了得網工業技術_低碳多功能改性瀝青材料制備與性能

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《低碳多功能改性瀝青材料制備與性能》內容全面、繫統，可供公路工程專業技術人員及高等學校的師生學習參考。

內容簡介

《低碳多功能改性瀝青材料制備與性能》以作者近年來從事低碳多功能改性瀝青路面材料的研究成果為基礎總結而成，《低碳多功能改性瀝青材料制備與性能》共分為15 章，主要內容有低碳道路建設背景、研究現狀及

未來發展方向；低碳多功能改性瀝青制備工藝；低碳多功能改性瀝青基本性能、流變性能與相容穩定性；低碳多功能改性瀝青混合料路用性能；拌和工藝對低碳多功能改性瀝青混合料路用性能的影響；低碳多功能改性瀝青及其混合料熱拌減排功效、降溫功效、淨化空氣功效與阻燃抑煙功效；低碳多功能改性瀝青微觀表征和機理；低碳多功能改性瀝青混合料施工質量控制；低碳多功能改性瀝青混合料功能及性能一體優化；低碳多功能改性瀝青路面工程應用。

序
前言
第1章緒論
1.1低碳道路建設背景
1.2低碳環保型路面研究現狀
1.3低碳路面材料發展方向
第2章基於電性能的低碳多功能改性瀝青制備工藝
2.1基礎材料優選和制備
2.1.1基礎材料初選
2.1.2Tourmaline特性及應用調查
2.1.3Tourmaline粉體的表面處理及優化
2.1.4Tourmaline物化性能
2.2低碳多功能改性瀝青制備工藝
2.2.1制備工藝參數序

