933
Дорога руйнується не лише через вагу транспорту, спеку й мороз. Хімія води також впливає на зв’язок між бітумом та кам’яним заповнювачем. Нове дослідження перевірило, чи може нанодіоксид титану покращити поведінку асфальтобетонної суміші в умовах, що імітують кислотні опади.
Nano-TiO2 додавали до бітумного в’яжучого у фіксованій кількості 5% від маси в’яжучого.
Потім модифікований і звичайний матеріал перевіряли за чутливість до вологи, втомну стійкість, низькотемпературне тріщиноутворення та поверхневу вільну енергію.
Як перевіряли асфальт у різних умовах із різною кислотністю
У сухих умовах суміш із nano-TiO₂ мала приблизно на 45% довший ресурс до втомного руйнування, ніж контрольна суміш.
Покращення також спостерігали в вологостійкість і поведінку при руйнуванні.
Однак кислотне середовище з pH 4 погіршувало втомні характеристики як модифікованої, так і звичайної суміші.
Навіть після такого впливу суміші з nano-TiO₂ зберігали вищу втомну стійкість, ніж контрольні зразки за тих самих умов.
Чому кислотність усе одно залишилася проблемою
Аналіз поверхневої вільної енергії показав, що нанодобавка підвищує когезійну та адгезійну складові енергії в’яжучого.
Кисле середовище, навпаки, зменшували полярність поверхні й послаблювали міжфазні взаємодії між компонентами асфальту.
Отже, наномодифікація підвищила власну довговічність матеріалу, але не зробила його нечутливим до хімічного середовища.
Автори наголошують, що оцінювати нові модифікатори асфальту потрібно не лише в стандартних лабораторних умовах, а й з урахуванням реального pH опадів і води, з якими дорожнє покриття контактує роками.
Дослідники використовували кілька типів лабораторного кондиціонування, щоб окремо оцінити дію вологи та кислого середовища. Це дозволило побачити, які властивості покращує nano-TiO₂ і які механізми залишаються слабкими.
Ресурс до втомного руйнування описує кількість повторних навантажень, яку суміш витримує до руйнування. Саме тому приріст приблизно на 45% у сухому стані є суттєвим для довговічності покриття.
Nano-TiO2 також змінює межу контакту між бітумом і мінеральним заповнювачем, підвищуючи енергію adhesion та cohesion. Це допомагає пояснити покращення вологостійкість.
Кисле середовище все одно зменшувало міжфазне зчеплення, тому нанодобавка працює як підсилення матеріалу, а не як повний захист від хімічної деградації.
Джерело: Scientific Reports / Nature
