纳米碳纤维改性沥青混凝土试验研究

聚酯纤维改性沥青混合料试验及应用研究摘要：沥青作为道路建设的传统材料，由于其易于施工和经济性，一直是道路建设的主要选择。

然而，随着交通量的增加和车辆重量的提升，传统沥青材料面临着高温稳定性不足、低温裂缝和老化等问题。

近年来，改性沥青的研究和应用日益受到关注，尤其是聚酯纤维改性沥青。

聚酯纤维因其独特的物理和化学特性，被认为是提升沥青性能的有效材料。

本文致力于探讨聚酯纤维改性沥青混合料的性能特点及其在道路建设和维护中的实际应用，旨在为提高道路材料的性能和延长道路使用寿命提供新的解决方案。

关键词：聚酯纤维；改性沥青；混合料；试验；应用途径引言：聚酯纤维作为改性剂在改性沥青中的引入，是基于提升沥青混合料性能的需求。

制备聚酯纤维改性沥青时，选择合适的聚酯纤维和基础沥青至关重要。

聚酯纤维应具备高强度、良好的耐热性和抗化学腐蚀性，以确保改性沥青混合料的性能优化。

基础沥青的选择则依赖于其粘度、软化点和渗透度，以保证混合料的稳定性和适应性。

一、聚酯纤维改性沥青的发展历程（一）早期沥青的使用和局限性沥青作在早期道路建设中的使用历史悠久。

起初，沥青因其优异的粘合性和防水特性而被广泛应用于路面铺设。

随着现代交通条件的发展和车辆重量的增加，沥青的若干局限性逐渐显现，对其应用范围和效果构成了显著制约。

高温条件下，沥青会变软，导致路面出现车辙和流动现象，尤其是在炎热地区和高交通负荷的情况下尤为明显，而寒冷环境下，沥青会变得脆硬，容易产生裂缝，影响道路的平整性和安全性，还可能随着温度变化和车辆荷载的作用逐渐扩大，增加道路维护的难度和成本。

此外，若长期暴露在紫外线和氧化环境下，沥青会逐渐硬化和脆化，进而影响其性能和使用寿命，这一问题尤其在高交通密度和强紫外线照射的地区更为突出。

（二）聚酯纤维的初步应用聚酯纤维的发展历程始于20世纪初，标志着高分子化学领域的一项重大突破。

其研发起源于对更高效、更经济的合成纤维材料的需求，旨在替代或补充传统的天然纤维，如棉和羊毛。

AC16C型纤维沥青混凝土路用性能研究首先，AC16C型纤维沥青混凝土具有较好的机械性能。

纤维材料的添加可以有效防止沥青混凝土的开裂和变形。

通过对AC16C型纤维沥青混凝土进行拉伸试验和抗剪试验，发现在纤维含量适宜的情况下，其抗拉强度和抗剪强度都能得到有效提升。

其次，AC16C型纤维沥青混凝土具有较好的耐久性能。

纤维材料的添加可以提高沥青混凝土的抗老化性能，延长其使用寿命。

通过对AC16C型纤维沥青混凝土进行抗沥青析出试验和抗紫外线辐射试验，发现纤维材料的添加可以有效减少沥青析出和沥青膜老化速率，提高沥青混凝土的耐久性。

第三，AC16C型纤维沥青混凝土具有较好的抗滑移性能。

纤维材料的添加可以增加沥青混凝土的内聚力和摩擦系数，提高其抗滑移性能。

通过对AC16C型纤维沥青混凝土进行附着力试验和抗滑移试验，发现纤维材料的添加可以有效提高沥青混凝土的附着力和抗滑移能力。

最后，AC16C型纤维沥青混凝土具有较好的声学性能。

纤维材料的添加可以有效吸音和减震，提高沥青混凝土的行车舒适性和降低噪音污染。

通过对AC16C型纤维沥青混凝土进行声学衰减试验和动态模量试验，发现纤维材料的添加可以显著提高沥青混凝土的声学性能。

综上所述，AC16C型纤维沥青混凝土具有较好的机械性能、耐久性能、抗滑移性能和声学性能，可以满足道路使用的要求。

然而，需要注意的是，纤维材料的添加应控制在适宜的范围内，过多或过少的纤维掺量都会影响AC16C型纤维沥青混凝土的路用性能。

因此，在实际工程中需要根据具体情况合理设计AC16C型纤维沥青混凝土的配比。

黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI2021年第1期(总第323期)No. 1,2021( Sum No1323)纳米膨润土 - SBR 复合改性沥青的主要技术性能研究肖 田1，李海峰2,孙吉书3,张雪妮3(1.天津市市政工程设计研究院，天津30005 1 ；2.天津高速公路集团有限公司，天津320334 河北工业大学土木与交通学院，天津300401)摘要:针对纳米膨润土改性沥青的低温性能缺陷，采用两种SBR 作为复合改性剂,对纳米膨润土 -SBR 复合改性沥青的针 入度、软化点和延度进行了系统的实验研究。

试验结果表明：随着SBR 掺量的增加，纳米膨润土 -SBR 复合改性沥青的针入度随之减小;软化点逐渐增大，但在SBR 的掺量超过6%之后，软化点上升趋势变缓慢;延度随着SBR 的掺量的增加先增大后 减小，在6%掺量时达到最大。

