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纳米TiO?对沥青及沥青混合料老化性能影响的多维度探究

一、引言

1.1研究背景与意义

沥青作为一种有机胶结材料，广泛应用于道路工程中，是沥青路面的关键组成部分。然而，在实际使用过程中，沥青会受到多种因素的作用而发生老化现象。沥青老化是指沥青在热、氧、紫外线、水分以及交通荷载等因素的长期综合作用下，其化学组成和物理性能逐渐发生变化的过程。

老化后的沥青，其针入度减小、延度降低、软化点升高，表现出变硬、变脆的特性。这不仅会导致沥青与集料之间的粘附性下降，使沥青混合料的力学性能和耐久性降低，还会引发路面出现裂缝、坑槽、松散等病害，严重影响路面的使用性能和行车舒适性，缩短路面的使用寿命。据相关统计，因沥青老化引起的路面损坏，使得道路养护成本大幅增加，每年用于道路维修和养护的费用占据了交通基础设施建设总投资的相当大比例。

随着纳米技术的飞速发展，纳米材料因其独特的小尺寸效应、表面效应和量子隧道效应等，在众多领域展现出优异的性能和广阔的应用前景。纳米TiO?作为一种重要的纳米材料，具有较高的化学稳定性、良好的紫外线屏蔽性能以及优异的光催化活性。将纳米TiO?应用于沥青改性领域，有望改善沥青的老化性能。其紫外线屏蔽性能可以有效阻挡紫外线对沥青的辐射，减缓沥青因紫外线照射而发生的老化反应；光催化活性则能够促进沥青中老化产物的分解，恢复部分沥青的性能，从而提高沥青的抗老化能力。此外，纳米TiO?的小尺寸效应使其能够均匀分散在沥青中，与沥青分子形成良好的相互作用，进一步增强沥青的性能。

研究纳米TiO?对沥青及沥青混合料老化性能的影响，具有重要的现实意义。一方面，通过提高沥青及沥青混合料的抗老化性能，可以延长沥青路面的使用寿命，减少道路维修和养护的频率，降低交通基础设施的建设和运营成本，提高交通运输效率。另一方面，这有助于推动纳米材料在道路工程领域的应用，促进道路材料技术的创新和发展，为解决沥青路面老化问题提供新的思路和方法，对保障道路交通安全、提升道路服务水平具有积极的作用。

1.2国内外研究现状

国外对纳米TiO?改性沥青及混合料老化性能的研究开展较早。一些研究人员通过室内试验，分析了纳米TiO?掺量对沥青基本性能指标如针入度、延度和软化点在老化前后的变化影响。结果表明，适量添加纳米TiO?能在一定程度上改善沥青老化后的性能，延缓其性能劣化速度。在混合料方面，研究发现纳米TiO?改性后的沥青混合料在抗车辙、抗疲劳等性能上有一定提升，且老化后这些性能的保持率相对较高。此外，部分学者还利用先进的微观测试技术，如扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等，研究了纳米TiO?在沥青中的分散状态以及与沥青分子的相互作用机理，从微观层面揭示了纳米TiO?改善沥青及混合料老化性能的本质原因。

国内在该领域的研究也取得了丰富的成果。众多学者对纳米TiO?改性沥青的制备工艺进行了深入研究，通过优化制备方法，提高纳米TiO?在沥青中的分散均匀性和稳定性，从而增强其改性效果。在老化性能研究方面，不仅关注常规的老化试验，还结合不同地区的气候特点，开展了针对性的老化试验研究，如模拟高温、高湿、强紫外线等特殊环境下的老化试验。同时，国内研究人员还将纳米TiO?与其他改性剂如SBS、橡胶粉等复合使用，研究复合改性沥青及混合料的老化性能，发现复合改性能够产生协同效应，进一步提高沥青及混合料的抗老化性能。

然而，当前研究仍存在一些不足。一方面，对于纳米TiO?改性沥青及混合料老化性能的评价体系还不够完善，缺乏统一、全面的评价标准，不同研究之间的结果可比性较差。另一方面，虽然对纳米TiO?改善沥青及混合料老化性能的宏观表现有了一定认识，但在微观作用机理方面的研究还不够深入，纳米TiO?与沥青分子之间的化学反应过程、纳米TiO?在沥青老化过程中的具体作用机制等问题尚需进一步明确。此外，纳米TiO?改性沥青及混合料的大规模工程应用研究相对较少，在实际工程中的应用效果和长期性能有待进一步验证。

1.3研究内容与方法

本研究旨在系统地探究纳米TiO?对沥青及沥青混合料老化性能的影响，具体研究内容包括以下几个方面：

纳米TiO?改性沥青的制备与性能测试：选用合适的纳米TiO?和基质沥青，采用特定的制备工艺制备纳米TiO?改性沥青。对改性沥青进行常规性能指标测试，如针入度、延度、软化点等，分析纳米TiO?掺量对改性沥青基本性能的影响。

纳米TiO?对沥青老化性能的影响研究：分别进行沥青的紫外老化和热老化试验，通过老化前后沥青性能指标的变化，研究纳米TiO?对沥青抗紫外老化和热老化性能的影响。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、凝胶渗透色谱（GPC）等微观测试技术，分析老化过程中沥青化学结构和分子量分布的变化，揭示纳米Ti