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纳米改性沥青,了解一下?

文章出处:未知人气:发表时间:2020-10-16 14:52
随着道路使用环境越来越复杂,车流量增加、车辆载重增加、气候环境变差,现有的沥青路面越来越难以满足使用需求。因此改性沥青的技术显得十分重要,如何通过沥青的改性来提高路面的耐久性和稳定性是新的挑战。
近几年,纳米技术正在逐渐渗透到交通材料领域,纳米改性沥青即其中一种。微观结构是宏观性能的唯一决定因素,因而纳米改性沥青能够从根本上大幅度改善沥青性能,这是其他沥青改性方法所不能比拟的。
纳米材料是指三维空间至少有一维在1nm~100nm范围内的材料。纳米材料由于处于介观领域,因而具有许多奇异的效应,如小尺寸效应、表面效应、量子隧道效应等。表现在宏观物理性能上,则可以使材料的性能产生质的突变,如绝缘体变为导体,导体变为绝缘体,神奇的发光现象,光催化灭菌自清洁效应,超高强度和超高韧性等。
01纳米改性沥青的分类
纳米材料改性道路石油沥青主要分为两大类:一是单一纳米材料改性沥青,二是纳米粒子—高分子复合材料改性沥青。
(一)单一纳米材料改性沥青
其设计思路相对简单,将纳米材料与基质沥青物理混合,而未掺杂其他改性剂,从而提高基质沥青的各种性能。常见的纳米改性材料如纳米TiO2、纳米Caco3及纳米Fe3O4等。
纳米TiO2改性沥青
在路面自净化方面,常用而重要的一种光催化剂为纳米TiO2,它具有净化空气、杀菌、除臭、表面自洁等特殊功能,目前被广泛关注。根据大比表面积粒子与沥青物理混合的原理,研究人员选用纳米TiO2对沥青进行改性,对其高温稳定性和抗光老化性能进行了详细研究。
试验结果表明:在改性沥青混合料中掺入TiO2后,其抗车辙因子增大、疲劳因子变化很小,改性沥青的高温性能得到显著提高。同时纳米TiO2对紫外光具有独特的屏蔽作用,纳米TiO2改性沥青的抗紫外光老化性能显著提高。
纳米Caco3改性沥青
纳米碳酸钙(Caco3)粒子的量子尺寸效应、表面效应、体积效应等可促进纳米粒子与其他分子间形成较强的范德华力,并形成稳定体系。长安大学马峰等人采用纳米碳酸钙材料对沥青进行改性研究。结果表明:一定掺量的纳米Caco3粒子可提高沥青黏度、抗老化性能,增强混合料的抗车辙性能,延长疲劳寿命。
纳米Fe3O4改性沥青
纳米结构的Fe3O4具有与生物组织的相容性以及与尺寸和形貌有关的电学和磁学性能,在磁流体、传感器、水处理和生物医药等领域具有广泛的应用前景。研究表明,纳米Fe3O4加入可以使沥青的针入度降低,软化点和延度提高。
(二)纳米粒子—高分子复合材料改性沥青
将纳米材料和高分子聚合物共同加入到基质沥青当中后,三者会发生复杂的物化反应,从而改变沥青性质。一些研究人员将纳米粒子和目前应用广泛的改性剂如SBS或SBR共同添加到基质沥青,发现纳米粒子如同催化剂一样,能够让SBS/SBR的改性更为迅捷彻底。
02纳米改性沥青制备工艺
纳米改性沥青的制备方法主要分为两类:一类是直接将纳米材料分散到基质沥青中;另一类是为了提高纳米材料在基质沥青中的分散型和相容性,首先将纳米粒子制备成水基或油基胶体体系,减少其自身的聚结,然后再通过物理混合分散到基质沥青中。
03结语
纳米改性沥青技术研究及其应用近年来正逐步走向成熟。由于纳米改性沥青从微观结构上改变沥青性能,因此能够从根本上大幅度改善沥青性能。不同纳米粒子对沥青及其沥青混合料各种性能的提高可能会有所侧重。毋庸置疑,纳米改性沥青技术具有很大的研究空间,将是未来的研究热点。
 

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