纳米改性沥青及其路用性能.docx

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1、纳米改性沥青及路用性能研究摘要：纳米材料由于其特殊的物理性质，在材料学中的应用越来越广泛，纳米改性沥青的研究成为路面材料研究的热点。本文通过介绍纳米改性沥青及其研究现状，并结合实验数据，分析得出纳米改性沥青的路用性能，最后对纳米改性沥青的应用前景进行展望。关键词：纳米材料，纳米改性沥青，路用性能；正文：1.纳米材料简介纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nanoparticle)组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和

2、宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。2.纳米改性沥青介绍及其研究现状纳米材料改性沥青

3、的研究是道路交通材料研究中的热点和前沿课题，纳米粒子与沥青的相容性以及在沥青中的分散和稳定性是决定纳米材料改善沥青各项性能的关键。具有改性性能的纳米颗粒在沥青的改性方面表现出优良的混融、增强和增韧性能，对改善沥青混合料路用性能具有良好的效果。纳米改性沥青路用性能纳米粒子的比表面积很大，表面能高，处于非热力学稳定态，很容易团聚在一起，形成带有若干弱连接界面的尺寸较大团聚体，这种团聚的二次粒子难以发挥其纳米效应，使材料达不到理想的性能。而且由于表面有大量硅羟基，使得纳米Ⅰ具有强亲水性，在有机基体中的分散性和浸润性很差。因此要使纳米粒子对沥青产生改性作用，必须要对纳米粒

4、子进行表面改性或进行分散处理，克服纳米粒子的团聚，同时使之由强亲水性转为一定程度的疏水性，从而与有机基体之间形成良好相容性。近些年来，在交通材料的各个领域越来越多的使用纳米材料和纳米技术，其中一个较为重要的研究方向即纳米材料改性沥青，该项技术是通过各种手段将某种纳米材料融入到沥青材料中，通过纳米效应改善沥青的高温稳定性、抗疲劳性、摩擦性能(防滑性能)、抗老化性等性能。美国材料研究学会于1994年首次正式提出纳米材料工程的新概念，并促成了纳米材料与技术的基础研究和应用研究并行发展的新局面。被改性材料掺入纳米粒子后，纳米粒子的表面效应、体积效应、量子尺寸效应及宏观量子

5、隧道效应会使原材料形成特殊的性能，这些效应既有物理作用也有化学作用。就纳米改性沥青来说，究其与其他沥青产生性能悬殊的原因是因为纳米材料从微观结构上改变了沥青的各种性能。因此，纳米材料相对于其他沥青改性材料具有较大优势，因为它是从结构方面对沥青进行改善。由于纳米改性沥青的各项优良性能，使其成为国内外沥青材料研究的热点和前沿，同时，在交通材料研究和应用的方面也成为新的经济增长点。近几年，美国联邦公路局(FHWA)在道路材料纳米层面上投入大量的研究，并与美国国家标准技术研究所(NIST)、怀俄明州立大学美国西部研究院(WＲI)对纳米技术改善机理进行了大量的研究工作，目前

6、已取得丰富的前期研究成果。2010年6月，欧洲沥青技术联合会(EATA)举行了第四届EATA大会，其中“沥青中的纳米技术”是该次大会的研讨主题之一。国内学者对纳米材料的的研究首先表现在对于材料自身的复合改性、功能化、智能化的关注，并逐步将目光从宏观转入到微观进行研究，有些学者采用如光谱分析、扫描隧道、核磁共振等先进的材料分析手段进行分析研究道路材料。可以说，纳米材料与技术已成在沥青路面中的应用研究趋势。目前使用较多的纳米材料是层状纳米硅酸盐，并已积累了部分研究成果。荷兰Ｄｅｌｆｔ大学将蒙脱土纳米粘土用于沥青改性［５］，对所得改性沥青及沥青混合料的路用性能做了较为全

7、面的测试，发现其抗老化、抗车辙及力学性能都有所提高。姜海涛等［６－９］也使用蒙脱土纳米层状硅酸盐改性沥青，发现沥青的老化性能、混合料的高温和水稳性能均显著提高。纳米层状硅酸盐改性沥青的研究虽然取得了一定成果，但还是存在一些明显缺陷：①沥青为大分子复杂化合物，与层状硅酸盐二者之间形成良好插层型和剥离型的条件较苛刻；②层状硅酸盐即使完全溶胀或剥离，也只是二维（片状）纳米材料，几何尺寸较大，不易与沥青混合均匀；③片状颗粒易带较多的表面电荷，增加了静电聚结力，不利于沥青－层状硅酸盐纳米体系的形成和分散。与二维层状结构的层状纳米硅酸盐相比，纳米ＺｎＯ和纳米ＣａＣＯ３等无机纳

8、米粒子不存