SBR 的掺入明显改善了纳米膨润土改性沥青的低温性能。

关键词：改性沥青;纳米膨润土;低温性能;SBR中图分类号:U416.217 文献标识码:A 文章编号：1008 -3383(2021)01 -0006 -02Stady onthe main tecCnicci properties oO nano - bentonite - SBR ccmpositr modiOed asphaltXIAO Tian 1 丄I Hal - feng 2, SUN Jl - shu 2, ZHANG Xur - nl 2(1. Tianjin Municipal Engineering Desian & Research Institute,Tianjin,300051 ；2. Tianjin Expressway Group Co. Lth ,Tianjin 300334 ；；. Schooi of Civii Engineering and Transportation , HeXei Universith of Technolooc,Tianjin 360401)AbstrrcC : In order te ioprove the low temperature performance of nano - bentonite mopifieX asphay , the penetrayon , softening poinaand ductOtu of nano - bentonite - SBR mopified asphalt were systematically stuUied by using two kinds of SBR as composite mopifiers.The test resplts show tUat the of nano - bentonite - SBR composite moPOieX asphai decreases with the increase of SBRcontent , md the softening point increases orayuallc, 3ut the increasing trend of softening point becomes slow when the SBR content ex-ceeXs 6% , the ductOty first increaseX and then decreaseX with the increase of SBR content, and reacheX the maximum at 6% SBRcontent. The aydition of SBR ioproveX the low temperature performance of nano - bentonite moPOieX asphay oPviopsly.Keywords :MoPOieX asphalt ；Nano bentonite ；Low temperature performance ;；BRo 引言对基质沥青掺入适量的添加剂,指标高性能的 改性沥青是提高沥青混合料性能的常用方法，纳米 膨润土是一种良好的改性沥青添加剂，可以有效提 高沥青的高温性能。

引用格式：任剑. 纳米Al 2O 3复配SBS 改性沥青流变性能研究[J]. 中国测试，2023, 49(10): 83-89. REN Jian. Study on rheological properties of nano-Al 2O 3 composite SBS modified asphalt[J]. China Measurement & Test, 2023, 49(10): 83-89. DOI :10.11857/j.issn.1674-5124.2021100101纳米Al 2O 3复配SBS 改性沥青流变性能研究任 剑(山西交通控股集团有限公司吕梁北高速公路分公司，山西 吕梁 033100)摘　要: 为研究纳米Al 2O 3复配SBS 改性沥青流变性能，采用不同掺量（1%、2%、3%、4%、5%）纳米Al 2O 3，首先分析对针入度、延度、软化点、弹性恢复率、针入度指数以及黏度等物理指标影响；然后采用温度扫描、频率扫描进行流变参数影响分析；并基于流变学理论，采用车辙因子试验、多应力蠕变恢复试验（MSCR ）进行高温性能分析；采用疲劳因子试验进行疲劳性能分析；最后对改性沥青的储存稳定性以及基于车辙因子的抗老化性能影响进行评价。

结果显示：纳米Al 2O 3的掺入可降低SBS 改性沥青的针入度、延度，提高软化点、弹性恢复率以及针入度指数与黏度；流变参数中复数剪切模量、车辙因子、平均恢复率、疲劳因子提高，相位角、平均蠕变柔量、软化点差、基于车辙因子的老化指数逐渐降低。

表明纳米Al 2O 3对除低温延度、疲劳性能略有降低外，对储存稳定性能及抗老化性能均有积极影响，当掺量过大（达到5%）时，部分参数改善效果会降低。

综合而言，纳米Al 2O 3对SBS 改性沥青物理、流变性能具有良好的改善效果，推荐纳米Al 2O 3掺量宜控制在5%以内。

关键词: 道路工程; 纳米Al 2O 3; 流变特性; SBS 改性沥青; 高温; 疲劳中图分类号: U414文献标志码: A文章编号: 1674–5124(2023)10–0083–07Study on rheological properties of nano-Al 2O 3 composite SBS modified asphaltREN Jian(Lüliang North Expressway Branch, Shanxi Transportation Holding Group Co., Ltd., Lüliang 033100, China)Abstract : In order to study the rheological properties of SBS modified asphalt mixed with nano-Al 2O 3,different dosage (1%, 2%, 3%, 4% and 5%) of nano-Al 2O 3 were used. Firstly, the effects of nano-Al 2O 3 on physical indexes such as penetration degree, ductility, softening point, elastic recovery rate, penetration degree index and viscosity were analyzed. Then the influence of rheological parameters was analyzed by temperature scanning and frequency scanning. Based on the theory of rheology, rutting factor test and multi-stress creep recovery test (MSCR) were used to analyze the high temperature performance. Fatigue performance was analyzed by fatigue factor test. Finally, the storage stability of the modified asphalt and the influence of rutting factor on the anti-aging performance were evaluated. The results show that the addition of nano-Al 2O 3 reduces the penetration degree and ductility of SBS modified asphalt, and improves the softening point, elastic recovery rate, penetration index and viscosity. Among the rheological parameters, the complex shear modulus, rutting factor, average recovery rate and fatigue factor increase, while the phase Angle, average creep compliance,收稿日期: 2021-10-20；收到修改稿日期: 2021-12-28基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2016YFB0303200）；山西交通控股集团有限公司科技项目（20-JKKJ-37）作者简介: 任　剑（1979-），男，山西吕梁市人，高级工程师，研究方向为土木工程。

Roads and Bridges道路桥梁83纳米技术在沥青路面中的应用研究黄方（重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074）中图分类号：U45 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）01-0083-01摘要：交通量随着道路建设的高速发展也在逐年增加，道路的病害仍旧存在。