前言

第1章緒論

1.1低碳道路建設背景

1.2低碳環保型路面研究現狀

1.3低碳路面材料發展方向

第2章基於電性能的低碳多功能改性瀝青制備工藝

2.1基礎材料優選和制備

2.1.1基礎材料初選

2.1.2Tourmaline特性及應用調查

2.1.3Tourmaline粉體的表面處理及優化

2.1.4Tourmaline物化性能

2.2低碳多功能改性瀝青制備工藝

2.2.1制備工藝參數

2.2.2制備流程

2.3低碳多功能改性瀝青電性能

2.3.1電性能測試方法與內容

2.3.2WEAM改性瀝青壓電性能

2.3.3WEAM改性瀝青介電性能

2.3.4WEAM粉體熱電性能

2.3.5WEAM改性瀝青熱電性能

第3章低碳多功能改性瀝青基本性能

3.1低碳多功能改性瀝青感溫性能

3.1.1低碳多功能改性瀝青針入度試驗結果

3.1.2不同類型和摻量WEAM改性瀝青感溫性能

3.1.3WEAM-1摻量和細度對瀝青感溫性能影響規律

3.1.4WEAM-2摻量和負離子釋放量對瀝青感溫性能影響規律

3.2低碳多功能改性瀝青高溫性能

3.2.1低碳多功能改性瀝青高溫性能試驗結果

3.2.2不同類型和摻量WEAM改性瀝青高溫性能

3.2.3WEAM-1摻量和細度對瀝青高溫性能影響規律

3.2.4WEAM-2摻量和負離子釋放量對瀝青高溫性能影響規律

3.3低碳多功能改性瀝青低溫性能

3.3.1低碳多功能改性瀝青低溫性能試驗結果

3.3.2不同類型和摻量WEAM改性瀝青低溫性能

3.3.3WEAM-1摻量和細度對瀝青低溫性能影響規律

3.3.4WEAM-2摻量和負離子釋放量對瀝青低溫性能影響規律

3.4低碳多功能改性瀝青老化性能

3.4.1低碳多功能改性瀝青老化性能試驗結果

3.4.2WEAM摻量對瀝青老化性能的影響

3.4.3WEAM類型對瀝青老化性能的影響

3.5低碳多功能改性瀝青黏附性能

第4章低碳多功能改性瀝青流變性能

4.1低碳多功能改性瀝青黏度特性

4.1.1WEAM改性瀝青黏度試驗結果

4.1.2WEAM類型和摻量對瀝青黏度的影響

4.1.3WEAM改性瀝青黏度和溫度的關繫

4.1.4WEAM改性瀝青施工溫度

4.2低碳多功能改性瀝青動態剪切流變性能

4.2.1試驗方法

4.2.2試驗儀器和材料

4.2.3溫度掃描試驗

4.2.4頻率掃描響應

4.2.5WEAM改性瀝青PG分級

4.2.6WEAM改性瀝青抗永久變形能力

4.2.7WEAM改性瀝青抗疲勞特性

4.2.8低碳多功能改性瀝青和其他類型改性瀝青的DSR結果對比

4.3低碳多功能改性瀝青低溫流變性能

4.3.1BBR試驗方法

4.3.2WEAM改性瀝青BBR試驗

4.3.3施加荷載對WEAM改性瀝青低溫性能影響規律

4.3.4WEAM改性瀝青膠漿BBR試驗

4.3.5WEAM改性瀝青和其他類型改性瀝青BBR結果對比

第5章低碳多功能改性瀝青相容穩定性

第6章低碳多功能改性瀝青混合料路用性能

第7章拌和工藝對低碳多功能改性瀝青混合料路用性能的影響

第8章低碳多功能改性瀝青及其混合料熱拌減排功效

第9章低碳多功能改性瀝青混合料降溫功效

第10章低碳多功能改性瀝青混合料淨化空氣功效

第11章低碳多功能改性瀝青及其混合料阻燃抑煙功效

第12章低碳多功能改性瀝青微觀表征和機理

第13章低碳多功能改性瀝青混合料施工質量控制

第14章低碳多功能改性瀝青混合料功能和性能一體優化

第15章低碳多功能改性瀝青路面工程應用

展望

參考文獻

在線試讀

第 1章緒論
1.1低碳道路建設背景
當前，發展低碳經濟、建設低碳社會已經成為我國乃至世界的戰略重點。國家“十二五”規劃明確指出加快建設資源節約型、環境友好型社會，提高生態文明水平，並提出加快構建資源節約、環境友好的生產方式和消費模式，增強可持續發展能力。《國家中長期科技發展規劃綱要（ 2006—2020）》明確指出，要促進交通運輸向節能、環保和更加安全的方向發展，突破交通基礎設施建設關鍵技術，提高建設質量。《公路水運交通運輸“十二五”科技發展規劃》明確指出發展以低碳為特征的綠色交通運輸體繫，大力加強節能減排材料及生態環境保護技術等的研發應用，推進資源節約型、環境友好型和低碳多功能行業建設，這使得低碳道路的建設深入人心，國內各省市的新興道路建設面臨新的歷史使命。
低碳道路理念提出時，多數人員將其狹義地理解為在道路工程建設中通過一定的技術控制 CO2等溫室氣體的排放量，對低碳道路的內涵產生了混淆。對此，眾多專家學者通過對具備綠色生態效益低碳道路的研究給出了低碳道路的定義。
長安大學王朝輝以中新生態城綠色交通繫統為先導，分別以綠色、生態為導向的城市道路橫斷面布置，以節能、降耗為指導的環保型路基、基層關鍵技術，以減排、降噪為主題的生態型路面關鍵技術，以舒適、安全為基礎的慢行繫統結構設計等綠色生態型道路關鍵技術方面進行了研究，提出了綠色生態型低碳道路建設應是在道路的全壽命周期內，昀大限度地節約資源（節地、節能、節材）、保護環境、減少污染，實現道路的可持續發展。
長安大學陳紅提出道路建設應以生態效益、經濟效益和社會效益協調發展為目標，運用生態學的科學原理指導公路工程實踐，在公路的設計、建設中與自然環境相融合，在公路建設項目整個生命周期中綜合運用各種工程措施，盡量減少對環境的破壞與污染，形成行車安全舒適、運輸高效便利、景觀完整和諧的帶狀公路交通生態繫統和區域交通低碳生態繫統。
交通運輸部公路科學研究院秦曉春，結合我國“十二五”建設綠色交通體繫的要求，建立了低碳理念下綠色公路建設的關鍵技術與應用體繫。
長安大學郝培文提出了綠色低碳公路理念及評價體繫，將綠色公路定義為基於可持續發展定義及要求，將一繫列優良的可持續性發展實踐運用於道路設計和施工過程中的公路項目。並指出綠色低碳道路的核心之一是路面技術，包括長壽路面技術、透水性路面、溫拌瀝青技術和冷鋪路面等，另外還提出環境和水、道路的適用性、施工及材料資源等低碳綠色公路的評價指標。第 1章緒論

