２０１１年３９卷第２３期 广州化工 ・４１・
纳米改性路用煤沥青的试验研究水
郭建国，任真，郭建平，李玉霞
（中国日用化学工业研究院，山西 太原０３０００１）
摘 要：利用纳米材料对路用煤沥青进行改性，考查了纳米材料，高分子聚合物，温度，分散方式对煤沥青的性能影响，得到了 改性路用煤沥青的优化工艺和配方，可应用于实际道路的铺设。
关键词：纳米；改性；煤沥青；路用
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏａｌ Ｔａｒ Ｐｉｔｃｈ Ｐａｖｉｎｇ ｏｎ Ｒｏａｄ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ Ｎａｎｏ—ｍａｔｅｒｉａｌ
ＧＵＯ Ｊｉａｎ—ｇｕｏ，ＲＥＮ Ｚｈｅｎ，ＧＵＯ Ｊｉａｎ—ｐ ， ， 】， 一ｘｉａ （Ｃｈｉｎａ Ｄａｉｌｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔ￣，Ｓｈａｎｘｉ Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏａｌ ｔａｒ ｐｉｔｃｈ ｗａｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ｎａｎｏ ｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｎａｎｏ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｈｉｇｈ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｐｏｌ—
ｙｍｅｒ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｔａｒ ｐｉｔｃｈ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｆｏｒ—
ｍｕｌａ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃｏａｌ ｔａｒ ｐｉｔｃｈ ｗａｓ ｇｏｔ，ｗｈｉｃｈ ｍａｙｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｒｏａｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｍｏｄｉｆｙ；ｃｏａｌ ｔａｒ ｐｉｔｃｈ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｒｏａｄ
随着国民经济的快速发展，对公路特别是对高等级公路的 要求越来越高。道路沥青作为公路建设的主要材料，对其性能 要求也就越来越高。煤沥青在路用过程中存在高温流淌、低温
Roads and Bridges道路桥梁 83
纳米技术在沥青路面中的应用研究
黄 方
（重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400074）
中图分类号：U45 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）01-0083-01
摘要：交通量随着道路建设的高速发展也在逐年增加，道路的病害仍旧存在。近些年来在道路材料研究领域逐渐开始了纳米改
性沥青的研究，来满足交通发展的需要。本文首先介绍了纳米材料改性沥青的制备工艺以及其对沥青混合料的性能的影响，又叙述
了复合式聚合物纳米改性沥青及混合料和其他的一些特殊性能，最后进行了总结与展望。
关键词：道路工程；沥青路面；纳米材料；聚合物改性沥青
0 引言
近些年来，为了实现高质量的道路使用性能，道路相关工作人员已经尝试纳
米改性沥青的开发和研究。纳米材料指的是结构单元的尺寸为1-100纳米，它具
有大表面的效应，阶梯状的结构分布于超微粒子的表面，包含了很容易与外来原
子吸附的高表面能的不安定原子。以维数来划分有零维，一维，二维，三维纳米
材料，比如纳米粒子，纳米碳管，纳米层状硅酸盐等。
1 纳米材料改性沥青
1.1纳米材料改性沥青的制备
纳米粒子的粒径虽小但表面能较高，常自发团聚，这很大程度上降低了纳米
粒子的效果，应改善纳米粒子在液相介质中的分散和稳定性。纳米粒子在沥青中
的分散通常有物理法和化学法，分散剂可以减少纳米粒子团聚；加热沥青降低其
粘度；强力剪切搅拌克服纳米粒子之间的团聚。目前，无机非金属纳米材料常用
来制备纳米改性沥青，主要包括纳米SiO2 , TiO2 , CaCO3 , ZnO,Fe2O3,纳米蒙脱土等氧
化物或碳酸盐。
1.2纳米材料对沥青混合料性能的影响
沥青路面的性能与沥青混合料有着直接的关系，因而要通过沥青混合料的路
用性能试验来验证纳米改性沥青的可靠性。
马峰等人对零维纳米CaCO3改性沥青进行了研究表明其可以有效地改善沥青
各项基本路用性能，沥青软化点升高，但针入度降低，对于基质沥青的针入度对
