多尺度纳米材料改性沥青及其混合料的性能研究

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老化是影响沥青路面使用寿命最重要的因素之一,研究发现层状硅酸盐可以改善沥青材料的热氧老化性能,而无机纳米粒子可改善沥青材料抗紫外光老化的性能,将二者复配组成多尺度纳米材料改性沥青及其混合料,共同提升沥青材料的抗老化性能以延长沥青材料的使用寿命。已有研究将二者复配用于制备改性沥青,但未对其混合料性能进行评价,从混合料层面探究多尺度纳米材料对沥青材料的影响具有更接近实际工程的现实意义。
  本文采用掺量1%有机蛭石(OEVMT)与3%三种无机纳米粒子(nano-SiO2、nano-TiO2和nano-ZnO)复配改性70#沥青及其混合料。为评价多尺度纳米材料对沥青胶结料性能的影响,将改性前后沥青进行长短期、紫外光和自然老化模拟,对老化前后沥青物理、流变和微观性能进行评价。对改性前后的沥青混合料进行短期、松散和压实状态的长期和紫外光老化、自然老化模拟,通过室内试验对沥青混合料高低温、水稳定性、疲劳和老化性能进行测试和评价,同时对比不同老化方法对混合料老化评价的影响,主要结论如下:
  (1)综合不同老化方式后未改性与多尺度纳米材料改性沥青的物理、流变和微观性能,发现三种多尺度纳米材料与基质沥青结合稳定,且对老化性能有明显改善作用。加入不同改性剂对沥青的高温性能影响不一致,但均可提高沥青低温性能。除OEVMT+SiO2外,其余改性剂均对沥青的疲劳性能有改善作用。相比之下,OEVMT+ZnO具有最佳改性效果。
  (2)改性前后沥青混合料路用性能测试结果表明,除OEVMT+SiO2外,多尺度纳米材料对沥青混合料高温性能有轻度不利影响,而三种改性剂均能改善沥青混合料的低温和疲劳性能,改性剂的加入使水敏感性增强。对比老化前后马歇尔和车辙试验结果发现多尺度纳米材料明显改善沥青混合料的抗老化性能。用未老化状态混合料样品进行低温、水稳定性和疲劳性能测试会影响测试结果准确性。
  (3)对比拌和、短期、压实和松散状态下的长期和紫外老化混合料,发现每种老化方法都能验证多尺度纳米材料对沥青混合料老化性能的改善作用,相比之下紫外松散老化评价得出结果表现最为突出。老化程度排序为拌和<短期<长期压实<紫外压实<长期松散<紫外松散。压实状态老化程度远低于松散状态,紫外光老化混合料模拟方法相比于长期老化对沥青混合料的老化作用更显著。
  (4)自然老化结果显示,多尺度纳米材料对沥青老化有明显的抑制作用,且对于沥青胶结料,自然老化时间越久改性效果越显著。自然老化沥青4月老化程度高于沥青TFOT老化,老化8月老化程度稍低于PAV老化程度。
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