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针对目前沥青道路使用过程中因沥青老化导致各种病害的现状,提出以纳米ZnO作为改性剂来改善道路沥青的抗老化性能。设计纳米ZnO改性沥青中纳米ZnO的掺量范围,进行了基质沥青和纳米ZnO改性沥青一系列性能测试试验,主要包括三大性能指标测试、动态剪切流变性能测试(DSR)、紫外光吸收测试、分层离析试验等,分析了改性沥青性能变化,探究其改性机理。结果表明,掺加纳米ZnO后,改性沥青的三大性能均得到不同程度的改善,表现为针入度降低,软化点上升,延度增大;抵抗应力应变能力增强,在温度升高时表现出一定的弹性恢复;紫外光吸收强度大幅提高,是基质沥青吸收强度的几倍;纳米ZnO与沥青相容性较好,并且确定纳米ZnO最适宜掺量为沥青质量的3%。进行沥青混合料马歇尔稳定度试验及浸水马歇尔试验,反映纳米ZnO对沥青混合料的高温稳定性和水稳定性的改善作用。对基质沥青及纳米ZnO改性沥青进行薄膜烘箱老化(TFOT)和室内加速紫外老化(UV)试验,结合三大性能指标试验,得出纳米ZnO能够提高沥青抗老化性能,尤其对抗UV老化效果明显。通过对基质沥青与改性沥青UV老化前后动态剪切流变性能及红外光谱测试,分析了纳米ZnO对沥青流变性能及官能团的影响,探究了改性沥青老化机理及纳米ZnO在沥青老化过程中的作用机理。结果显示:纳米ZnO能够使沥青在老化过程中表现出一定的粘性回复;纳米ZnO能够有效减少沥青老化过程中特征官能团指数的增量,减缓沥青老化进程。最后,为提高纳米ZnO在沥青中的分散均匀性,制备了氧化石墨烯及纳米ZnO-氧化石墨烯复合材料,进行SEM扫描电镜照片分析,并将复合材料引入基质沥青中进行分层离析试验。结果表明:氧化石墨烯是大量片层叠加的结构;纳米ZnO能够在氧化石墨烯片层结构中较均匀的分散;复合材料与沥青的相容性较好,可提高纳米ZnO在改性沥青中的分散性。