近些年来在道路材料研究领域逐渐开始了纳米改性沥青的研究，来满足交通发展的需要。

本文首先介绍了纳米材料改性沥青的制备工艺以及其对沥青混合料的性能的影响，又叙述了复合式聚合物纳米改性沥青及混合料和其他的一些特殊性能，最后进行了总结与展望。

关键词：道路工程；沥青路面；纳米材料；聚合物改性沥青0 引言近些年来，为了实现高质量的道路使用性能，道路相关工作人员已经尝试纳米改性沥青的开发和研究。

纳米材料指的是结构单元的尺寸为1-100纳米，它具有大表面的效应，阶梯状的结构分布于超微粒子的表面，包含了很容易与外来原子吸附的高表面能的不安定原子。

以维数来划分有零维，一维，二维，三维纳米材料，比如纳米粒子，纳米碳管，纳米层状硅酸盐等。

1 纳米材料改性沥青1.1纳米材料改性沥青的制备纳米粒子的粒径虽小但表面能较高，常自发团聚，这很大程度上降低了纳米粒子的效果，应改善纳米粒子在液相介质中的分散和稳定性。

纳米粒子在沥青中的分散通常有物理法和化学法，分散剂可以减少纳米粒子团聚；加热沥青降低其粘度；强力剪切搅拌克服纳米粒子之间的团聚。

目前，无机非金属纳米材料常用来制备纳米改性沥青，主要包括纳米SiO2 , TiO2 , CaCO3 , ZnO,Fe2O3,纳米蒙脱土等氧化物或碳酸盐。

1.2纳米材料对沥青混合料性能的影响沥青路面的性能与沥青混合料有着直接的关系，因而要通过沥青混合料的路用性能试验来验证纳米改性沥青的可靠性。

马峰等人对零维纳米CaCO3改性沥青进行了研究表明其可以有效地改善沥青各项基本路用性能，沥青软化点升高，但针入度降低，对于基质沥青的针入度对数与温度满足直线关系是否对纳米碳酸钙改性沥青同样适用还需要进一步的研究来证明。

玄武岩纤维改性沥青混合料的试验研究首先，本文将介绍玄武岩纤维改性沥青混合料的材料组成与制备方法。

该材料主要由沥青、玄武岩纤维和骨料组成。

其中，玄武岩纤维作为一种
改性材料，可增强沥青混合料的力学性能和稳定性。

制备方法主要包括混合、加热、搅拌等步骤。

接下来，本文将详细介绍试验方法与试验设备。

试验方法主要包括压
实度试验、抗剪强度试验和弯曲抗裂试验等。

试验设备包括压实机、剪切
仪和弯曲试验机等。

随后，本文将进行试验研究。

首先进行压实度试验，测量不同沥青含
量下玄武岩纤维改性沥青混合料的压实度。

其次进行抗剪强度试验，测量
不同玄武岩纤维掺量下玄武岩纤维改性沥青混合料的抗剪强度。

最后进行
弯曲抗裂试验，评估玄武岩纤维改性沥青混合料在不同温度下的弯曲抗裂
性能。

试验结果显示，玄武岩纤维改性沥青混合料的压实度随沥青含量的增
加而增加，抗剪强度随玄武岩纤维掺量的增加而增加，弯曲抗裂性能在不
同温度下均表现出较好的性能。

最后，本文将对试验结果进行分析与讨论。

通过对试验结果的分析与
讨论，探讨了玄武岩纤维改性沥青混合料的性能特点。

同时，本文还对该
材料的应用前景进行了展望。

综上所述，本文通过对玄武岩纤维改性沥青混合料的试验研究，揭示
了该材料的性能特点及应用前景。

希望本文的研究成果能够对相关领域的
科研工作和工程实践具有一定的指导作用。

碳纤维及碳纳米材料改性水泥基材料电磁屏蔽及吸波性能研究进展目录1. 内容描述 (2)1.1 水泥基材料的电磁性能劣势及改性思路 (2)1.2 碳纤维及碳纳米材料在电磁波屏蔽与吸波领域的应用潜力..41.3 工作重点及研究价值 (5)2. 碳纤维及碳纳米材料 (7)2.1 碳纤维的结构、性能与制备方法 (8)2.2 碳纳米材料的类型、性能与制备方法 (9)2.2.1 碳纳米管 (10)2.2.2 石墨烯 (12)2.2.3 其他碳基纳米材料 (13)3. 碳纤维及碳纳米材料改性水泥基材料 (15)3.1 改性策略与机制 (16)3.2 改性材料的电磁性能 (19)3.2.1 电导率影响机制 (20)3.2.2 介电常数与损耗角正切的变化规律 (21)3.3 改性材料的力学性能影响 (23)4. 电磁屏蔽性能研究进展 (24)4.1 屏蔽效果测试方法 (25)4.2 屏蔽机理探讨 (26)4.3 影响屏蔽性能的因素 (28)4.4 高频屏蔽材料研究进展 (29)5. 电磁吸波性能研究进展 (30)5.1 吸波机理探讨 (31)5.2 吸波性能实验方法及评价指标 (32)5.3 吸波性能与结构、尺寸、频率的关系 (33)5.4 宽带吸波材料研究进展 (35)6. 展望与总结 (36)6.1 未来的研究方向 (37)6.2 应用前景与挑战 (38)1. 内容描述本论文综述了碳纤维及碳纳米材料改性水泥基材料在电磁屏蔽及吸波性能方面的研究进展。

