酸雨条件下纳米二氧化钛对沥青混合料粘附与破坏行为的影响研究

《Scientific Reports》：Examining the impact of nano-titanium dioxide on the adhesion and failure behavior of asphalt mixtures in acid rain conditions

　　

摘要

本研究探讨了纳米 TiO?改性与环境 pH 条件对沥青混合料性能的综合影响，重点关注水敏感性、抗疲劳性能、低温开裂以及表面自由能 (SFE) 特性。纳米 TiO?以占结合料重量 5% 的固定剂量掺入沥青结合料中，该剂量是基于文献中报道的先前优化研究确定的。结果表明，纳米 TiO?改性显著提升了沥青混合料的整体性能。具体而言，在干燥条件下，疲劳寿命较对照混合料提高了约 45%。然而，在酸性暴露（pH 4）条件下，改性混合料和未改性混合料均表现出疲劳性能下降，尽管在所有环境条件下，纳米 TiO?改性混合料始终显示出比对照样品更高的抗疲劳能力。类似地，改性混合料也观察到了抗水性能和断裂性能的改善，尽管改善的幅度受环境 pH 的影响。SFE 分析进一步揭示，纳米 TiO?增强了结合料的内聚能分量和粘附能分量，而酸性条件会降低表面极性并减弱界面相互作用。总体而言，研究结果表明纳米 TiO?改性提高了沥青混合料的内在耐久性；然而，环境酸度在决定性能改善程度方面起着关键作用。这些结果强调了在评估纳米改性沥青体系的长期性能时，考虑环境暴露条件的重要性。