纳米材料复合改性沥青性能研究

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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