随着现代电子设备的快速发展，电磁辐射对人体的影响日益严重，因此开发具有电磁屏蔽和吸波性能的新型材料成为当前研究的热点。

碳纤维和碳纳米材料因其独特的物理和化学性质，在水泥基材料中得到了广泛应用。

本文首先介绍了碳纤维和碳纳米材料的基本原理及其在水泥基材料中的应用方式。

接着，重点分析了碳纤维和碳纳米材料改性水泥基材料后，在电磁屏蔽和吸波性能方面的提升效果。

研究发现，通过引入碳纤维和碳纳米材料，可以显著提高水泥基材料的电磁屏蔽效能和吸波性能。

第40卷第7期2021年7月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.40㊀No.7July,2021基于动态力学的纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青相态结构分析王明伟1,谢祥兵1,李广慧1,兰㊀翔2(1.郑州航空工业管理学院土木建筑学院,郑州㊀450046;2.陕西高速公路工程咨询有限公司,西安㊀710064)摘要:为了分析纳米碳粉㊁橡胶粉㊁苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)在沥青中的相态结构,首先对基质沥青和改性沥青进行物理性能试验㊁动态剪切流变试验(DSR),其次借助Han 曲线理论和van Gurp-Palmen(vGP)图分析三种改性剂与基质沥青的相容性及相态结构㊂结果表明:在相同的试验条件下,2%纳米碳粉-18%橡胶粉-1.0%SBS 改性沥青(以上均为质量分数)物理性能最佳,高低温性能较优;与基质沥青相比,添加改性剂后沥青材料出现微观相分离现象㊂在高温条件下,纳米碳粉-橡胶粉-SBS 改性沥青相态结构较好,结合SEM 照片阐释了改性机理,得出改性剂SBS 可以有效改善纳米碳粉和橡胶粉在沥青中的骨架结构,形成三维连续稳定体系㊂关键词:改性沥青;流变试验;相态结构;改性机理中图分类号:U414㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2021)07-2444-10Phase Structure Analysis of Nano Carbon Powder-Rubber Powder-SBS Modified Asphalt Based on Dynamic MechanicsWANG Mingwei 1,XIE Xiangbing 1,LI Guanghui 1,LAN Xiang 2(1.School of Civil Engineering and Architecture,Zhengzhou University of Aeronautics,Zhengzhou 450046,China;2.Shannxi Expressway Engineering Consulting Co.,Ltd.,Xi an 710064,China)Abstract :In order to analyze the phase structure of nano carbon powder,rubber powder and SBS in asphalt,the physical performance test and dynamic shear rheology test (DSR)of matrix asphalt and modified asphalt were first carried out,and secondly,use Han curve theory and vGP diagram analysis the compatibility and phase structure of three modifiers and matrix asphalt.The results show that under the same test conditions,2%nano carbon powder-18%rubber powder-1.0%SBS (all above are mass fraction)modified asphalt has the best physical properties and better high-temperature stability.Compared with matrix asphalt,the asphalt with modifier the material exhibits microscopic phase separation.Under high temperature conditions,the phase structure of nano carbon powder-rubber powder-SBS modified asphalt is better.Combining the SEM images to explain the modification mechanism,it is concluded that the SBS modifier can effectively improve the skeleton structure system of nano carbon powder and rubber powder in asphalt.Key words :modified asphalt;rheological test;phase structure;modification mechanism 收稿日期:2021-01-29;修订日期:2021-03-08基金项目:国家自然科学基金(51378474);中原科技创新领军人才中原千人计划(194200510015);中国博士后科学基金(2015M582590);河南省科技攻关项目(192102310012);河南省高等学校重点科研项目(19A560024)作者简介:王明伟(1995 ),男,硕士研究生㊂主要从事路面材料与结构方面的研究㊂E-mail:wmwzero@通信作者:谢祥兵,博士,讲师㊂E-mail:xiexiangbing.good@李广慧,博士,教授㊂E-mail:lgh@ 0㊀引㊀言聚合物SBS 