摘 要

沥青路面会因紫外线、热氧、荷载等作用而产生裂纹，但大量研究表明路面裂纹在足够的间歇期内，可以通过沥青分子的浸润、扩散等热力学运动而愈合修复。不过这种自然愈合缓慢且效果不佳，而微波加热可以快速有效的实现沥青自愈合过程，因此本研究通过在沥青中分别掺入碳纳米管（CNTs）和石墨烯（Graphene）两种导电相来提高沥青的微波吸收性能，以期为路面养护提供具有理论意义和应用价值的新思路。

本研究首先采用扫描电子显微镜（SEM）表征了导电相材料的表面形貌，从而揭示了其与沥青的粘附性能。其次，按导电相10 %的体积掺量制备改性沥青，研究了改性沥青的三大指标和高低温流变性能。最后研究了改性沥青的起始愈合温度，并对比了不同沥青的自愈合性能。

研究结果表明，碳纳米管的表面形貌更有助于粘附沥青；碳纳米管改性沥青拥有更好的低温抗开裂性能，而石墨烯改性沥青拥有更好的高温抗车辙性能。两种导电相的加入都提高了基质沥青的起始愈合温度，并降低了基质沥青的自愈合性能，其中石墨烯降低的程度更大。

关键词：沥青；导电相材料；自愈合；性能变化

Abstract

Asphalt pavement will crack due to the influence of ultraviolet, thermal, and load, but a large number of studies have shown that pavement cracks can be repaired by the thermodynamic movement of asphalt molecules during sufficient intermittent periods. However, this kind of natural healing is slow and the effect is not good, and microwave heating can realize the self-healing process of asphalt quickly and effectively. Therefore, this study is based on the incorporation of carbon nanotubes (CNTs) and graphene to improve the microwave absorption of asphalt, and to provide a theoretical and practical value of the new ideas for the road maintenance.

In this study, the surface morphology of the conductive materials was characterized by scanning electron microscopy (SEM), which revealed its adhesion of asphalt. Secondly, the modified asphalt was prepared by the volume fraction of 10% conductive materials, and the three indexes of modified asphalt and high and low temperature rheological properties were studied. Finally, the initial healing temperature of modified asphalt was studied, and the self-healing properties of different asphalt were compared.

The results show that the surface morphology of carbon nanotubes is more conducive to adhesion of asphalt; CNTs modified asphalt has better low temperature anti-cracking performance, and graphene modified asphalt has better high temperature rutting resistance. The addition of both conductive phases increases the initial healing temperature of the asphalt and reduces the self-healing properties of the asphalt, in which the graphene has a greater decrease.

Key words: asphalt; conductive phase material; self-healing; performance change

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 2

1.2 国内外发展现状 3

1.3研究内容和技术路线 5

第2章 原材料与试验方法 7

2.1 原材料 7

2.2 试验仪器 8

2.3 试验方法 9

2.3.1 材料性能表征 9

2.3.2 改性沥青流变性能 10

2.3.3 改性沥青自愈合性能研究 11

第3章 结果与讨论 12

3.1 材料性能表征 12

3.1.1 材料表面形貌特征 12

3.1.2 沥青三大指标 12

3.2 改性沥青流变性能 13

3.2.1 低温流变性能 13

3.2.3 高温流变性能 15

3.3 改性沥青自愈合性能研究 17

3.3.1 自愈合起始温度研究 17

3.3.2 自愈合性能评价 19

第4章 结论与展望 22

4.1 主要结论 22

4.2 研究展望 22

参考文献 24

致 谢 25

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

随着社会经济的进步，中国在各个领域都得到了显著成绩，而道路运输建设领域更是取得了飞跃式的进展。目前世界上的公路路面主要有两种：沥青路面和水泥路面。沥青路面具有一定的强度与刚度、平稳性、耐磨性、抗滑性，且大多为机械化施工，施工速度快，质量高，养护也比较简单，因此沥青路面在道路建设领域得到了较水泥路面更广泛的应用^[1]

截止到2016年，我国公路总里程达到469.63万公里，其中公路养护里程459.00万公里，占公路总里程97.7 %^[2]。其占公路总里程比例如此之大的主要原因是沥青在路面服役期间，会因紫外线、热氧、荷载等作用而逐渐老化，导致其与集料间的粘附性降低，最终使得沥青路面出现松动、坑槽、开裂等病害。沥青路面开裂作为比较常见的沥青的疲劳形式，其形成的主要原因一般可分为两大类：第一类是因为交通负荷造成对裂缝的结构损伤，我们称之为荷载型裂缝。另一类是因为沥青面层温度不均或温度改变而形成的裂缝，比如低温收缩裂缝和疲劳裂缝，我们一般称之为非荷载型裂缝^[3]。裂缝在萌生前期不会对它的使用效果产生较大的影响，但是如果在服役过程中水分不断进入裂缝，则导致基层路基软化，使路面承受载荷的能力降低，并产生唧浆、台阶、网裂等病害，从而路面被加速破坏^[4]。

研究表明路面裂纹在足够的间歇期内，可以通过沥青分子的浸润、扩散等热力学运动而愈合修复，并在一定程度上恢复原有的性能，这就是沥青的自愈合性能。然而沥青的自愈合对温度具有很强的依赖性，当温度过低时沥青分子的浸润、扩散等热力学运动受阻，沥青混凝土就难以实现自愈合^[5]。因此研究人员根据沥青升温后可以更快自愈合的特性提出了热诱导自愈合的概念。目前国际上主要通过在沥青中加入导电相，并采用电磁感应或者微波加热进行沥青的热诱导自愈合。