nano-SiC改性瀝青抗老化性能研究

【中圖分類號】：U414 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2025）05-56-05

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.05.013

Study on the Aging Resistance of nano-SiC Modified Asphalt

ZHEN Shaohua，CHUO Eryong，LIU Lu，WANG Yibao，JI Yuping （Tianjin TransportationResearch Institute，Tianjin 3Oo3OO，China）

【Abstract】 ∵ The short-term and long-term aging of base asphalt and nano SiC modified asphalt with massfraction of 2% ， （20 4% ， 6% and 8% respectively were carried out by rotating film oven aging test （RTFOT） and pressure aging test（PAV）.The anti-aging performance and optimal content of nano SiC modified asphalt were studied by three indicators （penetration，softening point and ductility） test，DSR test and BBR test before and after aging.The final resultsindicate that nano SiCcan improvethe high-temperature stabilityof asphalt，but it is detrimental to the low-temperature crack resistance of asphalt.The three index test resultsand high and low temperature rheological test results show that when the mass fraction of nano SiC is 6% ，the anti-aging performance of asphalt is improved the most.

【Key words】： modified asphalt；nano-silicon carbide ;anti aging performance

瀝青路面始終存在瀝青老化和耐久性不足的問題～2]。瀝青混合料在拌和、攤鋪和碾壓時會發(fā)生短期熱氧老化，瀝青路面在使用過程中也會持續(xù)發(fā)生紫外老化，微觀上瀝青發(fā)生蒸發(fā)、氧化、脫氫、分解等物理化學變化，宏觀上路面產(chǎn)生老化病害。有些學者通過在瀝青中添加改性劑來提升瀝青的抗老化性能。

納米材料具有體積更小、擴散率高和相容性好等諸多優(yōu)點；因此，學者們研究了納米材料對瀝青性能的影響。李增杰等和孫杰分別采用薄膜老化試驗（以下簡稱RTFOT試驗）和壓力老化試驗（以下簡稱PAV試驗）模擬瀝青的短期老化和長期老化，研究nano-CaCO₃ 對瀝青抗老化性能的影響，發(fā)現(xiàn) 能夠明顯提高基質(zhì)瀝青的抗老化性能。無機非金屬材料nano-SiC廣泛應(yīng)用于各種復合材料領(lǐng)域，也有學者將其當作一種瀝青改性劑研究nano-SiC改性瀝青的高溫穩(wěn)定性，結(jié)果5～表明，在基質(zhì)瀝青中摻人一定量的nano-SiC能夠有效提升瀝青的高溫穩(wěn)定性。目前，國內(nèi)外很少學者對nano-SiC改性瀝青的抗老化性能進行研究。本文著重研究了nano-SiC改性瀝青的抗老化性能。

1材料與方法

1.1原材料

試驗選用瀝青為湖南岳陽長煉瀝青公司生產(chǎn)的A-70基質(zhì)瀝青，nano-SiC粒徑為 100nm 見表1和表2。

表1瀝青的物理性能

表2nano-SiC的主要技術(shù)指標

1.2三大指標性能試驗

按照JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合 料試驗規(guī)程》中的T0604—2011、T0605—2011和 T0606一2011相關(guān)規(guī)程進行瀝青的三大指標針入度 0 25^°C 延度 （5^°C） 、軟化點測試。

1.3動態(tài)剪切流變（DSR）試驗

采用高精度流變儀以應(yīng)變控制進行DSR試驗，研究nano-SiC改性瀝青老化前后的高溫性能，應(yīng)變值γ=12% ，頻率 w=10rad/s ，試樣直徑為 25mm ，試樣厚度為 1mm ，試驗溫度為 60°C ，結(jié)果包括相位角 δ 、復數(shù)剪切模量 G^* 及車轍因子 G^*/sinδ 。

1.4彎曲蠕變勁度（BBR）試驗

采用BBR-TE型設(shè)備在不同溫度下 （-18，-12^°C ）進行BBR試驗，研究nano-SiC改性瀝青老化前后的低溫流變特性，加載時間為 240s ，測定其彎曲蠕變勁度模量S和蠕變速率 m 。

1.5傅里葉變換紅外光譜（FTIR）試驗

采用TENSOR27型紅外光譜儀進行FTIR試驗。取 100～200mg 的溴化鉀粉末充分碾磨，用FW-4A型粉末壓片機壓成均勻透明薄片，然后制備三氯乙烯-改性瀝青溶液，用針管將 1mL 的溶液滴在溴化鉀薄片上，待三氯乙烯揮發(fā)后，進行FTIR試驗。

2結(jié)果與討論

2.1老化前后物理性能

分別對老化前后的基質(zhì)瀝青和摻量為 2%.4% 、6%.8% nano-SiC的改性瀝青進行針人度、延度、軟化點性能測試。結(jié)果表明，相較于基質(zhì)瀝青，nano-SiC改性瀝青具有更高的軟化點，更低的針人度和延度，nano-SiC摻量越大，這種差異越顯著;nano-SiC改性瀝青自身的針入度和延度隨著老化程度的加深逐漸減小，而軟化點與之相反，則會隨著老化程度的加深逐漸增大。見圖1。

