蛭石与纳米二氧化钛复配改性沥青的制备与性能研究

发布时间：2019-11-06 19:18

【摘要】：沥青在使用过程中受到热、氧、光、水及荷载等因素的作用会发生老化现象,影响沥青路面的使用性能,提高沥青的耐老化性对于延长沥青路面的使用寿命、减少其养护费用、节约宝贵的石油资源具有重要的意义。纳米材料具有较强的紫外光屏蔽作用,可用于改善沥青的光老化性能。层状硅酸盐具有比表面积大的特点,与沥青可以形成插层型或剥离型纳米复合结构,使氧在沥青中的传播发生曲折,延缓沥青的氧化作用,增强沥青的抗热氧老化性能。本文采用蛭石与纳米TiO_2复配对沥青进行改性,并对复配改性沥青的物理性能和流变性能进行了研究;同时研究了复配改性剂对沥青短期热老化性能、长期热老化性能和光老化性能的影响。X-射线衍射试验表明,采用十六烷基三甲基溴化铵对蛭石进行有机插层处理以后,蛭石的层间距由1.42nm增大到4.93nm,蛭石与沥青形成了剥离型的纳米复合结构。常规试验结果表明复配改性剂改善了沥青的高温稳定性,但会降低沥青的延展性。复配改性沥青的疲劳因子小于基质沥青,表明复配改性沥青抗疲劳开裂性能优于基质沥青。储存稳定性试验表明,复配改性沥青具有较好的储存稳定性。采用旋转薄膜烘箱模拟沥青的短期热氧老化,对老化后沥青试样进行性能测试。结果显示复配改性后沥青的残留针入度和相位角老化指数更大,软化点增量、布氏旋转粘度增长率和复数剪切模量老化指数更小,表明复配改性剂可以显著改善沥青的抗短期热老化性能。采用压力老化试验模拟沥青的长期热氧老化,试验结果表明,复配改性沥青的长期热氧老化性能优于基质沥青。弯曲梁流变仪试验结果显示复配改性沥青的劲度模量与劲度变化速率与基质沥青相差不大,表明复配改性剂的加入不会引起沥青的低温抗裂性能下降。采用加速紫外光老化和自然暴晒老化两种方式模拟沥青使用过程中的光老化,结果表明在加速紫外光老化和自然暴晒老化过程中,沥青的老化均会随着时间的延长而变缓。对于加速紫外光老化,复配改性沥青的光老化性能受复配改性剂掺量影响较大,1%OVEMt+3%TiO_2复配改性剂的效果最好;而对于自然暴晒老化,复配改性沥青的光老化性能均优于基质沥青。综合复配改性剂对沥青的物理性能和流变性能的影响及不同老化方式下不同掺量复配改性沥青的老化性能,复配改性剂的最佳掺量为1%OVEMt+3%TiO_2。
【图文】：

表面形状,表面形状,老化指数,复配

a) SK-70 基质沥青 b) 1%有机蛭石+1%纳米 TiO2复配改性沥青图 4.1 PAV 老化后沥青的表面形状4.1.2.2 老化前后复配改性沥青的性能测试按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTG E20-2011》中的试验 T0606和 T0625 对复配改性沥青和基质沥青的软化点和 135℃布氏旋转粘度进行测试。同时根据试验 T0628，使用动态剪切流变仪（DSR）对复配改性沥青进行温度扫描、频率扫描和蠕变试验。4.1.2.3 老化性能评价指标沥青材料对老化的敏感程度可以用老化指数来表征，沥青的老化指数一般定义为老化前后沥青物理或者流变指标的比值或差。本章采用 PAV 老化后的沥青试样与未老化沥青的物理性能和流变性能的变化幅度来评价有机蛭石与纳米 TiO2复配改性沥青抗老化性能，主要老化指数为：软化点增量、布氏旋转粘度增长率、相位角老化指数和复数剪切模量老化指数，其计算公式分别见下式 3.1～3.2。

表面形态,紫外光,沥青,老化箱

5.1.1 实验原材料复配改性沥青试样采用第二章（2.1.2）中的方法进行制备，并采用 3.1.2 节的方法对沥青试样进行旋转薄膜烘箱老化。5.1.2 老化方法5.1.2.1 加速紫外光老化（Ultraviolet aging，UV）在标准薄膜烘箱试验盛样盘中倒入 50±0.5g 旋转薄膜烘箱老化后的沥青残留物，将盛样盘放入自制的加速紫外老化箱中对沥青进行紫外光老化。加速紫外老化箱的光源采用 500W 直管形紫外线高压汞灯，紫外光灯距离盛样盘的高度为45cm，在盛样盘高度的紫外线强度大约为 8002μ w /cm，实验过程中控制箱中温度在 60℃以下，在紫外老化箱中老化 6d 后，取出盛样盘，，对沥青的各项性能进行测试。经过 6 天加速紫外光老化后沥青的表面形态见图 5.2，从图中可以看出，加速紫外光老化后沥青试样中部发生了明显变化，在中间部分形成了一个老化圆，由于盛样盘在紫外老化箱中保持旋转，因此老化圆会偏向盛样盘的一侧。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U414

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