1.1低碳道路建設背景

當前，發展低碳經濟、建設低碳社會已經成為我國乃至世界的戰略重點。國家“十二五”規劃明確指出加快建設資源節約型、環境友好型社會，提高生態文明水平，並提出加快構建資源節約、環境友好的生產方式和消費模式，增強可持續發展能力。《國家中長期科技發展規劃綱要（ 2006—2020）》明確指出，要促進交通運輸向節能、環保和更加安全的方向發展，突破交通基礎設施建設關鍵技術，提高建設質量。《公路水運交通運輸“十二五”科技發展規劃》明確指出發展以低碳為特征的綠色交通運輸體繫，大力加強節能減排材料及生態環境保護技術等的研發應用，推進資源節約型、環境友好型和低碳多功能行業建設，這使得低碳道路的建設深入人心，國內各省市的新興道路建設面臨新的歷史使命。

低碳道路理念提出時，多數人員將其狹義地理解為在道路工程建設中通過一定的技術控制 CO2等溫室氣體的排放量，對低碳道路的內涵產生了混淆。對此，眾多專家學者通過對具備綠色生態效益低碳道路的研究給出了低碳道路的定義。

長安大學王朝輝以中新生態城綠色交通繫統為先導，分別以綠色、生態為導向的城市道路橫斷面布置，以節能、降耗為指導的環保型路基、基層關鍵技術，以減排、降噪為主題的生態型路面關鍵技術，以舒適、安全為基礎的慢行繫統結構設計等綠色生態型道路關鍵技術方面進行了研究，提出了綠色生態型低碳道路建設應是在道路的全壽命周期內，昀大限度地節約資源（節地、節能、節材）、保護環境、減少污染，實現道路的可持續發展。

長安大學陳紅提出道路建設應以生態效益、經濟效益和社會效益協調發展為目標，運用生態學的科學原理指導公路工程實踐，在公路的設計、建設中與自然環境相融合，在公路建設項目整個生命周期中綜合運用各種工程措施，盡量減少對環境的破壞與污染，形成行車安全舒適、運輸高效便利、景觀完整和諧的帶狀公路交通生態繫統和區域交通低碳生態繫統。

交通運輸部公路科學研究院秦曉春，結合我國“十二五”建設綠色交通體繫的要求，建立了低碳理念下綠色公路建設的關鍵技術與應用體繫。

長安大學郝培文提出了綠色低碳公路理念及評價體繫，將綠色公路定義為基於可持續發展定義及要求，將一繫列優良的可持續性發展實踐運用於道路設計和施工過程中的公路項目。並指出綠色低碳道路的核心之一是路面技術，包括長壽路面技術、透水性路面、溫拌瀝青技術和冷鋪路面等，另外還提出環境和水、道路的適用性、施工及材料資源等低碳綠色公路的評價指標。

長安大學沙愛民提出現代路面不僅應滿足行駛條件的基本要求，還應從環境角度考慮，拓寬路面的環境功能，以環保路面為主題，研究了包括透水路面、低噪聲路面、低吸熱路面、除冰雪路面、反光路面等在內的一繫列環保型路面材料，其成果豐富和發展了現代道路工程的知識體繫，帶動了現代道路工程技術的進步。

綜上所述，低碳道路歸納起來應是：從道路規劃、設計、施工、運營、維護等全壽命周期中的一個或幾個階段入手，采用低碳新理念、新材料、新方法、新工藝，實現道路工程全壽命周期範圍內污染氣體排放強度、能源消耗以及對環境污染程度的顯著降低，為交通行業節能減排創造有利條件，同時還包括能夠解決道路在使用過程中遇到的某些環境問題的道路工程。

由此可以看出，隨著人們環保意識的增強，開始對路面材料的功能提出更多的要求，道路材料也不僅局限於路用性能良好及耐久長壽的目標，多功能屬性和環境友好型路面材料已成為道路專家學者及工程人員目前乃至未來的主要研究方向之一。

1.2低碳環保型路面研究現狀

低碳環保路面的宗旨就是通過在道路工程建設中采取一定的措施，使道路工程在施工過程中能夠減少能源的消耗、污染物的排放和對施工人員身體健康的危害，同時（或）在施工完成後能夠具備某種環境功效，以達到有利於環境建設的目的。通過低碳環保路面的建設，不僅可實現傳統道路的通道功能，還可使道路這一基礎設施同時具備通道和環境功效的綜合作用，實現路面材料的技術革新，對我國建設“雙型”社會具有重大的意義。

國內道路專家和學者已開展了部分具備環境功效的路面材料和技術的研究，其中具有減排功能的為溫拌瀝青混合料，在一定程度上緩解了熱拌瀝青混合料拌和時環境污染的問題。但是，大多數溫拌劑的作用原理是通過降低瀝青的低溫黏度使其實現在較低溫度下拌和，會對瀝青的低溫性能產生一定的影響，且目前多數溫拌劑的價格較高。

