纳米改性沥青材料组成设计与性能试验
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外路面纳米改性沥青研究现状 2
1.3 研究的主要内容与技术路线 4
2 基质沥青三大指标检测分析 5
2.1 针入度检测分析 5
2.2 延度检测分析 7
2.3 软化点检测分析 8
3 纳米材料综合分析与比选 10
3.1 常见纳米材料的性能分析 10
4 纳米改性沥青的制备方案 12
4.1 纳米材料比例选择 12
4.2 纳米改性沥青制备方案研究 12
5 纳米改性沥青三大指标检测分析 13
5.1 纳米改性沥青针入度检测分析 13
5.2 纳米改性沥青延度检测分析 15
5.3 纳米改性沥青软化点检测分析 16
5.4 纳米二氧化硅改性沥青添加纳米氧化锌改性分析 17
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
随着新中国的成立，我国道路的发展取得了前所未有的成绩，国道主干线贯通整个华夏大陆，大大地促进了国民经济的发展。然而，由于我国公路起步较晚、技术力量短缺、人口密度高、交通需求量大以及局部地区相对恶劣的环境气候，导致一些地区铺筑的道路路面在使用过程中发生了车辙、裂纹以及老化现象。政府为了维持交通的正常使用，必须要进行大规模的维修，给国民的日常生活产生带来了极大地不便。
现代公路交通轴载重、流量大、胎压高、对路面材质和结构质量提出了更高的要求，而优质沥青材料是确保路面性 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
能的关键因素，如何满足路面的使用要求和提高沥青的使用品质是道路科研工作者普遍关注的课题[1]。
沥青是一种重要的路用建筑材料，沥青混凝土(黑色)路面具有水泥混凝土(白色)等路面所不具有的一系列优良性能。公路建设用沥青主要为石油沥青，其他尚有天然沥青、沥青矿、焦性沥青、煤焦油沥青、页岩焦油沥青、木质焦油沥青等。石油沥青大体可分为直馏沥青、氧化沥青、乳化石油沥青、液体石油沥青等。不过经过石油直接炼制得到的沥青不能满足高等级公路及高速公路的道路标准要求，所以要对这些沥青加以改性，并且我国所产沥青感温性差更需要对其改性[2]。
鉴于我国目前的道路状况以及沥青性质，路面产生的车辙、裂纹等现象给国民带来极大的不便和损失，沥青是保证路面良好使用的重要因素，通过对沥青的改性，对沥青的三大指标，尤其是硬度及耐温性的改进以及路用性能的改善。近年来，纳米技术正在逐渐渗透到交通材料领域，纳米材料改性是其中的一个新的研究方向，将纳米材料通过各种手段引入到沥青材料中，用以改善沥青的三大指标及老化能力。
本文主要通过分析几种纳米材料改性沥青对基质沥青三大指标以及对性能的改善程度，选择几种合适的纳米材料通过不同的改性比例研究对比，找出更佳的改性材料和比例，从而改善沥青针入度、延度、软化点以及老化能力。改进路面沥青寿命、硬度、耐温性，提高国民交通水平，将为国家经济发展社会环境作出贡献。
1.2 国内外路面纳米改性沥青研究现状
1.2.1国内路面纳米改性沥青研究现状
1999至2000年，我国自然科学基金新批准和资助的纳米资金项目即将经费达8000万元左右。目前，我国纳米产业正蓬勃发展，国内已初步形成以北京、上海两大纳米研发中心为核心并辐射四周的纳米科技格局。
国外研究纳米改性沥青主要在提高其传统性能的同时，实现路面的功能化。国内更多关注纳米材料对沥青混合料路用性能的改善。叶超等研究了纳米TiO2改性沥青的路用性能指标，如针入度、软化点、延度、复数剪切模量、车辙因子及疲劳因子等，证明纳米材料掺量只需要很小（0.5%），就能提高材料性能[3]。范俊峰等采用关联度分析法研究了两种纳米材料的质量分数与改性沥青性能之间的关系，发现纳米材料的加入显著改善了沥青的高温稳定性[4]。刘大梁等利用纳米碳酸钙（粒径1540nm）产品，对基质70号沥青进行改性，内掺8%时可明显降低沥青25e针入度，提高软化点和粘度，沥青混合料高温车辙试验中的动稳定度也提高了1倍，且在低温弯曲性能和水稳定性能方面不存在明显的消极影响[5]。但这些研究并没有进行稳定性测试和实体路面上的检验。
2013年5月9日山西太原的国家级科研院所成功研制出一种新型筑路沥青材料——纳米改性煤沥青。该纳米沥青被称为“最令人惊讶的发明”，其克服了常规沥青脆裂、延展性差等问题，当这种沥青路面出现坑洼时，只要用形如吸尘器的电磁热机器在表面上扫一遍，路面便会马上平整如新。
同时，中国日用化学工业研究院与山西喜跃发公司签订纳米煤沥青在道路中的应用技术开发及产业化示范合作战略项目，对中国日化院研发的纳米改性煤沥青进行转化推广。
