗滤后，石墨烯网络的形成增强了沥青。

与较低温度相比，GMA 粘合剂和 AB 之间的模量差异在较高温度下更为显着。因此表明石墨烯对沥青的改性效果在较高温度下优于较低温度，因为石墨烯的温度敏感性远低于沥青。

石墨烯的加入提高了所有 GMA 样品的粘度，并且粘度随着石墨烯浓度的增加而增加。石墨烯的加入也提高了改性沥青样品的压实温度和混合温度。

总而言之，在 AC/AB 中添加不同的纳米材料，如 NC、NZnO 或石墨烯，可以显着改善其流变性能。然而，需要更多的研究来研究沥青混合料在使用几种纳米材料（如 NZnO 和 NC）进行改性时的流变性能