与基质沥青物理性能相差较大,造成改性沥青普遍存在相容性差㊁分散不均匀㊁存储性差等问题,从而严重影响其路用性能和使用范围[1-3]㊂另外,废旧轮胎造成的环境污染问题已逐渐引起研究者的普遍关注[4-5],而纳米材料由于比表面积大㊁表面自由能高和颗粒尺寸小等特点,已成为改性沥青研究的重第7期王明伟等:基于动态力学的纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青相态结构分析2445㊀要方向㊂如纳米碳粉中存有大量的不饱和键,可以有效消除材料内部存在的应力[6],且具备良好的吸附能力㊂相关研究成果表明,纳米材料与SBS共同使用时,可有效提升沥青材料的高温稳定性,然而由于纳米碳粉材料单价较高,严重限制其在沥青中的掺配比例㊂而橡胶粉材料由于价格低廉,且具有良好的低温性能[7],且可以有效缓解废旧橡胶轮胎造成的环境污染问题㊂因此,纳米聚合物复合改性沥青材料已成为路面材料研究热点之一㊂姚辉等[8]对纳米碳粉改性沥青进行了微观和力学性能研究,纳米碳粉掺量为2%(质量分数)时,改性沥青具备良好高温稳定性,原子力显微镜图像也从微观角度验证了纳米碳粉改性沥青的改性效果㊂Zhang 等[9]使用动态剪切流变试验(DSR)表征不同橡胶改性沥青的高温性能,结果表明,橡胶粉的掺入可以提高沥青材料的温度敏感性,改善沥青高温性能㊂谭华等[10]从流变学角度评价了不同改性剂对橡胶沥青黏弹性能影响,确定出SBS改性剂可较大提高橡胶沥青抵抗永久变形能力㊂崔亚楠等[11]研究了废旧橡胶粉和SBS 复合改性沥青微观结构与流变特性,结果表明,橡胶粉表面网状结构可与沥青稳定吸附在一起,改性后沥青成分中弹性比例增大,低温性能得到明显提升㊂何立平等[12]基于Han曲线对不同目数橡胶粉改性沥青结合料进行了相态分析,结果显示在高温条件下,Han曲线斜率随着橡胶粉目数的减小而逐步增大,小粒径橡胶粉与沥青有更好的相容性㊂郭猛[13]根据动态剪切流变试验结果,分别对基质沥青㊁改性沥青和沥青胶浆做了vGP图分析,结果表明,基质沥青分子量分布最为均匀,改性沥青随着温度升高出现相分离现象,但由于改性沥青中高聚合物作用使改性沥青高温下仍表现出弹性状态㊂因此,本文在前期研究工作的基础上[6],以基质沥青㊁2%纳米碳粉改性沥青㊁18%橡胶粉改性沥青㊁2%纳米碳粉-18%橡胶粉改性沥青㊁2%纳米碳粉-18%橡胶粉-1.0%SBS(以上均为质量分数)改性沥青为研究对象,基于流变学理论,通过物理性能试验㊁动态剪切流变试验研究纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青材料性能,采用Han曲线㊁vGP图分析了改性剂与沥青的相容性与相态结构,结合SEM照片阐释了其改性机理㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料基质沥青为70#道路石油沥青,各项基本技术指标见表1㊂橡胶粉粒径40目(450μm),呈黑色颗粒状,线型SBS改性剂㊁纳米碳粉基本技术指标分别见表2㊁表3㊂表1㊀70#基质沥青基本技术指标Table1㊀Basic technical index of70#matrix asphaltAnalysis item Technical index Testing result Test method Penetration(25ħ,100g,5s)/(0.1mm)60~8067JTG T0604 2011 Penetration index,PI-1.5ʃ1.0-1.31JTG T0604 2011 Softening point(ring and ball method)/ħȡ4648.0JTG T0606 201160ħdynamic viscosity/(Pa㊃s)ȡ180208JTG T0620 2000 10ħductility/cmȡ1531.8JTG T0605 201115ħductility/cmȡ100>100JTG T0605 2011表2㊀SBS基本技术指标Table2㊀Basic technical index of SBSStructure S/B(mass ratio)Tensile strength/MPa300%constant stress/MPa Tensile elongation/%Tensile permanent deformation/% Linear30/7015.0 2.070030㊀㊀注:S/B为嵌段比㊂表3㊀纳米碳粉基本技术指标Table3㊀Basic technical index of nano carbon powderAnalisis item Parcitlesize/nmSpecific surface/(m2㊃g-1)Apparentdensity/(g㊃cm-3)Impurity/%Fe Mn Al MgTechnical index20318.260.860.0120.0120.0050.0052446㊀道路材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷1.2㊀样品制备及试验所用改性沥青试样的制备工艺流程如图1所示,制备改性沥青所用高剪切分散乳化机为YULDOR (Y300型)㊁搅拌器为电动搅拌器,其所有试验样品经过基本物理性能试验后,进行动态剪切流变试验,主要包括应变扫描㊁频率扫描㊁温度扫描,其相关试验参数的设置如表4所示㊂文中:Matrix asphalt代表基质沥青,NcP代表纳米碳粉,RP代表橡胶粉,MA代表改性沥青,如NcP-RP MA代表纳米碳粉-橡胶粉改性沥青㊂图1㊀沥青制备工艺Fig.1㊀Preparation technology of asphalt表4㊀参数设置Table4㊀Setting of parametersTest type Temperature/ħLoad pattern Loading frequency/HzStrain scanning60Strain control(0.1%~100%) 1.59Temperature scanning40~80Strain control(2%) 1.59Frequency scanning40,60,80Strain