纳米材料在路基路面中的应用分析
2020-11-10刘玉龙王晓畅
刘玉龙 王晓畅
摘要:随着现代经济的发展,现代交通车流量不断增多,车辆的载重量也越来越大,普通沥青路面在这些重车的作用下,路面开裂、坑槽和松散等问题也逐渐增加,这些问题出现的原因不仅是路面施工技术和设计的问题,其自身材料性能差也是一方面的原因。纳米材料在路面上的应用可提高路面的使用性能,纳米技术对传统路面材料的优化可显著提高传统路面材料的使用寿命和使用优势,并且纳米材料生产方便,有良好的适用性,消耗低能量。本文概述了纳米材料的关键性问题,以及在路基路面中的应用。
关键词:纳米材料;路基路面;应用分析
一、纳米材料的概述
纳米是一种很小的单位,纳米材料是指在三维空间中至少有一堆处于纳米尺度范围(1nm-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。纳米技术则是一种非常具有市场潜力的新兴科学技术。普通路面的沥青因其自身成分等方面的不足影响了路面感温性能,路面高温容易软化流淌,低温容易脆裂,难以满足等级较高的路面使用需求。随着近些年的经济飞速发展,在纳米材料技术研究方面,有了更前卫的意识和努力的方向,道路工作者已经开始将纳米材料应用于路面建设的材料研究。纳米材料有着传统路基路面材料所没有的性能,以其特有的光、电、热、磁等性能为路面施工的发展带来了前所未有的革命,从材料的功能性和智能化方面给予了关注。根据目前得到的研究结论,认为纳米材料具有普通材料所不具备的五大特性:表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和体积效应。这一系列效应导致纳米材料在熔点、蒸气压、塑性形变等物理和化学方面有许多特殊的性能。
近几年,随着科技的提升和对环境的要求,美国联邦公路局在道路材料纳米层面上的应用进行了大量的研究,目前已取得丰富的研究成果。国内的研究学者对纳米材料的研究逐步从宏观到微观,可以说,纳米材料与技术已经成为普通路面的应用研究趋势。
二、纳米材料在路基路面中的应用
当今道路的建筑工程中,仍以沥青材料为主体,在使用过程中,沥青自身虽然具有一定的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳稳定性以及耐久性,但在目前经济的发展,车辆的增多,重型车辆的加大,沥青路面的破坏也随之增多,路面沉陷、车辙、疲劳开裂以及推移等状态,难以适应社会发展的需求,影响着路面建设的发展,导致使用过程中出现安全隐患,给人们的安全带来威胁。研究表明,通过纳米材料的改良可以行之有效地克服普通沥青所存在的不足,延长路面的使用寿命和使用效果,解决沥青路面出现的问题。
纳米材料可以通过改变沥青路基路面材料的微观结构来实现其宏观性能的改变,由于其独特的表面特性,与沥青发生相互作用后将会改变沥青的界面特性,改善了沥青的高温稳定性和低温抗裂性。纳米材料带来的路面功能化应用,纳米材料可以用作紫外线吸收剂,抵抗沥青的老化,吸收大范围的紫外线,用作紫外线吸收抗老化剂,使路面沥青的强度、韧性和耐磨性得到增强。在路面自净方面,纳米nio2作为一种常用的光催化剂,具有净化空气、杀菌、表面自净等功能。对机动车辆排放的对人体有害的污染气体进行分解清除,起到净化空气的作用。纳米材料的应用还节约了能源的使用和费用的支出,减少了路面水损害,并且提高了路面使用率的同时还减少了路面维护需求。除了这些以外,对固体污染的处理也采用了纳米技术,模拟出一种疏水耐脏材料,灰尘和污垢会随水滴自动冲洗掉,应用到路面,将有效降低路面受水和一些污染物的影响,延长路面的使用寿命。
三、纳米材料的应用特性
纳米材料的费用与其他材料相比较而言略微偏高,但是会随着科学技术的发展和制造工艺的提高,其成本会随之降低。目前可以综合纳米材料与普通材料的使用,在经济花费最小并且最有效的方法下解决问题。纳米材料对自然环境和对人类健康的影响还需要研究,纳米材料还存在很多潜在的不确定因素,尤其是合成后的纳米材料或多或少还会存在一些杂质,在使用过程中应全面考虑纳米材料合成中所存在的危害,在生产和使用过程中应更加关注最新的生物和化学的研究成果,筛选更加环保更加健康的纳米材料。
纳米材料在路基路面的应用中,要在微观上均匀分散与沥青中,采取适当、科学的技术手段和工艺措施,使二者良好混合,使其均匀稳定地分散与沥青材料中,提高相容性和分散稳定性。对不同的纳米材料进行系统性的研究,得到最有效地增强沥青道路性能的纳米材料。要不断提高纳米材料的制备技术和生产水平,形成纳米材料路基路面的良好应用。
四、总结
路基路面的材料是一个传统产业,在我国国民经济发展中占有重要的地位,但实际应用性能中却存在许多问题,需要进行高新技术的提升和改进,纳米材料的应用是路基路面未来发展的一个重要趋势,为路面的使用带来许多功能,降低路基路面工程建筑的费用,延长了路面的使用寿命,减少了路面的污染,特別是在一些污染严重的大城市,有效降低了路面对环境的污染程度,比普通材料的路面更容易修补,还减少了路面维护费用。纳米材料在道路工程领域已被关注,随着我国科技更深入的研究,纳米材料在路基路面的应用将有着更广泛的发展前景。