纳米材料复合改性沥青性能研究
2020-05-08冯秋红吕长富宋雪波陈渊召
王 倩,冯秋红,吕长富,宋雪波,陈渊召
(1.华北水利水电大学 土木与交通学院,河南 郑州 450045;
0 前 言
汽车数量的飞速发展,留下了很多的废弃轮胎,造成了所谓的“黑色污染”。经过多年的研究和应用发现,将橡胶粉加入基质沥青中,路面性能得到了改善,如:减小了行车噪音、吸收了光线。由于橡胶粉可以由废弃的轮胎获得,这也可以让废旧轮胎实现回收利用,降低了环境污染[1]。虽然橡胶粉改性沥青提高了很多性能,但同时也存在着很多问题,如发生离析和溶胀等现象[2]。因此,本文选用GNPs和橡胶粉复合,通过高速剪切法制备6种不同掺量的石墨烯微片和橡胶粉,并进行性能试验研究,分析出最佳掺量。
1 原材料
1)沥青。本试验采用中海70#沥青,并按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行了基本指标测试,其相关技术指标值如表1所示。
表1 AH-70#基质沥青主要技术指标测试结果
2)石墨烯微片。本试验采用厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司生产的KNG-180型石墨烯微片。
3)橡胶粉。本试验选用40目的橡胶粉,粒径为0.45 mm,密度为1.26 g/cm3。
2 复合改性沥青性能试验研究
2.1 针入度试验
对复合改性沥青进行针入度测定(25 ℃,100 g,5 s),对比6种不同的橡胶粉和石墨烯微片掺量的试验数据。实验结果如表2所示。
表2 改性沥青针入度检验结果
从表2中可以看出,从0.03%GNPs掺量到0.05%GNPs掺量,针入度值从59.4 mm下降到56.9 mm,下降较为明显,之后缓慢上升。18%橡胶粉的针入度值均小于16%橡胶粉,两者数值均小于基质沥青,表明加入橡胶粉,沥青的性能有所改善。
2.2 软化点试验
对复合改性沥青进行软化点测定,对比6种不同的橡胶粉和石墨烯微片的掺量得出的试验数据。试验结果如表3所示。
表3 软化点检验结果
从表3中可以看出,掺量为16%的橡胶粉软化点总体变化不大。18%橡胶粉掺量的软化点呈现先减少又增长后减少的趋势,在0.05%GNPs掺量时,达到了峰值81 ℃,此时性能最好。
2.3 复合改性沥青延度试验
对不同掺量的橡胶粉、GNPs复合改性沥青进行延度试验,试验结果如表4所示。
在橡胶粉掺量为16%时,逐渐增加GNPs的掺量,改性沥青延度增加的幅度较小,试验结果在74mm左右波动;橡胶粉掺量为18%的改性沥青延度增长的幅度较大,并且在0.03%~0.05%时,延度增长的幅度最大,最大增长到75.21mm。所以,本试验得到的最佳橡胶粉掺量为18%。
表4 15 ℃延度试验结果
3 结束语
1)在针入度及延度试验中,掺量为18%的橡胶粉,使得改性沥青的稠度变大,沥青变硬。
2)在软化点试验中,石墨烯掺量为0.05%的复合改性沥青低温性能较好。
3)通过延度试验发现,橡胶粉掺量为18%的改性沥青延度增长的幅度较大,本试验得到的最佳橡胶粉掺量为18%。
4)通过上述试验得出制备纳米材料复合改性沥青的最佳掺量为18%橡胶粉和0.05%GNPs。
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