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　　《低碳多功能改性沥青材料制备与性能》内容全面、系统，可供公路工程专业技术人员及高等学校的师生学习参考。

内容简介

　　《低碳多功能改性沥青材料制备与性能》以作者近年来从事低碳多功能改性沥青路面材料的研究成果为基础总结而成，《低碳多功能改性沥青材料制备与性能》共分为15 章，主要内容有低碳道路建设背景、研究现状及
　　未来发展方向；低碳多功能改性沥青制备工艺；低碳多功能改性沥青基本性能、流变性能与相容稳定性；低碳多功能改性沥青混合料路用性能；拌和工艺对低碳多功能改性沥青混合料路用性能的影响；低碳多功能改性沥青及其混合料热拌减排功效、降温功效、净化空气功效与阻燃抑烟功效；低碳多功能改性沥青微观表征和机理；低碳多功能改性沥青混合料施工质量控制；低碳多功能改性沥青混合料功能及性能一体优化；低碳多功能改性沥青路面工程应用。

目　　录

序
前言
第1章　绪论
　1.1　低碳道路建设背景
　1.2　低碳环保型路面研究现状
　1.3　低碳路面材料发展方向
第2章　基于电性能的低碳多功能改性沥青制备工艺
　2.1　基础材料优选和制备
　　2.1.1　基础材料初选
　　2.1.2　Tourmaline特性及应用调查
　　2.1.3　Tourmaline粉体的表面处理及优化
　　2.1.4　Tourmaline物化性能
　2.2　低碳多功能改性沥青制备工艺
　　2.2.1　制备工艺参数

序 
前言 
第1章　绪论 
　1.1　低碳道路建设背景 
　1.2　低碳环保型路面研究现状 
　1.3　低碳路面材料发展方向 
第2章　基于电性能的低碳多功能改性沥青制备工艺 
　2.1　基础材料优选和制备 
　　2.1.1　基础材料初选 
　　2.1.2　Tourmaline特性及应用调查 
　　2.1.3　Tourmaline粉体的表面处理及优化 
　　2.1.4　Tourmaline物化性能 
　2.2　低碳多功能改性沥青制备工艺 
　　2.2.1　制备工艺参数 
　　2.2.2　制备流程 
　2.3　低碳多功能改性沥青电性能 
　　2.3.1　电性能测试方法与内容 
　　2.3.2　WEAM改性沥青压电性能 
　　2.3.3　WEAM改性沥青介电性能 
　　2.3.4　WEAM粉体热电性能 
　　2.3.5　WEAM改性沥青热电性能 
第3章　低碳多功能改性沥青基本性能 
　3.1　低碳多功能改性沥青感温性能 
　　3.1.1　低碳多功能改性沥青针入度试验结果 
　　3.1.2　不同类型和掺量WEAM改性沥青感温性能 
　　3.1.3　WEAM-1掺量和细度对沥青感温性能影响规律 
　　3.1.4　WEAM-2掺量和负离子释放量对沥青感温性能影响规律 
　3.2　低碳多功能改性沥青高温性能 
　　3.2.1　低碳多功能改性沥青高温性能试验结果 
　　3.2.2　不同类型和掺量WEAM改性沥青高温性能 
　　3.2.3　WEAM-1掺量和细度对沥青高温性能影响规律 
　　3.2.4　WEAM-2掺量和负离子释放量对沥青高温性能影响规律 
　3.3　低碳多功能改性沥青低温性能 
　　3.3.1　低碳多功能改性沥青低温性能试验结果 
　　3.3.2　不同类型和掺量WEAM改性沥青低温性能 
　　3.3.3　WEAM-1掺量和细度对沥青低温性能影响规律 
　　3.3.4　WEAM-2掺量和负离子释放量对沥青低温性能影响规律 
　3.4　低碳多功能改性沥青老化性能 
　　3.4.1　低碳多功能改性沥青老化性能试验结果 
　　3.4.2　WEAM掺量对沥青老化性能的影响 
　　3.4.3　WEAM类型对沥青老化性能的影响 
　3.5　低碳多功能改性沥青黏附性能 
第4章　低碳多功能改性沥青流变性能 
　4.1　低碳多功能改性沥青黏度特性 
　　4.1.1　WEAM改性沥青黏度试验结果 
　　4.1.2　WEAM类型和掺量对沥青黏度的影响 
　　4.1.3　WEAM改性沥青黏度和温度的关系 
　　4.1.4　WEAM改性沥青施工温度 
　4.2　低碳多功能改性沥青动态剪切流变性能 
　　4.2.1　试验方法 
　　4.2.2　试验仪器和材料 
　　4.2.3　温度扫描试验 
　　4.2.4　频率扫描响应 
　　4.2.5　WEAM改性沥青PG分级 
　　4.2.6　WEAM改性沥青抗永久变形能力 
　　4.2.7　WEAM改性沥青抗疲劳特性 
　　4.2.8　低碳多功能改性沥青和其他类型改性沥青的DSR结果对比 
　4.3　低碳多功能改性沥青低温流变性能 
　　4.3.1　BBR试验方法 
　　4.3.2　WEAM改性沥青BBR试验 
　　4.3.3　施加荷载对WEAM改性沥青低温性能影响规律 
　　4.3.4　WEAM改性沥青胶浆BBR试验 
　　4.3.5　WEAM改性沥青和其他类型改性沥青BBR结果对比 
第5章　低碳多功能改性沥青相容稳定性 
第6章　低碳多功能改性沥青混合料路用性能 
第7章　拌和工艺对低碳多功能改性沥青混合料路用性能的影响 
第8章　低碳多功能改性沥青及其混合料热拌减排功效 
第9章　低碳多功能改性沥青混合料降温功效 
第10章　低碳多功能改性沥青混合料净化空气功效 
第11章　低碳多功能改性沥青及其混合料阻燃抑烟功效 
第12章　低碳多功能改性沥青微观表征和机理 
第13章　低碳多功能改性沥青混合料施工质量控制 
第14章　低碳多功能改性沥青混合料功能和性能一体优化 
第15章　低碳多功能改性沥青路面工程应用 
展望 
参考文献

