纳米ZnO_SBS复合改性沥青多相体系的流变特性及相行为研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘 要 交通量的持续增大、车辆大型化、重载化日趋严重以及极端气候环境的出现， 使得越来越多的沥青路面出现车辙、开裂等问题，普通的基质沥青已经无法满足 路面日益严苛的使用要求。聚合物改性是目前应用最广泛的提高基质沥青性能的 方法，但由于聚合物与沥青相容性较差，在微观层面无法有效改善沥青的性能， 影响沥青的储存稳定度，这些缺点导致其在实际应用中受到限制。而纳米材料可 以提高聚合物与沥青的相容性，在沥青中加入纳米材料后，能有效的增强某方面 的性能。但是纳米改性沥青只是通过简单的物理搅拌将纳米材料掺入到基质沥青 中，难以兼顾沥青的高低温、抗疲劳、抗老化等性能。为了保证聚合物和纳米材 料能够发挥出各自的优势，在沥青中同时加入聚合物改性剂和纳米材料，制备纳 米材料/聚合物复合改性沥青，是改性沥青发展的新趋势和重点方向。 通过分析比较，本研究选取三种粒径的纳米ZnO 在不同掺量下制备纳米 ZnO/SBS复合改性沥青，研究了纳米ZnO 粒径和掺量对于纳米ZnO/SBS复合改 性软化点、延度、针入度、布氏粘度的影响。研究结果表明：纳米ZnO/SBS 复 合改性沥青的软化点和布氏粘度随着纳米ZnO 掺量的增加而增加。在掺量相同 时，软化点和布氏粘度随粒度增大而增大；延度和针入度随着纳米ZnO 掺量的 逐渐增加都呈现出逐渐降低的趋势，但对其影响较小，而且粒度对延度和针入度 的影响无明显规律； 通过动态剪切流变实验以及低温弯曲梁流变实验分析了纳米ZnO对复合改 性沥青流变性能影响，研究表明：纳米ZnO/SBS 复合改性沥青的复数模量G* 随着纳米ZnO 粒度和掺量的增加而逐渐增加。粒度大小对复合改性沥青的高温 性能影响较大，对低温性能的影响较小；在低频区 （高温区）时，复合改性沥青 的复数模量远大于SBS 改性沥青，在高频区 （低温区），复合改性沥青的复数 模量大于SBS 改性沥青，但在末端其复数模量主曲线比较接近，表明纳米ZnO 在增强SBS 改性沥青高温性能的同时对其低温性能影响较小。 对沥青样品进行温度扫描可以看出：纳米ZnO/SBS 复合改性沥青随着掺量 的增加G＇和G ＂对温度的斜率随着纳米ZnO 掺量的增加先增大后逐渐减小， 对温度敏感性降低，同时添加纳米ZnO 后，纳米ZnO/SBS 复合改性沥青比SBS 改性沥青抵抗变形的能力要强很多，具有更好的抗车辙能力； I 山东建筑大学硕士学位论文 纳米ZnO/SBS复合改性沥青累计应变显著低于纳米ZnO掺量为0 的SBS改 性沥青，而且随着纳米ZnO 掺量的增加，累计应变先减小后稍微增大，这说明 纳米ZnO 的加入可以提高SBS 改性沥青高温抗变形能力。 在60℃下对样品进行稳态黏流测试得到黏流曲线。纳米ZnO/SBS 复合改性 沥青的稳态黏度随着纳米ZnO 掺量的增加而逐渐增加。复合改性沥青随着纳米 ZnO掺量的增加η0而显著增加。在纳米ZnO掺量相同的情况下，随着纳米ZnO 粒度的增大复合改性沥青的η0逐渐增加。 纳米ZnO/SBS复合改性沥青的S/m 值随着纳米ZnO 掺量的增加逐渐增大， 表明纳米ZnO使复合改性沥青的低温性能变差，但不会对其低温分级造成影响。 粒径的不同对其影响较小且无明显的变化规律。 通过储存稳定性试验和荧光显微镜分析得出：随着纳米ZnO 掺量的增加， 纳米ZnO/SBS 复合改性沥青的离析逐渐减小，相容性变好，SBS颗粒变得更加 细小，SBS相所占的体积分数逐渐增加，形成的网状结构越来越明显，并且SBS 相与沥青相之间界面也变得越来越模糊，说明纳米ZnO促进了SBS相与沥青相 容性，能够使SBS在沥青中更充分的溶胀。 对比研究SBS改性沥青和纳米ZnO/SBS复合改性沥青对沥青混合料路用性 能影响，研究表明：纳米ZnO 加入后，对其高温性能影响较大，动稳定度明显 增加，提高了SBS 改性沥青的抗车辙能力。小幅降低了沥青混合料低温抗开裂 能力，基本不影响沥青混合料的水稳定性。 关键词：纳米ZnO，改性沥青，流变性能，微观，路用性能 II 山东建筑大学