纳米改性煤沥青是将焦炭副产品煤沥青经过纳米技术改性生产的高等级筑路材料，用于补充或替代道路石油沥青。路用纳米改性煤沥青属于新型筑路沥青材料，有优异的耐油性和较强的石子粘附力，充分发挥了纳米材料的优势，提高了煤沥青的路用性能，使之达到了路用沥青的标准要求，与石油沥青相比具有价格便宜、施工简单方便的特点。
2013年5月23日，中国轻工集团公司（简称中轻集团）所属中国日用化学工业研究院研制成功路用纳米改性煤沥青。在目前我国道路石油沥青产量不足，质量也难以满足高等级公路要求的状况下，产量丰富的焦炭副产品煤沥青经过纳米技术改性后，可用于补充或替代道路石油沥青。目前该技术已具备推广转化能力，应用于公路建设后将大大节省公路投资，经济和社会效益显著。
对于最佳的预防性养护时机，目前我国还没有很好的方法去判断，多评自己的经验和主观随意性，因此并不能准确抓住预防性养护时机。而对于预防性的养护方法，近几年来，我国广泛采用的方法有雾封层技术、微表处技术以及薄层罩面等。而我国的预防性养护技术相比较其他国家还有一定的差距，施工的材料多依赖和施工工艺多引进其他国家，并且我国目前还没有比较明确的养护标准，这在一定程度上制约了我国预防性养护技术的发展。
1.2.2国外路面预防性养护技术的研究现状
对沥青进行改性的方法由来已久，早在1845年英国就公布了沥青掺加橡胶的专利。1873年，英国的Samuel Whiting就申请了橡胶改性沥青专利。1899年法国第一条掺有橡胶的沥青路面是改性沥青历史上最早应用的案例。20世纪20年代，热拌沥青混合料的大规模使用使得改性沥青技术作为一项专门的技术而出现。1942年日本试用了掺加胶乳的乳化沥青，后来采用天然乳胶粉末的改性沥青来铺路。经过大量实验、分析和观察表明，橡胶对沥青性能有很好的改善效果，可以提高沥青的软化点，改善低温下的流动性，降低针入度提高延度，使沥青产生可逆的弹性变形。1945年美国的机场道面的修建上大量使用橡胶并获得突出成效后，改性沥青技术开始受到广泛重视。随后的60多年间，沥青改性技术逐渐成为公路修建技术的热门领域[6]。
e) 将烧杯置于石棉网上，用电炉加热并人工搅拌30min。
(a) (b)
1 绪论 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外路面纳米改性沥青研究现状 2
1.3 研究的主要内容与技术路线 4
2 基质沥青三大指标检测分析 5
2.1 针入度检测分析 5
2.2 延度检测分析 7
2.3 软化点检测分析 8
3 纳米材料综合分析与比选 10
3.1 常见纳米材料的性能分析 10
4 纳米改性沥青的制备方案 12
4.1 纳米材料比例选择 12
4.2 纳米改性沥青制备方案研究 12
5 纳米改性沥青三大指标检测分析 13
5.1 纳米改性沥青针入度检测分析 13
5.2 纳米改性沥青延度检测分析 15
5.3 纳米改性沥青软化点检测分析 16
5.4 纳米二氧化硅改性沥青添加纳米氧化锌改性分析 17
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
1 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
随着新中国的成立，我国道路的发展取得了前所未有的成绩，国道主干线贯通整个华夏大陆，大大地促进了国民经济的发展。然而，由于我国公路起步较晚、技术力量短缺、人口密度高、交通需求量大以及局部地区相对恶劣的环境气候，导致一些地区铺筑的道路路面在使用过程中发生了车辙、裂纹以及老化现象。政府为了维持交通的正常使用，必须要进行大规模的维修，给国民的日常生活产生带来了极大地不便。
现代公路交通轴载重、流量大、胎压高、对路面材质和结构质量提出了更高的要求，而优质沥青材料是确保路面性 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
能的关键因素，如何满足路面的使用要求和提高沥青的使用品质是道路科研工作者普遍关注的课题[1]。
沥青是一种重要的路用建筑材料，沥青混凝土(黑色)路面具有水泥混凝土(白色)等路面所不具有的一系列优良性能。公路建设用沥青主要为石油沥青，其他尚有天然沥青、沥青矿、焦性沥青、煤焦油沥青、页岩焦油沥青、木质焦油沥青等。石油沥青大体可分为直馏沥青、氧化沥青、乳化石油沥青、液体石油沥青等。不过经过石油直接炼制得到的沥青不能满足高等级公路及高速公路的道路标准要求，所以要对这些沥青加以改性，并且我国所产沥青感温性差更需要对其改性[2]。
