基于层状硅酸盐有机化技术的沥青纳米复合改性及其机理研究

Owing to the high wax content, poor adhesiveness, low ductility and high temperature sensitivity, the domestic asphalt can not satisfy the requirement of high performance road materials. So this research project proposes a new route to overcome these shortcomings of the domestic asphalt. Firstly, the organic layered silicate which is suitable for the formation of asphalt based nanocomposites is synthesized. Then, by using the organic layered silicate as the modifier for asphalt, layered silicate/asphalt organic-inorganic nanocomposite is prepared by proper methods. The relationship between the preparation techniques, composition, microstructures and properties of the nanocomposites is systematically studied. And the modification mechanisms of layered silicates is studied by means of computer simulation. The firt purpose of this project is to form the novel methods to synthesize the organic layerered silicate suitable for the asphalt based nanocomposites. The second purpose is to obtain the techniques to prepare the layered silicate/asphalt organic-inorganic nanocomposite. The last one to clarify the effect of layered silicates on the properties of asphalt on the molecular level. This study is of great importance for understanding the interaction mechanisms between the silicate layers and the molecules of asphalt.

针对沥青含蜡量高、粘结力差、延伸度差、温度敏感性大，不能满足高性能道路材料要求的现状,本项目提出首先合成适用于沥青基纳米复合材料的有机化层状硅酸盐,然后以其为改性剂，通过适当的方法制备层状硅酸盐/沥青有机无机纳米复合材料。系统研究层状硅酸盐/沥青有机无机纳米复合材料的制备工艺、组成、微观结构及性能之间的关系规律，并通过计算机模拟探讨层状硅酸盐对沥青的改性机理。旨在形成适用于沥青基纳米复合材料的有机化层状硅酸盐的新的合成方法；获得层状硅酸盐/沥青有机无机纳米复合材料的制备技术；从微观结构和分子层面阐明层状硅酸盐对沥青性能的影响。该课题的研究对于层状硅酸盐片层与沥青基体分子之间的相互作用机制的认识具有非常重要的科学意义。

1. 项目背景. 沥青是一种重要的路用建筑材料， 沥青混凝土路面具有水泥混凝土等路面所不具备的一系列优良性能。但是， 普通沥青由于自身分子量分布很宽，其组成和结构决定了沥青在高温时易软化，低温时易脆裂，故普通沥青难以满足现代交通的要求，必须对其进行改性以提高其使用性能。 尤其是我国的石油主要为石蜡基， 所产石油沥青感温性能较差，更需要对其进行改性，使之满足高等级公路及重要交通道路的要求。.2. 主要研究内容. 课题组在分析国内外对沥青改性方法的基础上，提出采用适用于沥青基体的有机化层状硅酸盐改性沥青。主要开展如下研究：层状硅酸盐的有机化方法、层状硅酸盐/沥青纳米复合材料的制备工艺研究、层状硅酸盐/沥青纳米复合材料组成、结构和性能之间的关系研究，以及层状硅酸盐对沥青的改性机理研究。.3.重要结果、关键数据及其科学意义. 通过研究，获得了不同层间距有机化层状硅酸盐对改性沥青的物理性能和路用性能（三大指标、高低温性能、流变性能及老化性能）；发现了层间距及不同类型层状硅酸盐掺量对改性沥青性能的影响规律；并通过红外光谱分析（FTIR）、X射线衍射（XRD）等手段研究了层状硅酸盐对沥青的改性机理。. 研究成果对于获得适用于沥青基体的有机化层状硅酸盐、实现纳米复合材料的高性能化具有指导意义；同时研究成果有助于进一步认识沥青与层状硅酸盐片层之间的相互作用机制， 从而为开发新型高性能纳米复合材料提供理论指导。