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　　第 1章绪论
　　1.1低碳道路建设背景
　　当前，发展低碳经济、建设低碳社会已经成为我国乃至世界的战略重点。国家“十二五”规划明确指出加快建设资源节约型、环境友好型社会，提高生态文明水平，并提出加快构建资源节约、环境友好的生产方式和消费模式，增强可持续发展能力。《国家中长期科技发展规划纲要（ 2006—2020）》明确指出，要促进交通运输向节能、环保和更加安全的方向发展，突破交通基础设施建设关键技术，提高建设质量。《公路水运交通运输“十二五”科技发展规划》明确指出发展以低碳为特征的绿色交通运输体系，大力加强节能减排材料及生态环境保护技术等的研发应用，推进资源节约型、环境友好型和低碳多功能行业建设，这使得低碳道路的建设深入人心，国内各省市的新兴道路建设面临新的历史使命。
　　低碳道路理念提出时，多数人员将其狭义地理解为在道路工程建设中通过一定的技术控制 CO2等温室气体的排放量，对低碳道路的内涵产生了混淆。对此，众多专家学者通过对具备绿色生态效益低碳道路的研究给出了低碳道路的定义。
　　长安大学王朝辉以中新生态城绿色交通系统为先导，分别以绿色、生态为导向的城市道路横断面布置，以节能、降耗为指导的环保型路基、基层关键技术，以减排、降噪为主题的生态型路面关键技术，以舒适、安全为基础的慢行系统结构设计等绿色生态型道路关键技术方面进行了研究，提出了绿色生态型低碳道路建设应是在道路的全寿命周期内，昀大限度地节约资源（节地、节能、节材）、保护环境、减少污染，实现道路的可持续发展。
　　长安大学陈红提出道路建设应以生态效益、经济效益和社会效益协调发展为目标，运用生态学的科学原理指导公路工程实践，在公路的设计、建设中与自然环境相融合，在公路建设项目整个生命周期中综合运用各种工程措施，尽量减少对环境的破坏与污染，形成行车安全舒适、运输高效便利、景观完整和谐的带状公路交通生态系统和区域交通低碳生态系统。
　　交通运输部公路科学研究院秦晓春，结合我国“十二五”建设绿色交通体系的要求，建立了低碳理念下绿色公路建设的关键技术与应用体系。
　　长安大学郝培文提出了绿色低碳公路理念及评价体系，将绿色公路定义为基于可持续发展定义及要求，将一系列优良的可持续性发展实践运用于道路设计和施工过程中的公路项目。并指出绿色低碳道路的核心之一是路面技术，包括长寿路面技术、透水性路面、温拌沥青技术和冷铺路面等，另外还提出环境和水、道路的适用性、施工及材料资源等低碳绿色公路的评价指标。

