疏水型纳米白炭黑改性沥青的性能与机理研究

发布时间：2020-06-21 01:03

【摘要】：纳米改性沥青作为交通建设材料领域的一种纳米技术,近些年来逐渐受到重视而被开发、研究和利用,具有广阔的应用前景。普通的无机纳米粒子表面能较高容易产生团聚,在有机材料中的分散性和相容性受到影响。本文考虑采用氯硅烷、硅氧烷类有机硅化合物以及硅烷偶联剂对于纳米白炭黑表面进行改性处理得到疏水型纳米白炭黑,将其引入沥青中制备成新型纳米沥青材料,对比未进行表面处理的亲水型纳米白炭黑改性沥青以及基质沥青进行性能与机理的研究。对于提高纳米沥青在用作道路建筑材料时的使用性能及纳米改性沥青的研究发展提供一定的参考和方向。首先,制备成不同掺量的各类纳米白炭黑改性沥青并对其进行常规性能试验以及RTFOT老化试验。在相同条件下,疏水型纳米白炭黑改性沥青相对于纳米白炭黑改性沥青以及基质沥青的针入度指数、软化点均有明显提高,表现出良好的感温性能和高温性能;当量脆点下降,低温性能得到改善;减小了老化之后的质量损失,提高了25℃残留针入度比,抗热氧老化性能得到较为明显的改善。第二,通过动态剪切流变仪对于疏水型纳米白炭黑改性沥青胶浆进行温度扫描试验、频率扫描试验以及从流变学角度进行的相容性试验。三类疏水型纳米白炭黑改性沥青在温度和频率的变化下均具有良好的抵抗变形能力;高温时可恢复形变增加,减小了永久形变的产生;从流变学的角度研究了各类纳米白炭黑改性沥青相容性,氯硅烷表面处理的纳米白炭黑在沥青中分布最均匀,其次为硅烷偶联剂以及硅氧烷类有机硅化合物,几类疏水性纳米白炭黑与沥青之间的相容性均要优于未进行表面处理的纳米白炭黑。第三,通过对于改性前后的纳米白炭黑以及改性沥青进行扫描电镜(SEM)试验进行形貌观察以及纳米粒子的分布状况研究;红外光谱试验(IR)分析改性前后的纳米白炭黑与沥青组分之间的化学作用,添加磨细的石灰石粉以分析改性沥青胶结料内部石矿粉、粒子表面有机基团、沥青之间的相互作用;差示扫描量热(DSC)试验分析纳米白炭黑表面改性前后对于在一定温度变化区间里沥青内部聚集态变化情况的影响。实验结果表明表面改性之后的纳米白炭黑具有更强的附着作用,并且在沥青中均匀分布而不发生团聚;试验中改性剂的有机基团已成功接枝于纳米粒子表面,与沥青之间发生了化学作用而产生了化学键;并且疏水型纳米白炭黑改性沥青与细石灰石粉的胶结料与普通无机纳米材料的作用机理不同,可以与石料产生少量的化学键连接。疏水型纳米白炭黑改性沥青的聚集态转化度减少,感温性与热性能得到了明显的改善。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414
【图文】：

纳米白炭黑,针入度指数,改性沥青,掺量

图 2.1 各类不同掺量下的纳米白炭黑改性沥青针入度指数（PI）由表 2.7 中可以看出，直线回归相关系数 R 均大于 0.997（置信度 95%），从理论上讲试验的结果是可信的。亲水型纳米白炭黑 SA 及几种疏水型纳米白炭黑（DM、PD、RS）在以不同掺量加入基质沥青中之后，针入度指数 PI 相对于基质沥青均有不同程度的改变：对于亲水型纳米白炭黑 SA 加入沥青中得到的 SA 改性沥青，针入度指数随掺量1%到 5%变化表现为先降低再升高，在 3%时达到最低值-1.06，SA 改性沥青在15℃、25℃、30℃时针入度均降低，沥青总体变硬，但各温度幅度不同，AlgPen值发生变化导致 PI 值的变化，感温性能稍稍下降；对于疏水型纳米白炭黑改性沥青，RS 与 DM 改性沥青 PI 指数总体变化趋势一致，表现为随着改性剂增加先增加后减少，在添加量为 3%时达到最大分别为 0.24 与 0.64，温度稳定性得到一定改善；PD 改性沥青 PI 指数在 PD 的掺量为 1%、3%与 5%时分别达到了 0.58、1.45 与 1.83，在掺量为 3%时提升幅度最大。

软化点,改性沥青,当量软化点T800,基质沥青

试样改性剂添加量（%）实测软化点TR&B，℃当量软化点T800，℃TR&B提高幅度，%T800提高幅度，%基质沥青 0 48.8 48.75 - -SA1 50.8 50.01 4.10 2.583 50.1 49.69 2.66 1.935 53.5 51.34 9.63 5.31DM1 51.4 52.13 5.33 6.933 54.4 55.45 11.48 13.745 55.7 55.18 14.14 13.19PD1 52.8 53 8.20 8.723 53.7 58.07 10.04 19.125 60.5 59.83 23.98 22.73RS1 51.9 52.02 6.35 6.713 53.7 54.61 10.04 12.025 55.1 51.92 12.91 6.50

【参考文献】