纳米改性沥青改性剂及改性机理研究进展综述

纳米改性沥青改性剂及改性机理研究进展综述

程烽雷

（山东高速股份有限公司，山东济南250000）

摘要：本文从纳米材料改性剂种类、改性机理研究两方面概述了纳米改性沥青的改性效果。现有研究成果表明，相容性对改性沥青性能的发挥起着重要的作用，表面活化剂可以在一定程度上改善材料的相容性，但是如何寻找一种更好的方式进一步更好地改善材料之间的相容性以及分散稳定性将是未来的研究重点。

关键词：纳米材料；改性剂；改性机理；相容性；路用性能

1引言

沥青是由黑色或深色的碳氢化合物组成的复杂混合物，通常在基质沥青的基础上进行改性以提高路用性能。近年来，通过纳米材料来对沥青进行改性的纳米技术已逐渐被纳入改性沥青的领域。2006年8月，美国“胶结料纳米改性技术研讨会”上，开始将纳米改性沥青技术提升到应用层次。本文中，主要综述了纳米材料改性剂的种类改性效果及改性机理。

2、纳米材料改性剂现状

（1）纳米CaCO3

马峰[1-2]、刘大梁[3]通过将纳米碳酸钙加入到基质沥青中制备改性沥青，明显改善沥青的高温性能。Kebritchi[4]将聚合物材料包裹在纳米CaCO3表面制备新型改性剂，结果表明，改性沥青具有优良的力学性能。

（2）纳米ZnO

M.Arabani[5]、李雪峰[6]通过将纳米ZnO粒子添加到基质沥青后发现，改性沥青的低温抗裂性、抗老化性均有所提升。同时发现，当纳米ZnO粒子的掺量为8％时为最佳掺量。

（3）纳米Fe3O4

张金升[7-8]将纳米Fe3O4加入到基质沥青中对沥青进行改性，结果表明，沥青的高、低温性能均有所改善。此外，其通过表面活化材料对纳米Fe3O4进行表面活化处理，很好地解决了纳米Fe3O4与基质沥青之间的相容性。

（4）纳米TiO2

叶超[9]、孙式霜[10]研究结果表明，纳米TiO2改性沥青的低温延度、软化点得到改善、抗老化性能得到明显提升。HassanMarwaM，MohammadLouay[11]、JavadTanzadeh[12]等研究了纳米TiO2对改性沥青的性能影响，结果表明，纳米TiO2的添加可以减缓紫外线对改性沥青的老化作用。

（5）纳米蒙脱土

涂瓛[13]、王骁[14]、付玉[15]制备了纳米蒙脱土（MMT）改性沥青，研究认为，蒙脱土的含量小于3%时，改性沥青可以明显的改善沥青的高温稳定性和抗老化性能。黄维蓉[16]研究结果表明，MMT与基质沥青之间具有很好的相容性。

（6）纳米膨润土

徐攀[17]、冉龙飞[18]研究了纳米膨润土加入到基质沥青后改性沥青感温性能的变化，结果表明，膨润土掺量在5%-7%范围内改性沥青具有最佳的高、低温性能。

（7）纳米ZnO/SBS

李雪峰[19-20]、肖鹏[21]、马爱群[22]、康爱红[23]制备了纳米ZnO/SBS复合改性沥青，试验发现，纳米ZnO可充分改善SBS在基质沥青中的分散状态，提高复合改性沥青的高、低温性能以及抗老化性能。

（8）纳米SiO2/SBS

刘杉[24]、陈宪宏[25]将经表面化学修饰后的SiO2与丁苯橡胶混合后对基质沥青进行改性，试验证明，纳米SiO2的加入能够有效的提升沥青的温度稳定性，尤其是耐高温稳定性。

（9）纳米蒙脱土/SBS

唐新德[26-27]采人用熔融法制备了蒙脱土/SBS复合改性沥青，性能试验表明纳米蒙脱土的加入降低了沥青的针入度和延度，提高了沥青的软化点以及改善其抗老化性能。

（10）纳米CaCO3/橡胶粉

曾志煌[28]将制备的纳米CaCO3/橡胶粉改性剂加入到基质沥青中进行改性，试验结果表明纳米CaCO3/橡胶粉的加入能够有效改善复合改性沥青的感温性能。

3、改性机理研究现状

3.1相容性研究现状

目前，无机非金属纳米材料的表面活性剂（硅烷偶联剂等）和分散改性技术已相对成熟，使无机非金属纳米材料改性剂成为改性沥青相容性研究工作的热点。

3.2相容性研究方法及进展

（1）扫描电子显微镜分析

肖鹏[21][29]将纳米ZnO颗粒加入到SBS改性沥青中，结果表明，纳米ZnO颗粒的加入促进了SBS在沥青中的分散程度，提高SBS与沥青界面相的结合能力。此外，孙璐[30]也通过扫描电镜观察了纳米OMMT/SiO2复合改性沥青中的相容性，结果显示，加入纳米SiO2后OMMT与沥青介质之间的结合更紧密。由此可见，纳米材料的加入能够有效地提升了有机与无机之间的相容性。

（2）荧光显微分析

王骁[31]通过荧光显微分析法研究了纳米蒙脱土/SBS改性沥青中SBS的结构，结果表明，纳米蒙脱土的加入有效的改善了SBS在沥青中的分布状态，从而改善了改性沥青的微观结构。

（3）透射电子显微镜（TEM）分析

张金升[8]将经表面活化后的纳米Fe3O4颗粒加入到熔融的沥青中，实验发现，纳米Fe3O4颗粒的表面覆盖有一层厚度约为1~1.5nm的表面活性剂，能够与沥青很好的相容。

4、结论及展望

综上，相容性对改性沥青性能的发挥起着重要的作用，以上方法都只能通过图像从微观结构角度定性分析纳米粒子与沥青之间的相容性。虽然通过表面活化剂可以在一定程度上改善材料的相容性，但是如何寻找一种更好的方式进一步更好地改善材料之间的相容性以及分散稳定性将是未来的研究重点。

参考文献

[1]马峰.纳米碳酸钙改性沥青路用性能及改性机理研究[D].长安大学,2004.

