粉体改性沥青及其混合料性能研究

贾晓东男，汉族，1988年4月生，陕西宝鸡人，工学博士，副教授，被授予“全国技术能手”“巴渝青年学者”“重庆市青年岗位能手”等称号;个人曾获得第十七届“振兴杯”全国职业技能大赛金奖(第一名)、重庆市生态环境科学技术奖一等奖、中国公路建设行业协会科技进步奖三等奖等奖项，指导学生曾获得全国大学生BIM-CIM创新大赛冠军奖、全国职业院校技能大赛水利工程BIM建模与应用三等奖、“巴渝工匠”杯重庆市职业技能竞赛一等奖等14个国家级和8个省部级奖项;主持重庆市科技局面上项目、重庆市教委科技重点项目、重庆教委教育教学改革重点项目等省部级项目6项，出版教材5部，发表中文核心及以上论文20余篇。

第1章绪论

1.1道路沥青改性剂

1.2粉体类改性剂的研究进展

1.3超细粉体改性剂的研究进展

第2章粉体改性剂特性

2.1物理特性

2.2化学特性

2.3结构特性

2.4本章小结

第3章粉体改性沥青制备方法与均匀性研究

3.1粉体在沥青中的分散方案

3.2粉体在沥青中的分散均匀性评价方法

3.3均匀性评价分析

3.4本章小结

第4章粉体改性沥青的流变性能

4.1粉体改性沥青的基础性能・

4.2基于频率扫描试验的高温流变性能

4.3基于多应力重复蠕变恢复试验(MSCR)的高温流变性能·09

4.4基于温度扫描试验的高温流变性能

4.5低温弯曲梁流变性能(BBR)试验

4.6影响粉体改性沥青性能的粉体特征性质分析

4.7本章小结

第5章粉体改性沥青疲劳性能

5.1改性疲劳性能试验方法

5.2疲劳性能判别方法

5.3基于耗散能法的疲劳性能

5.4基于损伤力学的S-VECD 模型的疲劳性能

5.5粉体改性沥青特性与比表面积相关性

5.6本章小结

第6章粉体改性沥青的微观结构作用机理

6.1粉胶界面交互作用

6.2基于表面能的黏附性能

6.3基于AFM的胶凝材料微观结构特征

6.4粉体改性沥青的高温稳定性

6.5本章小结..

第7章粉体改性沥青混合料的路用性能

7.1材料性能与配合比设计

7.2粉体改性沥青混合料水稳定性

7.3粉体改性沥青混合料高温性能

7.4粉体改性沥青混合料低温性能

7.5粉体改性沥青混合料疲劳性能

7.6本章小结。

第8章粉体改性沥青混合料耐久性能

8.1粉体改性沥青混合料长期抗水损性能

8.2粉体改性沥青混合料长期老化性能

8.3粉体掺加方式对混合料性能的影响

8.4本章小结，

参考文献

第1章绪论

近年来，中国公路的建设进人了快速发展时期。截至2022年末，全国四级及以上等级公路里程达到了516.25万千米，其中，高速公路总里程达到了17.73万千米。与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有行车舒适、易于维护等优点，我国高等级公路中 90%以上都是沥青混凝土路面。但是随着交通量的持续增长，车辆的大型化、交通渠化等现象越来越突出，特别是在我国南方部分地区，受到年均气温高、降雨量大的影响，使得沥青路面在多种因素作用下更容易发生车辙、开裂等病害，大幅缩短路面的使用寿命，增加路面维护成本，甚至威胁到行车安全。在这种情况下，人们对沥青路面性能提出了更高的要求。路面结构和路面材料是影响沥青路面性能最为重要的两个因素。因此，为了有效提高沥青路面使用性能，延长路面的使用寿命，科研人员在路面结构和路面材料方面做了大量的研究:一方面，优化路面结构，提出柔性基层路面、混合式基层路面和复合式基层路面等新型路面结构;另一方面，提高路面材料性能，如优化沥青混合料配比设计、改善沥青性能等。为了改善沥青性能，虽然沥青生产厂家不断尝试革新生产工艺，生产更为优质的沥青，但使用效果仍不太令人满意。因此需要其他更有效的手段来改善沥青性质，以此满足交通发展的需求。