曲恒辉．庞来学：纳米颗粒改性沥青 纳米颗粒改性沥青 曲恒辉 。庞来学 （１．山东高速物资集团总公司，山东济南２５００９８；２．山东交通学院土木工程系，山东济南２５００２３） 摘要：纳米科学与技术的发展为传统的交通材料的发展带来新的活力，以纳米颗粒为改性剂对沥青进行改 性已成为学术界和产业界关注的焦点。重点对纳米颗粒改性剂在沥青改性、路面性能方面的研究进行了总 结。并对纳米颗粒改性沥青未来发展进行了展望。 关键词：纳米颗粒；改性沥青；改性机理 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｎａｎｏ－ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｔ ｂｒｉｎｇｓ ｎｅｗ ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｍｏｄｉｆｉｅｒ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｆｏｃｕｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｃａｄｅｍｉｃｓ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．Ｉｔ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｎａｎｏ－ｐａｒｔｉｅｌｅｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｉｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ；ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ；ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ０ 引言 沥青作为一种重要的路用材料，在现代公路建 设中发挥着巨大的作用。另外，随着经济发展、公 路交通载荷急剧增加，对用于公路建设的沥青的高 温稳定性、低温抗裂性等提出了更高的标准，普通 道路交通沥青难以满足现代交通的要求，因而需要 对沥青进行改性研究。在众多的改性剂中，研究最 多的是聚合物改性剂。 纳米技术作为推动世界新科技发展的动力，正 在逐渐渗透到交通材料领域，为交通材料的发展提 供了一个新的思路。对纳米改性沥青的研究，瑞典 学者首先提出了纳米改性技术在沥青胶结料上应 用理念，之后，南非研究人员在国际会议上介绍了 纳米技术在交通工程领域以及基础研究中的潜在 应用．纳米技术的应用有助于实现道路材料的性能 优化和功能化．并在安全性、耐久性、经济性、环境 友好等方面体现特殊优势。近几年，美国联邦公路 局一直支持道路材料纳米层面上的研究。并从纳米 层次上对改性沥青的机理进行研究．取得了丰富的 前期研究成果［３１。国内学者也对纳米改性剂在沥青 中的应用．包括复合改性、功能化、智能化方面给予 了关注．并在改性材料的性能和机理上，开始从宏 观转人到纳米范畴进行探讨。纳米材料与技术在沥 青改性中的应用研究已经成为国内外学者的研究 热点之一。 １纳米颗粒改性沥青 １．１ 纳米ＴｉＯ２颗粒改性沥青 纳米ＴｉＯ 是理想的光催化剂，对消除空气和 水中的污染物有高效的光催化活性．在净化汽车尾 气中有着广泛的应用。在路面材料中掺加ＴｉＯ 可 有效净化环境污染。如１３本曾在多孔路面中散布一 定量的ＴｉＯ 粉末，可以明显减少汽车尾气的污染， 提高空气质量。国内学者将ＴｉＯ 加入到水泥混凝 土路面和沥青混凝土路面材料中，发现ＴｉＯ：加入 明显提高了汽车尾气的吸收和转化能力。上述研究 表明ＴｉＯ 改性的路面材料赋予路面环境友好特 性，并实现了路面的功能化。 对于纳米Ｔｉ０ 改善沥青传统性能和改性沥青 混合料的路用性能的研究也有一些进展。利用外掺 法制备了ＴｉＯ：改性沥青混合料，并对其路用性能 测试．通过残留稳定度试验、高温车辙试验和低温 弯曲试验，发现纳米ＴｉＯ：改性的沥青混合料，车辙 动稳定度提高３０％以上，低温极限抗弯拉应变提 高２０％，残留稳定度保持在９０％以上，表明纳米 ・ 孟材趔堂塑 —．１７－
第２期（总２２７期） 山西交通科技 ２０１４年４月 ＳｌｔＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ｏｆ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＮＯ．２ ＡＤｒ．
纳米材料改性沥青研究进展
马德崇 ，李鹏宇
（１．山西省交通科学研究院，山西 太原０３０００６；２．大同公路分局，山西 大同０３７００６）
摘要：介绍了纳米材料改性沥青的研究进展。主要介绍了纳米改性沥青的制备，纳米材料
在沥青改性中的应用，包括添加纳米粒子，如纳米黏土、纳米管和纳米二氧化硅等对沥青及沥 青混合料性能的影响。同时，介绍了纳米改性沥青的微观研究方法。
关键词：纳米材料；纳米改性沥青；纳米黏土；微观研究方法 中图分类号：Ｕ４１６．２１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－３５２８（２０１４）０２－－００１０－－０３
１概述
美国国家纳米技术规定“纳米技术涉及到大约
１—１００ ａｍ（纳米）范围内原子、分子或高分子的研 究和技术发展，提供纳米级范围内现象和材料的基
础理解，创建和使用由于其小或中等尺寸具有新颖 性能和功能的结构、装置和系统”。因此，纳米技术允
许具有高功能密度，高敏感性、特殊表面效应、高表
面积、高应变电阻和催化作用体系的设计。所有的特 性都是纳米粒子的小尺寸直接或者间接的结果【”。
事实上沥青材料，主要在路面施工上大规模使 用，这些材料的宏观力学行为很大程度上依赖于微 观纳米级上的微结构和物理性能。尽管研究者、材料
生产者和工程师已经探索了很多年，但是纳米技术
的使用仍然受到限制。努力探索新的纳米材料对沥
青改性有以下作用：ａ）改善沥青微观机械和物理性 能；ｂ）从根本上改善沥青或混合料的性能；ｃ）提高路 用性能，延长道路的耐久性。因此，纳米材料改Ｉ生沥青
为道路材料及其工程应用提供了良好的发展契机。 目前，研究者们为了克服聚合物改性剂价格昂 贵、路面施工成本大的缺点，产量大、生产成本低以
及对沥青改性需求量小的纳米无机材料被研究者用 作为沥青改性剂，如纳米碳酸钙、二氧化钛、纳米黏