control(2%)0.1~10.02㊀结果与讨论2.1㊀物理性能试验通过物理性能试验,以延度㊁软化点㊁针入度指数㊁当量软化点(T800)及当量脆点(T1,2)性能指标作为沥青评判依据,阐明各改性剂对基质沥青物理性能的影响,为改性沥青相态结构分析提供铺垫,试验结果见图2㊂由图2可知:添加纳米碳粉后,改性沥青软化点及当量软化点明显提高,较基质沥青增加33%和11%,说明碳粉颗粒可以增强沥青的高温抗变形性能;橡胶粉加入后,沥青高低温性能均有所改善,尤其低温抗拉性能显著增加,5ħ延度较基质沥青提高56%,当量脆点下降23%,说明胶粉的加入增加了沥青的弹性成分,提高了沥青在外力作用下的抗拉伸能力;纳米碳粉与橡胶粉复合后,各沥青性能均得到进一步改善,尤其加入少量SBS后沥青性能达到最佳,5ħ延度和当量脆点较其他沥青明显改善,其主要原因是橡胶粉颗粒处于高弹性状态,与纳米碳粉㊁SBS相互共混在一起,即增加改性剂与沥青的接触面积,黏结性能进一步提高,低温性能显著改善,而软化点及当量软化点指标达到74.5ħ㊁59.7ħ,较基质沥青提高55%㊁26%,主要原因是橡胶粉和SBS颗粒在剪切过程中发生了强烈的溶胀反应,沥青稠度增加,阻碍了沥青分子流动,添加纳米碳粉后,使改性剂与沥青界面的摩擦力急剧增强,高温稳定性显著提高㊂由不同温度下的针入度值回归得到针入度指数,主要反应沥青的感温性能,纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青的针入度指数为2.47,较其他改性沥青均有所提高,其原因是几种不同粒径的改性剂共混在一起,高温下发生相互交融反应,增加了沥青结构体系的稳定性,减缓了温度变化时对沥青形态造成的影响㊂2.2㊀应变扫描试验为了验证所有改性沥青的线性黏弹性范围,首先对所有沥青试样进行应变扫描㊂试验结果见图3~图4㊂由图3可知,复合剪切模量随应变变化趋势相同,掺有橡胶粉的改性沥青线黏弹性范围大于基质沥青和纳米碳粉改性沥青,以纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青线黏弹性范围最大,在高温条件下,沥青的相位角越小则说明该沥青中弹性成分所占的比例就越大,则该沥青具备良好的抵抗高温变形的性能㊂由图4可知,改性剂可以显著降低沥青的相位角,以纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青相位角最小,橡胶粉改性沥青次之,说㊀第7期王明伟等:基于动态力学的纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青相态结构分析2447明加入改性剂后增大了沥青中弹性成分比例,增强了沥青抵抗高温变形能力㊂图2㊀不同改性条件下各指标变化规律Fig.2㊀Rule of index change under each modified conditions图3㊀复合剪切模量随应变变化Fig.3㊀Relationship between composite shear modulus and strain图4㊀相位角随应变变化Fig.4㊀Relationship between phase angle and strain 2.3㊀温度扫描试验在上述应变扫描试验的基础上,为探究不同温度下沥青高温性能变化规律,在40~80ħ温度区间内对所有沥青试样进行温度扫描试验,试验采用应变控制模式,应变值为2%,试验频率为10rad/s(1.59Hz),采用25mm金属平行板,沥青试样厚度为1mm㊂试验结果见图5~图6,为了进一步分析上述样品的抗车辙能力,将车辙因子G∗/sinδ取对数后研究其随温度变化规律,试验结果如图7所示㊂由图5可知,加入改性剂后均可提高沥青复合剪切模量,经过对比观察,加入橡胶粉后沥青高温性能显著提升,纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青相比于其他的沥青有着更好的高温抗变形能力,50ħ复合剪切模量相比基质沥青㊁纳米碳粉改性沥青㊁橡胶粉改性沥青㊁纳米碳粉-橡胶粉改性沥青分别增大8.74倍㊁5.05倍㊁2448㊀道路材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷1.03倍㊁1.04倍,高温稳定性有明显改善㊂这是因为橡胶粉加入能吸附沥青中的轻组分,沥青轻组分进入橡胶网络中,使沥青由溶胶结构转变为溶-凝胶型结构,高温稳定性明显改善㊂再加上纳米碳粉与SBS共同作用,沥青整体结构进一步得到填充,沥青高温性能自然增大㊂同时,随着温度的升高,不同沥青复合剪切模量均呈现出下降趋势,说明随着温度升高,沥青的流动性增强㊂图5㊀复合剪切模量随温度变化Fig.5㊀Relationship between composite shear modulus andtemperature图6㊀相位角随温度变化Fig.6㊀Relationship between phase angle and temperature㊀㊀由图6可知,随着温度升高,沥青相位角均呈上升趋势㊂这说明升高温度会加速沥青分子热运动,使沥青逐渐进入黏流状态㊂通过对比发现,在相同温度条件下,改性沥青的相位角相比基质沥青来说均有明显降低,但以橡胶粉改性沥青下降最多,纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青次之㊂原因在于橡胶粉加入沥青后,橡胶粉分子在沥青芳香分作用下以丝状或微粒分布在沥青中,在沥青体系中起到了增强作用,同时橡胶粉表面的网状结构可以和沥青㊁SBS㊁纳米碳粉紧密的吸附在一起,形成完整骨架结构,共同作用使纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青在高温条件下具备完好的整体结构㊂图7㊀车辙因子对数随温度变化Fig.7㊀Relationship between rut factor andtemperature图8㊀复合剪切模量随频率变化Fig.8㊀Relationship between composite shearmodulus and