碳纳米管-聚合物复合改性沥青基本性能研究.docx

       碳纳米管/聚合物复合改性沥青基本性能研究                     摘要：SBS改性沥青以其优异的使用性能和成熟的制备工艺,成为目前使用最广泛的聚合物改性沥青,但现有技术却无法满足人们对高性能低成本技术的迫切需求碳纳米管(CNTs),作为一种纳米材料,以它为添加剂合成的复合材料在很多方面有着优异的性能而以碳纳米管(CNTs)为添加剂合成的CNTs/SBS复合改性沥青更是比普通改性沥青的性能提高了很多为了研究碳纳米管对沥青基本性能的影响,制备SBS、Ⅰ型CNTs/SBS、Ⅱ型CNTs/SBS三种改性沥青，并分别测试各掺量改性沥青的相关性能关键词：SBS；碳纳米管；复合改性沥青1引言本文所研究的碳纳米管/聚合物复合改性沥青是以纳米材料复合SBS为改性剂的改性沥青上个世纪八十年代纳米技术的飞速发展，由于纳米材料在其结构上的尺寸显影和量子效应，宏观上表现对物理性能有较大的改善能力，使得纳米材料有了不可预估的应用价值，更多的人开始关注和重视纳米材料开始尝试将纳米材料应用于各个领域，碳纳米管/聚合物复合改性沥青是将纳米材料引用于交通材料领域的一种新型改性沥青类型本文所采用的改性材料为碳纳米管，是继C60之后发现的碳的又一种同素异形体，其径向尺寸较小。

管的外径一般在几纳米到几十纳米，管的内径更小，有的只有1nm左右，长度一般在微米级，长度和直径比比较大，碳纳米管的独特结构决定了它具有许多特殊的物理和化学性质，本文主要研究碳纳米管/SBS复合改性沥青的基础性能，为后续研究碳纳米管/聚合物复合改性沥青混合料做铺垫2.1试验原材料本次试验采用的基质沥青为齐鲁70#道路石油沥青，改性剂选用SBS(791-H)和碳纳米管，稳定剂为硫磺类粉末样品按照规范要求，对试验用基质沥青进行了各指标测定，均达到技术标准，技术指标试验结果及实验方法如表1所示表1基质沥青基本指标指标单位试验结果技术要求针入度（25℃）0.1mm6560~80软化点℃46.5>46延度（5℃）cm23.4>202.2改性沥青制备过程改性沥青的制备使用电子秤、电磁炉、温度计、高速剪切机和搅拌机在此次试验中，CNTs/SBS改性沥青的制备温度一般保持在175℃左右制备流程：（1）首先称取规定质量的基质沥青、SBS改性剂、碳纳米管和稳定剂；（2）将SBS经工艺加工成粉状，规定掺量的Ⅰ型CNTs和SBS改性剂在干净烧杯中搅拌均匀，待基质沥青温度达到规定温度后，缓慢将混合后的CNTs和SBS改性剂加入至基质沥青中（先加入Ⅱ型CNTs，再将SBS改性剂加入至基质沥青中），打开剪切机，并调整转速，开始剪切机转速为2500rad/min,温度保持在175℃；（3）待改性剂全部加入基质沥青中，剪切机转速升至3500rad/min,以此状态持续剪切60min；剪切完成后进行改性沥青搅拌，搅拌过程中缓慢加入稳定剂，试验温度仍为175℃，搅拌1.5h。

3改性沥青的性能研究三大指标是测定改性沥青性能的关键技术指标软化点是表征沥青粘度的指标，是沥青从粘塑状态转变为粘流状态的临界温度，反应了沥青的粘度软化点经常用来评价沥青的高温性能，一般认为软化点越高，则其等温粘度越高，高温稳定性也随之越好延度是评价沥青低温性能的指标，而且操作简单直观延度反应沥青的条件延性沥青的延性是受外力的拉伸作用时所能承受的塑性变形能力延度越大，沥青的柔韧性越好低温下延度越大，沥青的抗裂性越好针入度侧面反应沥青在某一特定温度下的粘度特性，测定的是沥青的稠度通常认为针入度越小，沥青的稠度越高，而且沥青越硬；反之，针入度越大，沥青的稠度越低，而且沥青越软沥青的针入度、软化点、延度试验结果见表2表2沥青三大指标试验结果沥青类型针入度/0.1mm软化点/℃延度/cm基质沥青65.046.523.4SBS3.5%68.569.932.0SBS3.5%+Ⅰ型0.5%63.057.944.2SBS3.5%+Ⅱ型3.5%66.183.341.73.1针入度试验及结果针入度是沥青的主要质量指标之一是表示沥青软硬程度和稠度、抵抗剪切破坏的能力，反映了一定条件下沥青的相对粘度的指标考虑到不同改性剂不同参量下的沥青试验针入度指标的变化情况，以0.5%的Ⅰ型、3.5%的Ⅱ型和3.5%的SBS对基质沥青进行改性，测量改性后的沥青的针入度指标。