[2]马峰,张超,傅珍.纳米碳酸钙改性沥青的DSC分析[J].郑州大学学报(工学版),2006,27(04):49-52.

[3]刘大梁,岳爱军,陈琳.纳米碳酸钙改性沥青及混合料性能研究[J].长沙交通学院学报,2004,20(04):70-72.

[4]KebritchiA,Jalali-AraniA,RoghanizadAA.Rheologicalbehaviorandpropertiesofbitumenmodifiedwithpolymericcoatedprecipitatedcalciumcarbonate.ConstructionandBuildingMaterials2011;25(6):2875-2882.

[5]MArabani,VShakeri,MSadeghnejad,etal.ExperimentalInvestigationofNanoZincOxideEffectonCreepComplianceofHotMixAsphalt[J].Bandar-Abbas.7thSymposiumonAdvancesinScienceandTechnology,Iran.2013,7.

[6]李雪峰.纳米ZnO/SBS改性沥青性能及共混机理研究[D].扬州大学硕士论文.2006.

[7]张金升,高友宾,李明田.纳米Fe3O4粒子对改性沥青三大指标的影响[J].山东交通学院报;2004,12(04):10-14.

[8]张金升,李志,李明田,等.纳米改性沥青相容性和分散稳定机理研究[J].公路,2006,08(08):142-146.

[9]叶超,陈华鑫,王闯.纳米二氧化钛改性沥青混合料路用性能研究[J].中外公路,2010,30(03):315-318.

[10]孙式霜,王彦敏.纳米TiO2改性沥青抗光老化性能研究[J].山东交通学院学报,2011,19(02):46-49.

[11]HassanMM,MohammadLN,CooperSB,etal.Evaluationofnano-titaniumdioxideadditiveonasphaltbinderagingproperties[J].TransportationResearchRecord:JournaloftheTransportationResearchBoard,2011,2207(1):11-15.

[12]JTanzadeh,FVahedi,PKheiry,etal.LaboratoryStudyontheEffectofNanoTiO2onRuttingPerformanceofAsphaltPavements[J].AdvancedMaterialsResearch.2012,(622-623):990-994.

[13]涂瓛,吴少鹏,韩君.纳米蒙脱土改性沥青老化性能研究[J].武汉理工大学学报,2009,23(19):20-23.

[14]王骁.纳米蒙脱土改性沥青及其混合料的流变特性研究[D].武汉:武汉理工大学,2010.

[15]付玉.纳米蒙脱土改性沥青及沥青混合料老化特性研究[D].武汉:武汉理工大学,2010.

[16]黄维蓉.纳米层状硅酸盐改性沥青相容性试验研究[J].路基工程,2010(3):49-51.

[17]徐攀,黄艳.纳米有机膨润土改性沥青的试验研究[J].山西建筑,2010,36(01):174-176.

[18]冉龙飞,何兆益,黄维蓉.纳米膨润土改性沥青SHRP路用性能研究[J].公路,2011,15(5):162-167.

[19]李雪峰,肖鹏.纳米ZnO/SBS改性沥青的研究[J].石油沥青,2006,20(5):15-20.

[20]李雪峰.纳米ZnO/SBS改性沥青性能及共混机理研究[D].扬州:扬州大学,2006.

[21]肖鹏,李雪峰.纳米ZnO/SBS改性沥青性能与机理的研究[J].公路交通科技,2007,24(6):12-16.

[22]马爱群,李雪峰.纳米氧化锌/SBS改性沥青及其混合料性能试验研究[J].中外公路,2009,29(5):218-221.

[23]康爱红,肖鹏,周鑫.纳米ZnO/SBS改性沥青储存稳定性及其机理分析[J].江苏大学学报(自然科学版),2010,31(4):412-416.

[24]刘杉.丁苯橡胶改性乳化沥青及其与纳米SiO2复合改性乳化沥青研究[D].湖南:湖南大学,2006.

[25]陈宪宏,刘杉,孙立夫.纳米SiO2与SBR复合改性乳化沥青的性能研究[J].橡胶工业,2007,54(6):337-340.

[26]唐新德,贺忠国,尹文君,等.纳米蒙脱土/SBS改性沥青及其改性机理研究[J].石油沥青,2008.22(6):10-13.

[27]唐新德,韩念凤,贺忠国,等.蒙脱土/SBS复合改性沥青性能研究[J].建筑材料学报,2010,13(4):550-554.

[28]曾志煌.纳米碳酸钙和橡胶粉复合改性沥青路用性能研究[D].广州:广东工业大学.2010.

[29]肖鹏,李雪峰.纳米ZnO/SBS改性沥青微观结构与共混机理[J].江苏大学学报(自然科学版),2006,27(6):548-551

[30]孙璐,辛宪涛,王鸿遥,顾文钧.多维数多尺度纳米材料改性沥青的微观机理[J].硅酸盐学报,2012,40(10):1437-1447

[31]王骁,余剑英,汪林,尤继中,王彦志.有机蒙脱土/SBS改性沥青的制备与性能研究[J].武汉理工大学学报,2007,29(09):81-83