1.1道路沥青改性剂

石油沥青是地下开采原油制备过程中的一种产品，通常呈黑色，为黏稠状液体或者半固体状态，它是由不同化合物组成的混合物质，对其进行元素分析可以得到其主要成分为C、H元素，约占总量的95%;另外还含有Na、Ca、Ni、S、N、O等微量元素，以氧化物和盐化合物的形式存在总量不超过沥青的5%而对于道路工程中的石油沥青，众多学者常采用四组分法进行分析即沥青是由四种物质形态不同的混合物组成，分别是饱和分、芳香分、胶质和沥青质。另外，四组分理论还对其进行了混合状态解释:沥青质是被分散物质，饱和分和芳香分组分的油分是分散物质，沥青质与饱和分、芳香分亲和性较差,但四组分中的胶质却能与其他三种物质有较好的亲和性，因此，形成了沥青质被胶质包裹，分散于饱和分和芳香分中成为常温下稳定状态的胶体。这种胶体结果随着成分不同呈现出两种结构形式:当芳香分、饱和分和胶质含量较高时，沥青的流动性大、温度敏感性高、黏附性小，这种结构被称为溶胶结构;而当沥青质含量较高，沥青流动性变小、塑性变差、温度敏感性降低时，则称为凝胶结构[2]，道路工程中常用的沥青为凝胶结构。

沥青材料在公路工程中的应用可以追溯到公元前3000年，先后在埃及的尼罗河、印度的恒河、中国的黄河和长江流域发现了石油矿藏，并开发制备出沥青制品，直到公元前18世纪前半期，古巴比伦王国汉穆拉比王才铺筑了第一条沥青路面，但随后沥青在路面中的施工工艺却未被流传，随后到19世纪初，沥青才重新在路面中应用并被大家广泛接受和推广[2]

我国道路工程路面的发展历程和经济发展密不可分，纵观发展历史，主要是由于路面材料的变革而引起的路面变化。一共经历了三个重要变革时期，第一个是简易路面的发展时期，主要以砂石铺筑为主;第二个是采用渣油对砂石路面的表面进行处治而形成的简易复合路面时期;第三个是以沥青混合料和沥青稳定碎石进行铺筑的现代高性能沥青路面，这一时期也是我国经济和高速公路飞速发展的时期，开始于20世纪80年代，其中以北京一天津的高速公路为契机，在今后的高等级公路建设中，沥青混凝土路面结构逐渐被广泛采用。但随着我国经济持续发展，车辆轴载量连年攀升，交通渠化现象日益凸显，特别是在重庆、云南、贵州、广西等地区，受到高温多雨气候的影响，沥青路面的耐久性面临严峻的考验，同时还伴随……

本书主要研究了微粒固体沥青改性剂在沥青中的性能作用，以石灰、水泥、硅灰、钢渣等传统固体改性剂为原料，从粉体微观特征参数的分析入手，对不同类型粉体结构特征和形貌特征给出评价；基于复合材料理论，从粉体种类、掺量、粒径角度分析粉体改性沥青的高温流变性能、低温开裂性能、疲劳性能出发，分析影响沥青性能的粉体核心特征参数，并对其与改性沥青疲劳寿命之间的关系进行分析；还利用接触角试验和借助原子力学显微镜(AFM)，分析了粉体改性前后沥青微观结构、组分含量和力学性能的变化规律，并对其制备的沥青混合料高低温、水稳定性和疲劳进行了系统分析。对沥青路面性能的改性剂选择有较高的参考价值，可以为我国普通沥青改性提供强有力的理论支撑。