鉴于我国目前的道路状况以及沥青性质，路面产生的车辙、裂纹等现象给国民带来极大的不便和损失，沥青是保证路面良好使用的重要因素，通过对沥青的改性，对沥青的三大指标，尤其是硬度及耐温性的改进以及路用性能的改善。近年来，纳米技术正在逐渐渗透到交通材料领域，纳米材料改性是其中的一个新的研究方向，将纳米材料通过各种手段引入到沥青材料中，用以改善沥青的三大指标及老化能力。
本文主要通过分析几种纳米材料改性沥青对基质沥青三大指标以及对性能的改善程度，选择几种合适的纳米材料通过不同的改性比例研究对比，找出更佳的改性材料和比例，从而改善沥青针入度、延度、软化点以及老化能力。改进路面沥青寿命、硬度、耐温性，提高国民交通水平，将为国家经济发展社会环境作出贡献。
1.2 国内外路面纳米改性沥青研究现状
1.2.1国内路面纳米改性沥青研究现状
1999至2000年，我国自然科学基金新批准和资助的纳米资金项目即将经费达8000万元左右。目前，我国纳米产业正蓬勃发展，国内已初步形成以北京、上海两大纳米研发中心为核心并辐射四周的纳米科技格局。
国外研究纳米改性沥青主要在提高其传统性能的同时，实现路面的功能化。国内更多关注纳米材料对沥青混合料路用性能的改善。叶超等研究了纳米TiO2改性沥青的路用性能指标，如针入度、软化点、延度、复数剪切模量、车辙因子及疲劳因子等，证明纳米材料掺量只需要很小（0.5%），就能提高材料性能[3]。范俊峰等采用关联度分析法研究了两种纳米材料的质量分数与改性沥青性能之间的关系，发现纳米材料的加入显著改善了沥青的高温稳定性[4]。刘大梁等利用纳米碳酸钙（粒径1540nm）产品，对基质70号沥青进行改性，内掺8%时可明显降低沥青25e针入度，提高软化点和粘度，沥青混合料高温车辙试验中的动稳定度也提高了1倍，且在低温弯曲性能和水稳定性能方面不存在明显的消极影响[5]。但这些研究并没有进行稳定性测试和实体路面上的检验。
2013年5月9日山西太原的国家级科研院所成功研制出一种新型筑路沥青材料——纳米改性煤沥青。该纳米沥青被称为“最令人惊讶的发明”，其克服了常规沥青脆裂、延展性差等问题，当这种沥青路面出现坑洼时，只要用形如吸尘器的电磁热机器在表面上扫一遍，路面便会马上平整如新。
同时，中国日用化学工业研究院与山西喜跃发公司签订纳米煤沥青在道路中的应用技术开发及产业化示范合作战略项目，对中国日化院研发的纳米改性煤沥青进行转化推广。
纳米改性煤沥青是将焦炭副产品煤沥青经过纳米技术改性生产的高等级筑路材料，用于补充或替代道路石油沥青。路用纳米改性煤沥青属于新型筑路沥青材料，有优异的耐油性和较强的石子粘附力，充分发挥了纳米材料的优势，提高了煤沥青的路用性能，使之达到了路用沥青的标准要求，与石油沥青相比具有价格便宜、施工简单方便的特点。
2013年5月23日，中国轻工集团公司（简称中轻集团）所属中国日用化学工业研究院研制成功路用纳米改性煤沥青。在目前我国道路石油沥青产量不足，质量也难以满足高等级公路要求的状况下，产量丰富的焦炭副产品煤沥青经过纳米技术改性后，可用于补充或替代道路石油沥青。目前该技术已具备推广转化能力，应用于公路建设后将大大节省公路投资，经济和社会效益显著。
对于最佳的预防性养护时机，目前我国还没有很好的方法去判断，多评自己的经验和主观随意性，因此并不能准确抓住预防性养护时机。而对于预防性的养护方法，近几年来，我国广泛采用的方法有雾封层技术、微表处技术以及薄层罩面等。而我国的预防性养护技术相比较其他国家还有一定的差距，施工的材料多依赖和施工工艺多引进其他国家，并且我国目前还没有比较明确的养护标准，这在一定程度上制约了我国预防性养护技术的发展。
1.2.2国外路面预防性养护技术的研究现状
对沥青进行改性的方法由来已久，早在1845年英国就公布了沥青掺加橡胶的专利。1873年，英国的Samuel Whiting就申请了橡胶改性沥青专利。1899年法国第一条掺有橡胶的沥青路面是改性沥青历史上最早应用的案例。20世纪20年代，热拌沥青混合料的大规模使用使得改性沥青技术作为一项专门的技术而出现。1942年日本试用了掺加胶乳的乳化沥青，后来采用天然乳胶粉末的改性沥青来铺路。经过大量实验、分析和观察表明，橡胶对沥青性能有很好的改善效果，可以提高沥青的软化点，改善低温下的流动性，降低针入度提高延度，使沥青产生可逆的弹性变形。1945年美国的机场道面的修建上大量使用橡胶并获得突出成效后，改性沥青技术开始受到广泛重视。随后的60多年间，沥青改性技术逐渐成为公路修建技术的热门领域[6]。
e) 将烧杯置于石棉网上，用电炉加热并人工搅拌30min。
(a) (b)
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