第 1章 绪 论 
　　1.1低碳道路建设背景 
　　当前，发展低碳经济、建设低碳社会已经成为我国乃至世界的战略重点。国家“十二五”规划明确指出加快建设资源节约型、环境友好型社会，提高生态文明水平，并提出加快构建资源节约、环境友好的生产方式和消费模式，增强可持续发展能力。《国家中长期科技发展规划纲要（ 2006—2020）》明确指出，要促进交通运输向节能、环保和更加安全的方向发展，突破交通基础设施建设关键技术，提高建设质量。《公路水运交通运输“十二五”科技发展规划》明确指出发展以低碳为特征的绿色交通运输体系，大力加强节能减排材料及生态环境保护技术等的研发应用，推进资源节约型、环境友好型和低碳多功能行业建设，这使得低碳道路的建设深入人心，国内各省市的新兴道路建设面临新的历史使命。 
　　低碳道路理念提出时，多数人员将其狭义地理解为在道路工程建设中通过一定的技术控制 CO2等温室气体的排放量，对低碳道路的内涵产生了混淆。对此，众多专家学者通过对具备绿色生态效益低碳道路的研究给出了低碳道路的定义。 
　　长安大学王朝辉以中新生态城绿色交通系统为先导，分别以绿色、生态为导向的城市道路横断面布置，以节能、降耗为指导的环保型路基、基层关键技术，以减排、降噪为主题的生态型路面关键技术，以舒适、安全为基础的慢行系统结构设计等绿色生态型道路关键技术方面进行了研究，提出了绿色生态型低碳道路建设应是在道路的全寿命周期内，昀大限度地节约资源（节地、节能、节材）、保护环境、减少污染，实现道路的可持续发展。 
　　长安大学陈红提出道路建设应以生态效益、经济效益和社会效益协调发展为目标，运用生态学的科学原理指导公路工程实践，在公路的设计、建设中与自然环境相融合，在公路建设项目整个生命周期中综合运用各种工程措施，尽量减少对环境的破坏与污染，形成行车安全舒适、运输高效便利、景观完整和谐的带状公路交通生态系统和区域交通低碳生态系统。 
　　交通运输部公路科学研究院秦晓春，结合我国“十二五”建设绿色交通体系的要求，建立了低碳理念下绿色公路建设的关键技术与应用体系。 
　　长安大学郝培文提出了绿色低碳公路理念及评价体系，将绿色公路定义为基于可持续发展定义及要求，将一系列优良的可持续性发展实践运用于道路设计和施工过程中的公路项目。并指出绿色低碳道路的核心之一是路面技术，包括长寿路面技术、透水性路面、温拌沥青技术和冷铺路面等，另外还提出环境和水、道路的适用性、施工及材料资源等低碳绿色公路的评价指标。 
　　长安大学沙爱民提出现代路面不仅应满足行驶条件的基本要求，还应从环境角度考虑，拓宽路面的环境功能，以环保路面为主题，研究了包括透水路面、低噪声路面、低吸热路面、除冰雪路面、反光路面等在内的一系列环保型路面材料，其成果丰富和发展了现代道路工程的知识体系，带动了现代道路工程技术的进步。 
　　综上所述，低碳道路归纳起来应是：从道路规划、设计、施工、运营、维护等全寿命周期中的一个或几个阶段入手，采用低碳新理念、新材料、新方法、新工艺，实现道路工程全寿命周期范围内污染气体排放强度、能源消耗以及对环境污染程度的显著降低，为交通行业节能减排创造有利条件，同时还包括能够解决道路在使用过程中遇到的某些环境问题的道路工程。 
　　由此可以看出，随着人们环保意识的增强，开始对路面材料的功能提出更多的要求，道路材料也不仅局限于路用性能良好及耐久长寿的目标，多功能属性和环境友好型路面材料已成为道路专家学者及工程人员目前乃至未来的主要研究方向之一。 
　　1.2低碳环保型路面研究现状 
　　低碳环保路面的宗旨就是通过在道路工程建设中采取一定的措施，使道路工程在施工过程中能够减少能源的消耗、污染物的排放和对施工人员身体健康的危害，同时（或）在施工完成后能够具备某种环境功效，以达到有利于环境建设的目的。通过低碳环保路面的建设，不仅可实现传统道路的通道功能，还可使道路这一基础设施同时具备通道和环境功效的综合作用，实现路面材料的技术革新，对我国建设“双型”社会具有重大的意义。 
　　国内道路专家和学者已开展了部分具备环境功效的路面材料和技术的研究，其中具有减排功能的为温拌沥青混合料，在一定程度上缓解了热拌沥青混合料拌和时环境污染的问题。但是，大多数温拌剂的作用原理是通过降低沥青的低温黏度使其实现在较低温度下拌和，会对沥青的低温性能产生一定的影响，且目前多数温拌剂的价格较高。 