frequency㊀㊀由图7可知,所有沥青样品车辙因子G∗/sinδ均随温度升高呈下降趋势,说明温度升高加快了沥青分子热运动,出现高温不稳定现象㊂与基质沥青相比,同一温度下改性沥青车辙因子G∗/sinδ均高于基质沥青,60ħ下纳米碳粉改性沥青㊁橡胶粉改性沥青㊁纳米碳粉-橡胶粉改性沥青㊁纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青车辙因子相比基质沥青分别提升了6.0%㊁36.8%㊁37.7%㊁39.0%㊂这说明各改性剂对沥青高温抗车辙能力均有不同程度提升,由增幅效果来看,添加橡胶粉和少量SBS可大幅提升沥青高温抗车辙性能,表明橡胶粉㊁SBS的加入提高了高温下沥青中弹性成分所占比例,呈现出较好的抗车辙性能㊂2.4㊀频率扫描试验频率扫描可以用来模拟路面行车速度快慢,高频相当于车辆高速行驶,低频相当于车辆低速行驶[10]㊂为㊀第7期王明伟等:基于动态力学的纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青相态结构分析2449研究各沥青在不同加载频率下性能变化,控制应变为2%,加载频率为0.1~10Hz,对各沥青进行频率扫描试验,试验结果见图8和图9㊂同时,将车辙因子G∗/sinδ取对数以便研究其随温度变化规律,如图10所示㊂由图8和图9可知,复合剪切模量随着频率增大均呈上升趋势,而相位角则逐渐减小㊂这说明在车辆高速行驶时,改性沥青抵抗永久变形能力增强,这主要归因于各沥青变形中弹性变形所占比例增大㊂沥青抵抗永久变形能力随纳米碳粉㊁橡胶粉㊁SBS的加入逐渐提升,其中橡胶粉对沥青抵抗永久变形能力提升最为显著,纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青抵抗永久变形能力最强㊂在车辆低速行驶时,沥青相位角急剧下降,说明在高温条件下,停车场㊁车辆刹车点等场合易出现车辙现象㊂图9㊀相位角随频率变化Fig.10㊀Relationship between rut factor and frequency Fig.9㊀Relationship between phase angle and frequency图10㊀车辙因子对数随频率变化㊀㊀由图10可知,随频率增大,车辙因子呈增长趋势,但车辙因子在低频情况下增长较快,在0~1Hz内,纳米碳粉改性沥青㊁橡胶粉改性沥青㊁纳米碳粉-橡胶粉改性沥青㊁纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青车辙因子对数相比基质沥青分别增加了7.5%㊁46.8%㊁48.0%㊁49.3%,在高频情况下增长比较缓慢,说明纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青可以有效改善高温条件下车辆低速行驶时抗车辙性能㊂2.5㊀Han图分析1984年Chang等[14-15]基于均相聚合物分子黏弹性理论研究了相容和不相容聚合物共混体系的流动特性,提出了采用储能模量(Gᶄ)与损耗模量(Gᵡ)的双对数曲线来判断共混体系相容性,又称为Han曲线㊂用Han曲线来判断相容性,需要满足两个条件:(1)不同温度下的Gᶄ-Gᵡ曲线可以叠加在一起;(2)低频端曲线的斜率等于或接近2[16]㊂因此,根据温度扫描和频率扫描的试验结果,依照Han曲线方法,分别对基质沥青及各改性沥青进行Han曲线分析,并对Han曲线进行线性拟合㊂各沥青在温度扫描及频率扫描下的Han曲线见图11㊁图12,拟合曲线斜率如表5㊁表6所示㊂2450㊀道路材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷图11㊀温度扫描下沥青的Han曲线图Fig.11㊀Han diagrams of each asphalt under temperature scanning图12㊀频率扫描下沥青Han曲线图Fig.12㊀Han diagrams of each asphalt under frequency scanning表5㊀温度扫描下各沥青Han曲线图拟合参数Table5㊀Han diagrams fitting parameters of each asphalt under temperature scanningAsphalt type Slope(k)R2Matrix asphalt 1.451940.99876NcP modified asphalt 1.386680.99626RP modified asphalt 1.167670.99697NcP-RP modified asphalt 1.203790.99637NcP-RP-SBS modified asphalt 1.292320.99526㊀第7期王明伟等:基于动态力学的纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青相态结构分析2451表6㊀频率扫描下沥青材料Han曲线图拟合参数Table6㊀Han diagrams fitting parameters of each asphalt under frequency scanningAsphalt type Slope(k)R2Matrix asphalt 1.323250.99955NcP modified asphalt 1.285820.99753RP modified asphalt 1.101300.99801NcP-RP modified asphalt 1.127530.99752NCP-RP-SBS modified asphalt 1.221000.99666由图11和表5可知:在温度扫描下,基质沥青Han曲线斜率(k)最大为1.45194,与基质沥青相比,纳米碳粉改性沥青㊁橡胶粉改性沥青㊁纳米碳粉-橡胶粉改性沥青㊁纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青的斜率分别减小了2.83%㊁16.7%㊁14.8%㊁7.73%㊂纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青Han曲线斜率大于橡胶粉改性沥青和纳米碳粉-橡胶粉改性沥青,说明橡胶粉作为单一改性剂以及纳米碳粉-橡胶粉共同作为改性剂时在沥青中的分布都比较分散,但SBS改性剂加入后可以改善纳米碳粉-橡胶粉与沥青的相容性,减弱其微观相分离现象㊂2.6㊀van Gurp-Palmen图分析van Gurp-Palmen(vGP)[17]图是将各沥青的相位角(δ)与相对应的复数剪切模量(G∗)作图㊂最初是用来检验时温叠加规则(tTS)的有效性[18],因此,本文在频率扫描试验的基础上对基质沥青及各改性沥青分别进行了vGP图分析,如图13所示㊂图13㊀各沥青vGP图Fig.13㊀vGP diagrams of each