納米粒子／聚合物改性瀝青研究進展

柴玉婷

（寧夏公路勘察設(shè)計院有限責任公司， 寧夏 銀川 750011）

聚合物改性瀝青由于具有良好的高低溫性能，尤其是其混合料抗車轍能力較好，被普遍應(yīng)用于公路工程。但是，聚合物改性瀝青又存在著熱儲存穩(wěn)定性差，在存儲和使用過程中易發(fā)生降解或離析等不足。而納米材料改性瀝青以獨特的納米效應(yīng)改善瀝青的各項性能，如高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗疲勞性、摩擦性能（防滑性能）、抗老化性等。研究人員便考慮將納米材料和聚合物結(jié)合來改善瀝青的性能。因此，納米粒子／聚合物改性瀝青便成為瀝青材料研究的熱點和前沿，它正在成為交通材料研究和應(yīng)用的新的經(jīng)濟增長點。本文將對納米粒子／聚合物改性瀝青的研究狀況和進展進行綜述，同時總結(jié)規(guī)律，歸納出納米粒子／聚合物改性瀝青的基本制備方法，并對這一領(lǐng)域的研究前景進行深刻展望。

1 納米粒子／聚合物改性瀝青研究現(xiàn)狀

納米粒子／聚合物改性瀝青是在聚合物改性瀝青的基礎(chǔ)上，通過進一步加入無機納米顆粒，其目的在于進一步提高聚合物改性瀝青各項指標。常用的聚合物有 SBS、SBR、PE 等。常用的納米改性材料有納米ZnO、納米TiO2、納米CaCO3、納米Fe3O4、納米SiO2、納米硅酸鹽、碳納米管等材料。

1.1 納米ZnO/聚合物復合改性瀝青

肖鵬［1］等人研究表明納米ZnO/SBS改性瀝青可以充分發(fā)揮納米ZnO比表面積大，表面自由能大和分散效果好等特點，使SBS在瀝青中分散更均勻，改性瀝青的宏觀綜合性能也得到了大幅度的提高。楊晨光［2］等采用攪拌和高速剪切法制得的納米ZnO/橡膠粉改性瀝青可以很好發(fā)揮納米ZnO的特點，改善橡膠粉在瀝青中的分散效果,從而明顯的改善了改性瀝青的各項性能(特別是高低溫性能)。

1.2 納米 SiO2/聚合物復合改性瀝青

孔德勝［3］等研究結(jié)果表明納米SiO2/POE顯著提高了基質(zhì)瀝青的軟化點、粘度和延度，降低了針入度。SiO2/POE復合改性瀝青混合料具有優(yōu)良的抗車轍能力、低溫抗裂、耐疲勞及水穩(wěn)定等性能。王迪［4］等指出，納米SiO2/POE復合改性瀝青可以充分發(fā)揮納米顆粒和POE兩種材料優(yōu)良的改性效果，大幅提升道路石油瀝青的高低溫和耐老化等路用性能。

1.3 納米CaCO3 /聚合物復合改性瀝青

趙寶?。?］等研究結(jié)果表明，納米CaCO3/SBR復合改性瀝青具有良好的高溫性能和低溫性能，加入納米CaCO3有效改善了SBR在基質(zhì)瀝青中的分散效果，提高了SBR與瀝青界面相的結(jié)合能力。孫培［6］等研究表明納米CaCO3/SBR復合改性瀝能明顯改善瀝青的軟化點、當量軟化點、粘度、抗車轍因子等性能；CaCO3/SBR復合改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度、流變次數(shù)Fn、流變時間Ft等也得到了明顯的提高。

1.4 納米TiO2 /SBS復合改性瀝青

葉超［7］等人研制得到的 TiO2/SBS復合改性瀝青高溫性能較好，且納米 TiO2復合改性瀝青混合料的抗車轍因子變大，疲勞因子變化很小。陳正偉［8］等人發(fā)現(xiàn)復合改性瀝青與基質(zhì)瀝青相比具有很強的高溫抗車轍能力，在溫度達到88℃時仍能滿足規(guī)范的要求,低溫性能有明顯提高，抗老化性能也有顯著提高。

1.5 碳納米管/SBS復合改性瀝青

肖學良［9］等表示，碳管可以提高SBS改性瀝青的軟化點、黏度,提升高溫流變性能和抗紫外老化性能，而對延度和低溫蠕變性能基本無影響。張曉航［10］發(fā)現(xiàn)碳納米管/橡膠對瀝青的針入度、軟化點、黏度改善效果明顯；碳納米管/橡膠改性瀝青的抗車轍因子更高，相位角更小，在剪切荷載作用下具備更多的彈性成分；碳納米管/橡膠對瀝青高溫性能的提升更為顯著。

1.6 納米層狀硅酸鹽／SBS復合改性瀝青

唐新德［11］等人研究結(jié)果顯示，在瀝青中加人納米蒙脫土／SBS復合材料不但明顯改善瀝青的韌性、強度與熱穩(wěn)定性，而且保持了瀝青剛性和強度。郭乃勝［12］研究結(jié)果表明，添加NOMMT既增強SBS改性瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，也顯著提高其抗老化性能。

1.7 納米硫/SBS復合改性瀝青

李宇軒［13］等發(fā)現(xiàn)納米硫能改善 SBS改性瀝青的高溫性能，當納米硫摻量為0.1%時，線型SBS改性瀝青軟化點可提高13.1%，星型SBS改性瀝青軟化點可提高23.4%；納米硫/SBS復合改性瀝青的拌和溫度和壓實溫度較普通SBS改性瀝青提高5℃-10℃。

2 納米粒子/聚合物改性瀝青的制備

目前改性瀝青的改性方法有很多，如母體法、剪切法、溶劑法等。文獻中常見的納米粒子/聚合物改性瀝青的制備方法是采用先機械攪拌再高速剪切的方法進行改性瀝青的制備。具體為，首先將基質(zhì)瀝青加熱150 ℃左右，加入適量的聚合物改性劑溶脹一定時間，使其充分溶脹；然后在一定的剪切速率下下高速剪切一定時間，接著加入納米顆粒剪切一定時間；最后在150-170℃條件下發(fā)育1-2h即得到目標納米粒子/聚合物改性瀝青。不同的聚合物和納米粒子具體操作過程中有差異。

3 納米粒子／聚合物改性瀝青的研究展望

進一步系統(tǒng)探究納米材料與聚合物改性瀝青的方法和反應(yīng)機理，以求提升瀝青及瀝青混合料的性能。深入開展納米材料／高分子復合改性瀝青的工程應(yīng)用性研究，以提高復合瀝青的路用性能。