由表2可知，在掺入碳纳米管后，相对于SBS改性沥青，两种类型的CNTs/SBS改性沥青针入度都降低针入度侧面反应沥青在某一特定温度下的粘度特性，测定的是沥青的稠度针入度越小，沥青的稠度越高，而且沥青越硬；反之，针入度越大，沥青的稠度越低，而且沥青越软3.2软化点试验及结果沥青软化点为沥青试件受热软化而下垂时的温度，在一定程度上可以反应试验沥青的温度稳定性按照试验规范，进行不同改性剂掺量试样沥青的软化点测定同样地，分别测定了两种类型碳纳米管和SBS对基质沥青进行单独改性和混合改性的沥青试验软化点指标由表2可知，软化点经常用来评价沥青的高温性能，相比于基质沥青，改性沥青的软化点都变升高Ⅰ型碳纳米管/SBS改性沥青软化点相对于SBS改性沥青软化点相对降低，Ⅱ型碳纳米管/SBS改性沥青软化点升高，一般认为软化点越高，则其等温粘度越高，高温稳定性也随之越好3.3延度试验及结果延度作为评定沥青塑性的重要指标，延度越大，表明沥青的塑性越好考察不同改性剂掺量下的沥青式样延度变化指标变化情况，测定方法参考规范，基质沥青试验温度为5℃，加入改性剂试样的试验温度为5℃，拉伸速度为5+0.25cm/min，得到的试验结果如表2。

由表2可知，延度是评价沥青低温性能的指标，反应沥青的条件延性，沥青的延性是受外力的拉伸作用时所能承受的塑性变形能力在掺入纳米材料后，相对于基质沥青，改性沥青的延度显著增加，相对于单一SBS改性剂，掺入碳纳米管的复合改性沥青延度明显增加，延度延度越大，沥青的柔韧性越好低温下延度越大，沥青的抗裂性越好4结论（1）针入度侧面反应沥青在某一特定温度下的粘度特性，测定的是沥青的稠度掺入碳纳米管后的CNTs/SBS改性沥青针入度降低，沥青的稠度越高，而且沥青越硬0.5%Ⅰ型CNTs/SBS的改性沥青和3.5%Ⅱ型/SBS的改性沥青粘滞性明显提高2）软化点用于评价沥青的高温性能，一般认为软化点越高，则其等温粘度越高，高温稳定性也随之越好3.5%Ⅱ型/SBS的改性沥青的软化点变高说明该改性沥青的高温性能相对优异3）延度是评价沥青低温性能的指标，沥青的延性是受外力的拉伸作用时所能承受的塑性变形能力延度越大，沥青的柔韧性越好低温下延度越大，沥青的抗裂性越好掺入CNTs后，复合改性沥青的延度都增加，说明沥青的低温抗裂性变好，0.5%的Ⅰ型CNTs/SBS的改性沥青延度较大，则说明具有更好的低温性能参考文献：[1] 姚鸿儒，周帅，王仕峰，等. 胶粉稳定苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物改性沥青的结构与性能[J]. 合成橡胶工业，2015，06：461-465.[2] 王仕峰，吴晓羽，杨思远，等. 嵌入式胶粉复合SBS改性沥青的结构与性能[J]. 建筑材料学报，2016，03：534-538.[3] 王明，刘黎萍，罗东. 纳米尺度沥青微观结构特征演化分析[J]. 中国公路学报，2017，01：10-16.[4] 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)，2010，04：412-416. -全文完-。