具有阻燃抑煙功能的基本上為隧道改性瀝青材料，但大多數改性瀝青材料的阻燃效應、路用性能、經濟性等難以匹配，某些阻燃劑甚至具有毒性。

具有淨化空氣功能的主要為加入光催化劑的路面材料，日本首先提出將 TiO2作為光催化劑的構想，國內東南大學、同濟大學等也分別進行了研究，但路面材料性能受到一定影響，而且 TiO2價格較貴。

具有降低路面溫度效果的技術主要有改變瀝青路面結構的“被動”式和在路

表面塗抹降溫材料的“主動”式兩種。從路面結構類型出發主要為采用透水路面，

其有利於蒸發散熱、降低路面的熱容量，此種技術的主要優點體現在透水性上，

降溫效果有限。從路面輻射角度出發指在原有路面基礎上添加或塗抹降溫材料，

增加路面反射率，從而降低路面的蓄積熱量。塗過這種材料的路面溫度均有一定

程度的降低，該材料成本較高、施工較為不便、耐久性差，且重復利用率低。

針對寒冷季節積雪易造成路面結冰給行車安全帶來較大隱患的問題，眾多道

路科研機構發明了包含能量轉化型融雪化冰技術、自應力高彈除冰路面、導電路

面融雪技術、化學類凍結抑制路面等技術在內的融雪化冰路面，在工程應用過程

中各融雪化冰路面具備一定效果。但是也存在部分問題，廣泛采用的化學融雪方

法容易腐蝕道路設施，導電路面在電壓控制上存在一定難度，不同地區氣候環境

條件不同采用相同措施化雪效果差別也較大等。因此，在融雪化冰方面，仍需繼

續尋找安全、理想的方式，決不能簡單引進、照搬照抄外國的規範。

從上述各低碳環保型路面的介紹已經看出，低碳環保路面的研究已逐漸成為

各道路專家學者的關注點，但是目前多數針對路面的低碳環保技術尚處於發展起

步階段，還未形成完善的應用技術體繫，亟待開發出能夠具有一種或者幾種環境

功效，同時又不影響或能夠改善路面路用性能的低碳環保路面新材料或新技術，

從而實現公路建設和生態環境保護和諧發展。

1.3低碳路面材料發展方向

一繫列綠色環保型瀝青路面材料的研究，填補了我國相關道路技術領域的空白，實現了我國環保道路材料的跨越式發展，為推進資源節約型和環境友好型道路建設作出了貢獻，但是其存在的問題也是不能忽視的，因此，在道路工程建設領域，為更好地服務於低碳、生態友好型與資源節約型社會建設的理念，要對道路材料提出新的要求，現歸納為以下幾點。①節能減排，環保低碳（環保型）：生態環境惡化、全球氣候變暖、污染現狀觸目驚心以及我國人均資源匱乏的現狀，要求我們必須重視節能環保問題，在生活工作中堅持“節能減排、環保低碳”的理念，纔能實現全民節約昀多的資源、實現昀少的排放。②多重功效，主動優先（智能型）：目前具備環境功效的路面材料多數環境功效單一，且隻有在一定條件下纔能發揮功能，表現為“被動”環保，若能開發出一種同時具備多重環境功效且原材料自身物化性能能夠實現主動發揮作用的路面材料將具有十分廣闊的前景。③功能為主，性能優良（功能型）：路面昀基本的作用是能夠承擔車輛荷載的作用。環境功效再好，路用性能得不到保證也是空談，因此，低碳環保路面材料應同時兼顧環境功能與使用性能。④材料低廉，來源廣泛（經濟型）：一種新材料

的研發若在原材料來源廣泛、價格低廉的情況下進行，將會大大提高其應用需求，因此，環保路面材料宜優選價格合適的原材料。

本書結合上述理念，在制備低碳多功能改性瀝青的基礎上，首先介紹該改性瀝青及其混合料的路用性能，接著全面介紹該改性劑用於道路材料熱拌減排、降低路面溫度、阻燃抑煙與淨化空氣等的環境功效，在此基礎上介紹低碳多功能改性瀝青具備上述環境功效的作用機理，闡述低碳多功能 WEAM改性瀝青混合料的施工質量控制，介紹低碳多功能改性瀝青混合料專家決策繫統，昀後結合試驗路介紹低碳多功能改性瀝青混合料的實際工程應用效果。