　　具有阻燃抑烟功能的基本上为隧道改性沥青材料，但大多数改性沥青材料的阻燃效应、路用性能、经济性等难以匹配，某些阻燃剂甚至具有毒性。 
　　具有净化空气功能的主要为加入光催化剂的路面材料，日本首先提出将 TiO2作为光催化剂的构想，国内东南大学、同济大学等也分别进行了研究，但路面材料性能受到一定影响，而且 TiO2价格较贵。 
　　具有降低路面温度效果的技术主要有改变沥青路面结构的“被动”式和在路 
　　表面涂抹降温材料的“主动”式两种。从路面结构类型出发主要为采用透水路面， 
　　其有利于蒸发散热、降低路面的热容量，此种技术的主要优点体现在透水性上， 
　　降温效果有限。从路面辐射角度出发指在原有路面基础上添加或涂抹降温材料， 
　　增加路面反射率，从而降低路面的蓄积热量。涂过这种材料的路面温度均有一定 
　　程度的降低，该材料成本较高、施工较为不便、耐久性差，且重复利用率低。 
　　针对寒冷季节积雪易造成路面结冰给行车安全带来较大隐患的问题，众多道 
　　路科研机构发明了包含能量转化型融雪化冰技术、自应力高弹除冰路面、导电路 
　　面融雪技术、化学类冻结抑制路面等技术在内的融雪化冰路面，在工程应用过程 
　　中各融雪化冰路面具备一定效果。但是也存在部分问题，广泛采用的化学融雪方 
　　法容易腐蚀道路设施，导电路面在电压控制上存在一定难度，不同地区气候环境 
　　条件不同采用相同措施化雪效果差别也较大等。因此，在融雪化冰方面，仍需继 
　　续寻找安全、理想的方式，决不能简单引进、照搬照抄外国的规范。 
　　从上述各低碳环保型路面的介绍已经看出，低碳环保路面的研究已逐渐成为 
　　各道路专家学者的关注点，但是目前多数针对路面的低碳环保技术尚处于发展起 
　　步阶段，还未形成完善的应用技术体系，亟待开发出能够具有一种或者几种环境 
　　功效，同时又不影响或能够改善路面路用性能的低碳环保路面新材料或新技术， 
　　从而实现公路建设和生态环境保护和谐发展。 
　　1.3低碳路面材料发展方向 
　　一系列绿色环保型沥青路面材料的研究，填补了我国相关道路技术领域的空白，实现了我国环保道路材料的跨越式发展，为推进资源节约型和环境友好型道路建设作出了贡献，但是其存在的问题也是不能忽视的，因此，在道路工程建设领域，为更好地服务于低碳、生态友好型与资源节约型社会建设的理念，要对道路材料提出新的要求，现归纳为以下几点。①节能减排，环保低碳（环保型）：生态环境恶化、全球气候变暖、污染现状触目惊心以及我国人均资源匮乏的现状，要求我们必须重视节能环保问题，在生活工作中坚持“节能减排、环保低碳”的理念，才能实现全民节约昀多的资源、实现昀少的排放。②多重功效，主动优先（智能型）：目前具备环境功效的路面材料多数环境功效单一，且只有在一定条件下才能发挥功能，表现为“被动”环保，若能开发出一种同时具备多重环境功效且原材料自身物化性能能够实现主动发挥作用的路面材料将具有十分广阔的前景。③功能为主，性能优良（功能型）：路面昀基本的作用是能够承担车辆荷载的作用。环境功效再好，路用性能得不到保证也是空谈，因此，低碳环保路面材料应同时兼顾环境功能与使用性能。④材料低廉，来源广泛（经济型）：一种新材料 
　　的研发若在原材料来源广泛、价格低廉的情况下进行，将会大大提高其应用需求，因此，环保路面材料宜优选价格合适的原材料。 
　　本书结合上述理念，在制备低碳多功能改性沥青的基础上，首先介绍该改性沥青及其混合料的路用性能，接着全面介绍该改性剂用于道路材料热拌减排、降低路面温度、阻燃抑烟与净化空气等的环境功效，在此基础上介绍低碳多功能改性沥青具备上述环境功效的作用机理，阐述低碳多功能 WEAM改性沥青混合料的施工质量控制，介绍低碳多功能改性沥青混合料专家决策系统，昀后结合试验路介绍低碳多功能改性沥青混合料的实际工程应用效果。 
　　第 2章 基于电性能的低碳多功能改性沥青制备工艺 
