摘 要

制备了纳米碳酸钙改性沥青、SBS改性沥青和纳米CaCO₃/SBS复合改性沥青，测量了改性沥青的三大指标，分析两种改性剂对基质沥青的改性效果。制备了两种不同掺入量的纳米碳酸钙改性沥青混合料及马歇尔试件，测量了改性沥青混合料的理论密度和毛体积密度并计算了混合料的孔隙率。进行了改性沥青和基质沥青的马歇尔试验，获得改性沥青的马歇尔稳定度，并分析了纳米碳酸钙对基质沥青的浸水残留稳定度的改进作用。最后进行了改性沥青的离析试验，比较了纳米碳酸钙改性沥青和SBS改性沥青在储存稳定性上的优劣，并通过实验探究纳米碳酸钙对SBS改性沥青的储存稳定性有无改善。

关键词：纳米碳酸钙、SBS、改性沥青、马歇尔稳定度、离析试验

Abstract

The nano-CaCO₃ modified asphalt, SBS modified asphalt and nano-CaCO₃/SBS composite modified asphalt were prepared. The three indexes of modified asphalt were measured and the modification effect of the two modifiers on the asphalt was analyzed. Two kinds of nano meter calcium carbonate modified asphalt mixture and Marshall specimen were prepared. The theoretical density and bulk density of the modified asphalt mixture were measured, and the porosity of the mixture was calculated. The Marshall test of modified asphalt and matrix asphalt was carried out to obtain the Marshall stable And the effect of nano-CaCO₃ on the stability of immersion stability of matrix asphalt was analyzed. Finally, the segregation test of modified asphalt was carried out to compare the stability of nano-CaCO₃ modified asphalt and SBS modified asphalt in storage stability. The experimental results showed that the storage stability of SBS modified asphalt was improve.

Key Words：nano-CaCO₃、SBS、modified asphalt、Marshall stable、segregation test

目 录

第1章 绪论 1

1.1有机纳米碳酸钙改性沥青的意义 1

1.2改性沥青的国内外研究现状 1

1.2.1SBS改性沥青国内外研究现状 2

1.2.2纳米碳酸钙改性沥青国内外研究现状 3

1.3研究内容以及技术路线 4

1.3.1有机纳米碳酸钙改性沥青的研究内容 4

1.3.2研究技术路线 4

第2章 原材料与试验方法 5

2.1原材料 5

2.1.1纳米碳酸钙 5

2.1.2 SBS改性剂 5

2.1.3基质沥青 6

2.1.4集料 6

2.2实验仪器 8

2.3实验方法 11

2.3.1纳米碳酸钙、SBS改性沥青及复合改性沥青的制备 11

2.3.2改性沥青的实验测试 11

2.3.3改性沥青混合料的制备 11

2.3.4改性沥青混合料的实验测试 12

第3章 纳米碳酸钙、SBS改性沥青及复合改性沥青的性能研究 13

3.1纳米碳酸钙SEM电镜分析 13

3.2改性沥青的三大指标 13

3.2.1纳米CaCO₃、SBS改性沥青及复合改性沥青的针入度 14

3.2.2纳米CaCO₃、SBS改性沥青及复合改性沥青的延度 15

3.2.3纳米CaCO₃、SBS改性沥青及复合改性沥青的软化点 16

3.3储存稳定性 17

第4章 不同掺量纳米CaCO₃改性沥青混合料的性能研究 18

4.1不同掺入量纳米CaCO₃改性沥青混合料最大理论密度、毛体积密度和孔隙率 18

4.2不同掺入量纳米CaCO₃改性沥青混合料马歇尔稳定度 19

4.2不同掺入量纳米CaCO₃改性沥青混合料浸水残留稳定度 19

第5章 结论与展望 21

5.1主要研究结论 21

5.2进一步研究建议 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

1.1有机纳米碳酸钙改性沥青的研究意义

随着我国经济社会的飞速发展，道路建设成为制约发展进程的重要因素。普通沥青越来越难以满足各种特殊地理气象环境要求，因此研发各种改进型沥青是道路交通发展的必然趋势。SBS改性沥青具备良好的高低温性能，现在已经广泛应用于高级公路的建设中。但是为了减缓SBS改性沥青的老化，在储运时必须保持160~180℃的高温环境，而在这个温度环境下SBS改性沥青容易产生离析的现象，使得改性沥青的性质变得不均匀，这始终是困扰我们的难题。

纳米材料有非常大的比表面积，因此具备特殊的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应。这些独特的性质使纳米材料可以在微观程度上改善沥青的性能。在各种纳米材料中，纳米碳酸钙作为一种典型的纳米粉体材料，已经实现大规模生产，价格低廉，品质稳定。将纳米碳酸钙作为改性剂成本较低且可大规模推广的，是一种新型的、有效的沥青改性研究方向。

为了研究纳米碳酸钙对沥青的改性作用以及探究纳米碳酸钙对SBS改性沥青的离析现象有无抑制作用，本实验将测试纳米碳酸钙改性沥青和SBS改性沥青的三大指标和及其沥青混合料马歇尔稳定度，通过对比来分析各改性剂对70#基质沥青的改性效果；另外，本实验还将进行纳米碳酸钙改性沥青、SBS改性沥青以及纳米碳酸钙/SBS复合改性沥青的离析试验，通过数据分析添加纳米碳酸钙对SBS改性沥青离析现象的影响。因此，本次实验是很有实际意义的一项科研实验。

1.2改性沥青的国内外研究现状

改性沥青的发展已有70多年的历史。现在已经开发出来的改性剂种类非常繁多，目前，应用和研究的较多的改性剂是聚合物改性剂，尤其以SBS最为突出。SBS改性沥青具备良好的高低温性能，现在已经大规模使用。而纳米碳酸钙改性沥青目前还停留在研究阶段，并没有推广使用，对纳米碳酸钙改性沥青的研究越来越热门。

我国对于改性沥青的研究起步时间较早，与国际上的研究时间差不多是同时展开的。但是我国对改性沥青的研究工作进展缓慢，大部分科研工作还仅仅在实验室和试验段上完成，对改性沥青的各种研发工作基本上都是由各高校和研究所独立完成的，缺乏政府的引导和企业的投资，不像美国有SHRP那样政府引导的大型工程支撑。我国对于各类改性沥青的路面应用还远远没有得到普及，相应的改性沥青生产设备和生产工艺、质量监管体系的研究工作还比较落后，因此，我国的改性沥青与国外相应的改性沥青产品相比在成本和质量方面都没有优势。

1.2.1 SBS改性沥青国内外研究现状

19世纪40年代年英国就已经使用橡胶生产改性沥青并且申请了相关的发明专利；20世纪60年代欧洲的沥青公司就已经开始工业化制造SBS改性沥青产品；中国在上世纪80年代中期也开始独立制造SBS改性沥青产品。SBS简称热塑性弹性体，是苯乙烯和丁二烯的共聚物，它在高温下表现出可塑性，并且容易与沥青混合。SBS常见的结构有嵌段线型结构和四臂星型结构^[1]。SBS改性沥青的弹性和韧性很好，卸除荷载后能还原到本来的形状，在-38~119℃的温度范围内使用都能保持良好的性质，疲劳实验10⁴次未出现损坏情况。SBS改性沥青的特点是能全方位对沥青进行改性，能够降低沥青的温度敏感性，既能很大程度增加沥青的软化点又可以在一定程度上增加沥青在低温下的延度，沥青的弹性恢复也获得了很大的改善^[2]。