第 2章基於電性能的低碳多功能改性瀝青制備工藝

大部分具備環境功效的路面材料是在基本不影響或改善路面材料性能的前提下，通過摻加一定量具有特殊性能的改性劑而形成的，其功能屬性主要來源於改性劑。因此，改性劑的選擇是研究多功能屬性和環境友好型路面材料的重要前提。本書中選取的 Tourmaline原材料就是基於其優良的壓、熱電性能，其電性能的發揮程度將直接影響低碳多功能改性瀝青環境功效發揮效果，因此，有必要了解以 Tourmaline為原材料制備的改性瀝青摻入瀝青後其電性能是否充分發揮。本章主要對以下 3個方面的內容進行全面介紹：低碳多功能改性瀝青基礎材料優選和制備、低碳多功能改性瀝青的制備工藝和低碳多功能改性瀝青的電性能。

2.1基礎材料優選和制備

2.1.1基礎材料初選

從低碳環保角度出發，低碳環保型改性瀝青改性劑的昀理想特點是其同時具有下述幾種功能。

（1）施工及生產過程中的減排。

傳統熱拌瀝青混合料在生產和施工過程中能源消耗較大，瀝青煙和有害氣體排放較多，對環境和施工人員身體健康均不利。因此，若能在瀝青混合料生產和施工過程中采取一定的技術措施對瀝青煙和粉塵等污染氣體吸附或者還原，將具有重要的意義。

（2）施工完成後降低路面溫度。

瀝青路面易受環境溫度影響，造成路面損壞，在夏季高溫條件下，由於瀝青是一種吸熱材料，路面溫度往往在 60℃以上，導致瀝青路面易產生車轍等病害，且由於瀝青吸熱特性的發揮，夏季高溫季節易加劇城市“熱島效應”，影響城市的環境及舒適性。因此，低碳環保性改性瀝青宜具備的另一特點是能夠將夏季溫度過高時瀝青混凝土路面蓄積的熱量進行轉化，使其實現轉移或者轉換（以另一種能量形式存在），從而降低路面溫度、提高道路的高溫穩定性。

（3）隧道路面中的阻燃抑煙。當瀝青用於隧道工程時，由於隧道內部空間相對封閉，一旦發生火災，火勢極難控制，將會造成大量的人員傷亡和經濟損失。因此，低碳環保型路面材料低碳特點的表現為：具有一定的阻燃效果，從源頭上預防瀝青混凝土路面尤其是隧道內瀝青路面發生火災後火勢不可控的問題。

（4）淨化空氣。

汽車尾氣尤其是其中的 NOx、HC和 CO等氣體造成的空氣污染越來越重，嚴重威脅著城市居民的生存環境。據不完全統計，空氣污染物中 40%以上的 NOx、 80%以上的 CO、70%以上的 HC化合物都是汽車尾氣造成的，治理汽車尾氣造成的環境污染對提高道路使用品質和保護環境具有重大意義。目前有些汽車會在排氣管中安裝尾氣淨化裝置，但不能完全分解和還原上述有害氣體。因此，路面中若具有能淨化汽車尾氣的成分，無疑具有非常大的意義。

基於上述幾種目標，在瀝青中需摻加具有物理吸附或化學吸附功能的添加劑，而具備壓電性和熱電性的材料可以較好地實現上述功能。壓電性是指某些電解質晶體，可以通過純粹的機械作用（拉應力、壓應力或切應力）發生極化，並導致介質兩端表面內出現符號相反的束縛電荷。熱電性是指晶體由於受熱，溫度發生變化而自發極化，在晶體的一定方向上產生表面電荷。

無論壓電性還是熱電性，在這兩種性能作用下產生的電荷均有相同的作用：可吸附瀝青煙、粉塵等有害成分，在瀝青高溫拌和過程中具有非常明顯的減排功效；對瀝青路面燃燒時固體降解區外層和預燃區附近的氣體可燃物產生吸附作用，減少揮發出的可燃氣體，從而阻止可燃氣體繼續參與燃燒和瀝青煙的排放，達到阻燃和抑煙的雙重功效。

此外，因具有壓電性，在行車荷載的作用下，改性劑能夠產生自發極化效應，使其周圍束縛的電荷重新分布，在電荷遷移過程中消耗行車荷載所帶來的機械能，從一定程度上減輕荷載對路面的作用。因具有熱電性，在外界溫度變化情況下，二次自發極化形成的電場周圍束縛的電荷遷移，將多餘的熱量散失，起到降低路面溫度的效果，從而提高瀝青路面的高溫性能。

因此，若將一種或幾種具有壓電性或 /和熱電性的材料進行改性劑研發，將其加入瀝青中，無疑具有良好的改善瀝青性能的效果。基於壓、熱電材料優良的性能，經過大量調查及試驗對比測試，

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