　　大部分具备环境功效的路面材料是在基本不影响或改善路面材料性能的前提下，通过掺加一定量具有特殊性能的改性剂而形成的，其功能属性主要来源于改性剂。因此，改性剂的选择是研究多功能属性和环境友好型路面材料的重要前提。本书中选取的 Tourmaline原材料就是基于其优良的压、热电性能，其电性能的发挥程度将直接影响低碳多功能改性沥青环境功效发挥效果，因此，有必要了解以 Tourmaline为原材料制备的改性沥青掺入沥青后其电性能是否充分发挥。本章主要对以下 3个方面的内容进行全面介绍：低碳多功能改性沥青基础材料优选和制备、低碳多功能改性沥青的制备工艺和低碳多功能改性沥青的电性能。 
　　2.1基础材料优选和制备 
　　2.1.1基础材料初选 
　　从低碳环保角度出发，低碳环保型改性沥青改性剂的昀理想特点是其同时具有下述几种功能。 
　　（1）施工及生产过程中的减排。 
　　传统热拌沥青混合料在生产和施工过程中能源消耗较大，沥青烟和有害气体排放较多，对环境和施工人员身体健康均不利。因此，若能在沥青混合料生产和施工过程中采取一定的技术措施对沥青烟和粉尘等污染气体吸附或者还原，将具有重要的意义。 
　　（2）施工完成后降低路面温度。 
　　沥青路面易受环境温度影响，造成路面损坏，在夏季高温条件下，由于沥青是一种吸热材料，路面温度往往在 60℃以上，导致沥青路面易产生车辙等病害，且由于沥青吸热特性的发挥，夏季高温季节易加剧城市“热岛效应”，影响城市的环境及舒适性。因此，低碳环保性改性沥青宜具备的另一特点是能够将夏季温度过高时沥青混凝土路面蓄积的热量进行转化，使其实现转移或者转换（以另一种能量形式存在），从而降低路面温度、提高道路的高温稳定性。 
　　（3）隧道路面中的阻燃抑烟。当沥青用于隧道工程时，由于隧道内部空间相对封闭，一旦发生火灾，火势极难控制，将会造成大量的人员伤亡和经济损失。因此，低碳环保型路面材料低碳特点的表现为：具有一定的阻燃效果，从源头上预防沥青混凝土路面尤其是隧道内沥青路面发生火灾后火势不可控的问题。 
　　（4）净化空气。 
　　汽车尾气尤其是其中的 NOx、HC和 CO等气体造成的空气污染越来越重，严重威胁着城市居民的生存环境。据不完全统计，空气污染物中 40%以上的 NOx、 80%以上的 CO、70%以上的 HC化合物都是汽车尾气造成的，治理汽车尾气造成的环境污染对提高道路使用品质和保护环境具有重大意义。目前有些汽车会在排气管中安装尾气净化装置，但不能完全分解和还原上述有害气体。因此，路面中若具有能净化汽车尾气的成分，无疑具有非常大的意义。 
　　基于上述几种目标，在沥青中需掺加具有物理吸附或化学吸附功能的添加剂，而具备压电性和热电性的材料可以较好地实现上述功能。压电性是指某些电解质晶体，可以通过纯粹的机械作用（拉应力、压应力或切应力）发生极化，并导致介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。热电性是指晶体由于受热，温度发生变化而自发极化，在晶体的一定方向上产生表面电荷。 
　　无论压电性还是热电性，在这两种性能作用下产生的电荷均有相同的作用：可吸附沥青烟、粉尘等有害成分，在沥青高温拌和过程中具有非常明显的减排功效；对沥青路面燃烧时固体降解区外层和预燃区附近的气体可燃物产生吸附作用，减少挥发出的可燃气体，从而阻止可燃气体继续参与燃烧和沥青烟的排放，达到阻燃和抑烟的双重功效。 
　　此外，因具有压电性，在行车荷载的作用下，改性剂能够产生自发极化效应，使其周围束缚的电荷重新分布，在电荷迁移过程中消耗行车荷载所带来的机械能，从一定程度上减轻荷载对路面的作用。因具有热电性，在外界温度变化情况下，二次自发极化形成的电场周围束缚的电荷迁移，将多余的热量散失，起到降低路面温度的效果，从而提高沥青路面的高温性能。 
　　因此，若将一种或几种具有压电性或 /和热电性的材料进行改性剂研发，将其加入沥青中，无疑具有良好的改善沥青性能的效果。基于压、热电材料优良的性能，经过大量调查及试验对比测试， 
　　……

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低碳多功能改性沥青材料制备与性能

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