活性纳米碳酸钙改性沥青性能探究

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1、活性纳米碳酸钙改性沥青性能探究　　摘要：选取四种不同粒度的活性纳米碳酸钙，加入到70号基质沥青中。通过高速剪切仪加工，改性后的沥青与基质沥青进行三大指标以及针入度指数对比分析，证明纳米材料的加入有效的改善了沥青的温度敏感性和软化点，延度性能和基质沥青差别不明显，其中粒径为80nm的活性碳酸钙与沥青相容性最好，其改性沥青是最佳的共混体系。关键词：纳米改性沥青高速剪切共混体系中图分类号：TU535文献标识码：A引言纳米材料因其小尺寸效应；量子尺寸效应；宏观量子隧道效应以及表面效应等特殊的性能，对原材料的性能有极大的改善提高，

2、已然成为了世界各国最活跃的研究课题之一。纳米材料在我国发展势头迅猛，形成了以北京上海为核心辐射全中国的基本格局。近年来，纳米材料逐渐开始渗透到交通、水利、土建等工程材料领域。2008年，RILEM国际材料与结构协会专门成立了纳米沥青技术协会，纳米材料已经为沥青改性打开了一道崭新的大门。材料的选取与加工7纳米材料按维数可以分为：纳米粒子为代表的零维纳米材料；碳纳米管为代表的一维纳米材料；纳米层状硅酸盐为代表的二维纳米材料；智能金属等纳米块体为代表的三维纳米材料四种。在本次研究中，我们选取价格相对低廉的零维活性纳米碳酸钙材料

3、进行改性。表2.1A～C改性材料参数表2.2D改性材料参数加工方法为取基质沥青质量5%的纳米碳酸钙A、B、C、D四种内掺搅拌，在170℃温度下以5000r/min高速剪切搅拌30min，为避免实验误差，基质沥青在相同的加工条件下制备。表2.3基质沥青主要技术指标基质沥青的主要指标技术指标单位基质沥青规范要求针入度（25℃，100g，5s）0.1mm7160～80针入度指数PI/-0.66874-1.5～+1.0软化点（环球法）℃50≥46延度10℃cm48≥1515℃100≥100密度（15℃）g/cm31.036-RT

4、FO质量损失%0.08±0.8残留针入度比%78.4≥617残留延度(10℃)cm14≥6针对加工制备好的沥青按现行试验规范进行三大指标实验。针入度实验取三个温度，分别为5℃，15℃，25℃。针入度反映的是沥青在某一特定温度下的粘度特性，软化点反映沥青的高温稳定性，延度用来评价沥青的低温性能。实验数据及处理3.1针入度结果及针入度指数PI按照规范JTGE20-2011公路工程沥青基沥青混合料试验规程，进行针入度及针入度指数的相关实验，实验数据如表四所示，对实验数据进行线性回归分析，结果如图1所示。将3个或3个以上不同温度

5、条件下测得的针入度值取对数，令y=lgP，x=T,按式lgP=K＋AlgPen×T,进行y=a＋bx一元一次方程的直线回归，求取针入度温度指数AlgPen。PI=(20-500AlgPen)/(1+50AlgPen)。表3.1针入度试验结果25℃15℃5℃基质沥青71.520.99.3A改性沥青64.120.99.5B改性沥青65.719.89.2C改性沥青63.123.111.1D改性沥青63.221.37.87图3.1针入度线性回归分析图3.2回归分析结果由上图可以看出，A、B、C、D及原样沥青的回归分析的针入度温度

6、指数AlgPen分别为0.0414、0.0426、0.0377、0.0455、0.0442。根据公式计算其对应的针入度指数分别为-0.2439、-0.41534、0.398614、-0.83969、-0.66874。其中，C型号纳米碳酸钙改性的沥青PI值最小，其温度敏感性也最小；D型号的温度敏感性最小，因为D型号的改性剂粒径最大，它的加入改变了基质沥青的均质状态，且大粒径在加工过程中也容易沉积在沥青材料底层，会有比较严重的离析现象，所以D试验结果与基质沥青相比，至少PI值差别并不大，没有突出的改性效果。73.2软化点试验

7、结果图3.3软化点试验结果如图三所示，1、2、3、4、5对应的分别为基质沥青、A改性、B改性、C改性、D改性沥青，可以看出C的软化点最高，为57℃，比基质沥青提高11.8%，改性效果比较明显，其他几种改性剂均提高了沥青的软化点。四种改性剂对软化点的提高都很大，并且相互之间差别并不明显，C改性效果稍微突出一点。3.3延度的变化按现行试验规范试验，测得研读数据如图所示，1、2、3、4、5分别代表基质沥青、A改性、B改性、C改性、D改性沥青。试验温度为15℃。沥青的延性表征其受到外力的拉伸作用时抗塑性变形的总能力，延度越大的沥

8、青其柔韧性越强。根据实验结果可知基质沥青的延度最大，因为其为匀相，整体性较强。在掺加纳米碳酸钙改性剂之后，因为纳米粒子粒径小，表面能高，具有一种自发团聚的趋势。这就会一定程度产生一些应力的不均匀，宏观的反应就是一定程度上延度的减小。其中，C改性沥青对延度的影响较小，而B、D改性剂对延度的影响较大，延度减小了50%还多