【摘要】：納米技術(shù)的普及為道路學(xué)者提供了新的路面材料設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)的方向,使得納米改性劑與納米級(jí)微觀表征方法在路面工程得到了廣泛的應(yīng)用。本文選擇了不同長(zhǎng)徑比的三種多壁碳納米管(GT300,GT350,GT400)作為研究對(duì)象,采用高速剪切的制備方法(5000轉(zhuǎn),180℃,30分鐘)制備了不同摻量(0.5wt%,1.5wt%,2.5wt%)的三種MWCNTs改性瀝青,分析不同MWCNTs對(duì)改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性、基本物理性質(zhì)、溫度敏感性以及高溫流變性的影響,并采用微觀表征方法對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)與作用機(jī)理進(jìn)行了研究。最后,評(píng)價(jià)了MWCNTs改性瀝青混合料的基礎(chǔ)路用性能與熱電特性。首先,通過聚合物改性瀝青的離析試驗(yàn),評(píng)價(jià)了不同摻量下三種MWCNTs改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性,并對(duì)其軟化點(diǎn)、針入度、延度以及旋轉(zhuǎn)黏度等指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試,并分析了MWCNTs摻量與尺寸對(duì)瀝青性質(zhì)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,MWCNTs的加入明顯提升了瀝青的高溫穩(wěn)定性與黏稠度,但削弱了其低溫下的變形能力,影響MWCNTs改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性與物理性質(zhì)的主要因素為MWCNTs的摻量與長(zhǎng)度。GT300改性瀝青在0.5wt%時(shí),離析指數(shù)SI最小,而GT400與GT350(長(zhǎng)度相同,半徑不同)改性瀝青在1.5wt%時(shí),離析指數(shù)SI最小,且兩者物理性能隨摻量有類似的變化趨勢(shì)。此外,短粗型的MWCNTs在高溫區(qū)間(130℃)減小瀝青溫度敏感性的效果更好,在中溫區(qū),少量(0.5wt%)的MWCNTs未起到改善感溫性的預(yù)期。對(duì)比溫度掃描與多應(yīng)力蠕變恢復(fù)試驗(yàn)的相關(guān)指標(biāo):動(dòng)態(tài)模量,相位角,車轍因子,不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃恳约叭渥兓謴?fù)率,兩種MWCNTs改性瀝青的高溫性能均得到改善,抗永久變形能力大幅提升。而細(xì)長(zhǎng)型MWCNTs(GT300)的動(dòng)態(tài)剪切模量未隨摻量的增加而變化,0.5wt%的MWCNTs的改性效果已經(jīng)達(dá)到“飽和”,短粗型MWCNTs的最佳摻量在1.5wt%。MWCNTs的加入增強(qiáng)了瀝青的非線性粘彈性行為,且與MWCNTs摻量,MWCNTs長(zhǎng)徑比正相關(guān)。其次,根據(jù)X射線衍射以及拉曼光譜兩種微觀表征試驗(yàn)的結(jié)果,在XRD圖譜中沒有發(fā)現(xiàn)新的物相,說明MWCNTs與瀝青混合后,沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng),其改性機(jī)理僅為物理共混,并且MWCNTs/瀝青復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)(瀝青質(zhì)與MWCNTs石墨原子層)層間距都隨著MWCNTs摻量的增加而逐漸變大,說明MWCNTs與瀝青的相互作用增強(qiáng)。此外,通過比較兩種改性瀝青拉曼特征峰的變化發(fā)現(xiàn),GT400改性瀝青的D模和G模強(qiáng)度隨MWCNTs的摻量線性增大,而GT300改性瀝青的線性相關(guān)性較差,說明GT400MWCNTs在瀝青中的分散更加均勻。當(dāng)MWCNTs的摻量超過1.5wt%時(shí),檢測(cè)到了MWCNTs的無序性增強(qiáng)(I_D/I_G增大),說明過量的MWCNTs無法與瀝青很好地結(jié)合,而傾向于相互纏繞和團(tuán)聚。最后,根據(jù)MWCNTs改性瀝青的試驗(yàn)結(jié)果與分析,選擇添加量為1.5wt%的GT400MWCNTs改性瀝青,在瀝青含量與級(jí)配類型都一樣的情況下,對(duì)普通瀝青混合料與MWCNTs改性瀝青混合料的基礎(chǔ)路用性能與熱電性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了MWCNTs改性瀝青高溫穩(wěn)定性增強(qiáng)的結(jié)論,而其低溫抗裂性與普通瀝青混合料相比沒有明顯的差異。此外,MWCNTs改性瀝青混合料的熱電動(dòng)勢(shì)率僅有微弱的提升,而導(dǎo)熱性明顯地增強(qiáng)。
【圖文】：

圖 1-1 說明了不同研究尺度下，所對(duì)應(yīng)的瀝青混凝土研究?jī)?nèi)容，如從從宏觀的足度試驗(yàn)段，到室內(nèi)混凝土試件的尺度，再到微觀、納米級(jí)、量子尺度的演變[7]。瀝青料微觀結(jié)構(gòu)的變化直接影響瀝青混凝土的宏觀性質(zhì)，納米改性瀝青為道路研究人員提了優(yōu)于其他瀝青改性方式的新思路。

圖 1-3 CNTs/SBS 復(fù)合改性瀝青的 AFM 測(cè)試結(jié)果[35]微觀表征方法為評(píng)估納米改性瀝青的性能是否達(dá)到預(yù)期，僅適用宏觀的試驗(yàn)設(shè)備不足以深入米材料改性瀝青的微觀結(jié)構(gòu)和改性機(jī)理，以及區(qū)分不同納米材料之間的差別。為要引入相應(yīng)的納米級(jí)微觀表征測(cè)試手段。目前，，應(yīng)用在納米材料改性瀝青的微觀表征試驗(yàn)方法主要有微觀機(jī)械性能的測(cè)原子力顯微鏡（AtomicForce Microscope，AFM）、納米壓痕（Nano Indentation）譜學(xué)技術(shù)，如紅外光譜（transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）、拉曼光譜（Raectra）、X 射線衍射（X-ray diffraction，XRD）等；光學(xué)顯微技術(shù)（以電子為光掃描電子顯微鏡（ScanningElectronMicroscope，SEM）和透射電子顯微鏡（Transmictron Microscopy，TEM）。以下為幾種典型的微觀表征方法：（1）X 射線衍射
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U414

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