基質(zhì)瀝青和nano-SiC改性瀝青長期老化后的PAI，SAI 和 DAI 均明顯大于短期老化后的 PAI，SAI 和DAI nano-SiC改性瀝青短期老化 DAI 值變化不明顯， PAI，SAI 值變化趨勢類似；基質(zhì)瀝青 PAI，SAI 值較大。無論是短期老化還是長期老化，當nano-SiC的摻量從0增加到 6% 時， PAI，SAI 逐漸降低，由 6% 增加到8% 時， PAI，SAI 值明顯增大，說明nano-SiC改性瀝青抗老化性能最佳的摻量為 6% 。

2.2老化前后高溫流變特性

為研究老化前后的流變特性，對基質(zhì)瀝青和摻量為 2%4%6%8% 的nano-SiC改性瀝青分別進行DSR試驗。SABOON等研究表明， 60°C 的車轍因子 G^*/sinδ 更能反映路面的高溫情況，與實際環(huán)境更具有相關(guān)性，因此在 60^°C 環(huán)境下進行試驗。見圖3。

圖3老化前后的 $6 0 ～ ＼textcircled { ＼times } ～ G ^ { ＼star }$ /sin δ

基質(zhì)瀝青與nano-SiC改性瀝青的 G^*/sinδ 均隨老化程度的加深逐漸增大，即抗車轍性能隨老化程度加深而提高；隨著nano-SiC摻量的增加， G^*/sinδ 有一定幅度的增大，未老化時摻入量為 2%4%.6%.8% 的nano-SiC改性瀝青 G^*/sinδ 較基質(zhì)瀝青增幅為 9.0% ！18.4%.23.2%.28.0% ，短期老化后增幅分別為 7.8% 、15.7%.17.6%.25.5% ，長期老化后增幅分別為 4.2% /6.7%9.2%14.3% □

采用老化前化后的 G^*/sinδ 比值RFAI來評價nano-SiC改性瀝青的抗老化性能。

RFAI越接近1，瀝青的抗老化性能越好；RFAI越小，瀝青老化程度越嚴重，抗老化性能越差。見圖4。

無論是基質(zhì)瀝青還是nano-SiC改性瀝青，長期老化的RFAI均低于短期老化；此外，無論是短期老化還是長期老化，nano-SiC改性瀝青的RFAI均高于基質(zhì)瀝青，說明摻加nano-SiC可以提高瀝青的抗老化性能，不同摻量nano-SiC改性瀝青的短期老化與長期老化RFAI值變化趨勢基本一致，無論是短期老化還是長期老化，當nano-SiC摻量達到 6% 時，RFAI最大，當摻量繼續(xù)增加時RFAI開始降低，說明當nano-SiC摻量為 6% 時瀝青抗老化性能最佳。

2.3老化前后低溫流變特性

通過BBR試驗研究 -12.-18^°C 條件下老化前后的低溫流變特性。曲蠕變勁度模量S值越大，瀝青的低溫性能越差；蠕變速率 m 值越大，瀝青對溫度應(yīng)力的消散能力越強。見圖5和圖6。

無論是短期老化后的還是長期老化后的基質(zhì)瀝青和nano-SiC改性瀝青與未老化的瀝青相比 s 值均增大， m 值均減小，表明瀝青老化后低溫抗裂性能變差；另外，隨著nano-SiC摻量增加，nano-SiC改性瀝青的 s 值明顯增大， m 值明顯減小，說明nano-SiC的摻入對瀝青的低溫性能有不利影響。

采用勁度模量變化率SMAI表征nano-SiC改性瀝青的抗老化性能，。

SMAI越小，瀝青的抗老化性能越好；SMAI越大，瀝青的抗老化性能越差。見圖7。

圖7不同溫度下的勁度模量變化率

長期老化后的SMAI值明顯高于短期老化后的SMAI值， -12°C 下的SMAI值高于 -18^°C 的SMAI值，nano-SiC改性瀝青的SMAI值低于基質(zhì)瀝青的SMAI值，表明nano-SiC可以提高瀝青的抗老化性能。不同摻量的nano-SiC改性瀝青在同一溫度下SMAI值變化趨勢基本一致，隨著摻量增加，SMAI值先減小后增大，以 -12°C 時的長期老化試驗結(jié)果的SMAI值為例，nano-SiC摻量分別由 0% 增大到 2%2% 增大到 4% 、4% 增大到 6% 時， SMAI 值分別減小 9.4%，6.4%，6.8% 但當摻量由 6% 增大到 8% 時， SMAI 值反而上升 1.4% ，表明當nano-SiC摻量為 6% 時改性瀝青抗老化性能最好，這與三大指標試驗以及高溫流變試驗結(jié)果一致。

3結(jié)論

1）RTFOT短期老化或者PAV長期老化會導致nano-SiC改性瀝青的針人度和延度值降低，軟化點升高；相同老化條件下，nano-SiC改性瀝青的 PAI，SAI， DAI、VAI均比基質(zhì)瀝青低，nano-SiC摻量為 6% 時的改性瀝青抗老化性能最佳。

2）nano-SiC改性瀝青的 G^*/sinδ 與 s 較基質(zhì)瀝青更大，摻入nano-SiC對瀝青的高溫穩(wěn)定性有利，對低溫抗裂性不利。

3）nano-SiC能夠提高瀝青的抗老化性能。

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