asphalt由图13(a)可知,基质沥青δ-G∗曲线变化趋势近似一致,相位角随复数剪切模量减小而逐渐增大,最后接近90ʎ,说明基质沥青在试验温度区间内分子分布均匀,符合时温等效原则㊂与图13(a)相比,图13(b)中纳米碳粉改性沥青δ-G∗曲线在60ʎ有分离现象,原因在于纳米碳粉在高温下易团聚,与沥青的相容性变差,说明高温条件下纳米碳粉与沥青间的交互作用能力较弱㊂比较图13(c)㊁(d)㊁(e)可知:三种改性沥青δ-G∗曲线变化趋势整体一致,相位角均低于基质沥青与纳米碳粉改性沥青,在45ʎ相位角附近出现反弯点,说明低温条件下纳米碳粉㊁橡胶粉㊁SBS与沥青的相容性较弱㊂同时纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青δ-G∗曲线在高温条件下分离程度小于橡胶粉改性沥青㊁纳米碳粉-橡胶粉改性沥青,说明高温下SBS可以有效改善纳米2452㊀道路材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷碳粉㊁橡胶粉与沥青的相容性,即高温条件下纳米碳粉㊁橡胶粉㊁SBS与沥青的相容性较好㊂2.7㊀机理分析通过SEM扫描电镜来观察改性剂在沥青中的分布情况,从微观角度阐释改性剂与沥青相容后的相态结构,如图14所示㊂由图14(a)可见,基质沥青表面光滑无杂质,形貌呈线条状,接近于均相结构㊂由图14(b)㊁(c)可知,添加纳米碳粉后,橡胶粉与基质沥青之间的接触面较橡胶粉改性沥青有明显改善,说明纳米碳粉加入对改性沥青整体黏结性能有促进作用,但由于二者在粒径上的悬殊差距,颗粒间难以构成稳定的结构体系,难以达到较好改性效果㊂与图14(c)相比,图14(d)中改性剂颗粒分布更加致密,界面形成较厚的凝胶状物质,说明胶粉与SBS在沥青中发生了充分的硫化反应及溶胀反应,增强了沥青在外力作用下的抗拉伸变形能力及弹性恢复能力;加入SBS后沥青骨架结构更加清晰,构成一种粒径相对较连续的结构体系,可知改性剂SBS在橡胶粉和纳米碳粉间起到了 桥梁 的作用,使改性剂与沥青之间界面结合过渡更加平缓,改善了其相容性㊂图14㊀各沥青扫描电镜照片Fig.14㊀Scanning electron microscope images of each asphalt3㊀结㊀论(1)综合物理性能试验以及动态剪切流变试验结果,纳米碳粉㊁橡胶粉㊁SBS的加入可以显著提升沥青的高温性能以及增大沥青中弹性成分比例,在相同条件下,纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青的高温稳定性能及低温抗裂性能最佳㊂(2)相较于其他改性沥青,基质沥青Han曲线斜率更接近于2,更接近均相体,在整个温度区间内符合时温等效原理㊂加入各改性剂使沥青材料出现微观相分离现象,但SBS改性剂可以改善纳米碳粉和橡胶粉在沥青中相容性㊂高温条件下纳米碳粉㊁橡胶粉㊁SBS与沥青的相容性较好㊂(3)改性剂加入后沥青断面微观形貌更加丰富,SBS改性剂可以改善纳米碳粉-橡胶粉在沥青中骨架结构,形成较为连续的结构体系㊂参考文献[1]㊀ALONSO S,MEDINA-TORRES L,ZITZUMBO R,et al.Rheology of asphalt and styrene-butadiene blends[J].Journal of Materials Science,2010,45(10):2591-2597.㊀第7期王明伟等:基于动态力学的纳米碳粉-橡胶粉-SBS改性沥青相态结构分析2453 [2]㊀ORTEGA F J,ROMAN C,NAVARRO F J,et al.Physico-chemistry control of the linear viscoelastic behaviour of bitumen/montmorillonite/MDIternary composites:effect of the modification sequence[J].Fuel Processing Technology,2016,143:195-203.[3]㊀NAVARRO F J,PARTAL P,MARTÍNEZ-BOZA F J,et al.Novel recycled polyethylene/ground tire rubber/bitumen blends for use in roofingapplications:thermo-mechanical properties[J].Polymer Testing,2010,29(5):588-595.[4]㊀ROOHOLAMINI H,IMANINASAB R,VAMEGH 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极端高温下纳米复合改性沥青及其混合料高温性能试验研究苏曼曼;张洪亮;吕建伟;张永平【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)003【摘要】为减缓极端高温天气下的沥青路面车辙病害,采用纳米ZnO、TiO2和SBS对SK-70基质沥青进行复合改性,通过对比改性沥青针入度、软化点、延度、DSR及老化试验结果,提出对沥青高温性能改善最佳的纳米复合改性方案.进而根据AC-20和SMA-13沥青混合料级配制备了纳米复合改性沥青混合料,然后采用汉堡车辙试验仪对5种不同沥青混合料分别进行60、67、75℃下的车辙试验.试验结果表明:3％ZnO+0.5％ TiO2 +3.7％SBS改性方案能较好改善基质沥青的高温性能,提高沥青的抗老化性能;对极端高温天气地区,推荐使用采用3％ZnO +0.5％TiO2+3.7％SBS改性方案制备的AC-20沥青混合料作为中面层铺筑料,以抵抗极端高温天气造成的中面层剪切破坏.【总页数】7页(P27-33)【作者】苏曼曼;张洪亮;吕建伟;张永平【作者单位】石家庄铁道大学交通运输学院,河北石家庄050043;长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064;长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064;杭州市公路管理局,浙江杭州310000;杭州市公路管理局,浙江杭州310000【正文语种】中文【中图分类】U416【相关文献】1.特殊条件下PE-Y改性沥青混合料的高温性能试验研究 [J], 张春昱;王伟;孟庆营;张红兵2.特殊条件下PE -Y改性沥青混合料的高温性能试验研究 [J], 张春昱;王伟;盂庆营;张红兵3.橡胶粉改性沥青及沥青混合料高温性能试验研究 [J], 魏学成4.硫磺改性沥青混合料(SEAM改性沥青混合料)高温稳定性能的分析 [J], 李双祥;赵德荣5.新型生物基改性沥青混合料高温性能试验研究 [J], 韦明;余芳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。