《纳米改性沥青及其路用性能》科学出版 孙璐教授最新力作

内容简介 

本书以零维纳米粒子和二维层状纳米材料为复合改性剂，详细介绍了对沥青路面常用基质沥青进行改性研究的理论方法和实验过程。主要包括纳米材料改性沥青的制备工艺、最佳共混体系的研究、改性沥青结合料的路用性能检验的常规和非常规指标以及所制备的改性沥青的实验室检验分析、电镜扫描、红外光谱等现代分析测试手段对纳米沥青的改性机理的分析和阐述、室内混合料实验分析以及实际工程项目中纳米改性沥青的实际路用性能分析。 
全书是在总结梳理作者负责的相关项目研究成果，并广泛吸收国内外同行研究成果和先进经验而著；内容系统、全面，并附有大量图表说明以及实际应用数据供读者借鉴分析；语言简练，深入浅出，图文并茂。对道路工程建设及材料研究等具有较大的借鉴和指导意义。 
本书可供道路工程、市政建设、土木工程材料等专业的高年级本科生、研究生以及相关领域的科研人员和实验人员使用。 
作者孙璐：东南大学教授，中国长江学者，美国交通信息管理课题首席科学家。

前 言 

材料是人类社会进步不竭的动力，是交通、土木、建筑、水利工程等基础设施建设的基础。随着社会的不断进步和科学技术日新月异，工程中对材料的要求也变得更高，传统材料正受到越来越多的挑战，一些方面已经难以满足生产实践的要求。研制高性能的工程材料和相关技术一直是科研工作者的紧迫任务。作为新一代高科技材料，纳米材料及制备技术的诞生为工程材料向更高层次发展提供了契机。 
纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1~100nm)的材料，由尺寸介于原子分子和宏观体系之间的纳米粒子组成。当粒子尺度小到纳米量级时，性质就从量变转换为质变，其力学、热学、电学、磁学和光学性质发生根本性变化。纳米粒子的尺寸小、比表面积大，位于表面的原子占很大比例。由于表面原子具有不饱和的悬挂键，性质很不稳定，使纳米粒子的活性大大增加，这就使得由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的宏观材料体系的许多特殊性质，如表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺度效应及宏观量子隧道效应等。通过科学的方法将纳米材料与普通材料复合，发挥纳米材料的特殊效应，已成为制备高性能工程材料的一条重要途径。 
近年来，纳米材料与技术也逐渐渗透到交通、土木、建筑、水利工程材料领域。科技工作者已开始尝试将纳米材料与技术用于提高沥青性能的研究和开发，以提高沥青混凝土路面的功能性和耐久性，减少或延缓工程结构病害的发生，延长交通基础设施的服役寿命，更好地满足交通发展的需要。RILEM国际材料与结构协会于2008年专门成立了纳米沥青技术协会，并计划于2013年召开第一届国际纳米沥青会议，可见纳米技术已经为沥青改性带来了全新的视野，必将成为沥青改性的一个新趋势。沥青混凝土的宏观路用性能是由路面材料组成的微观结构所决定的，尤其是在微米和纳米尺度量级下发生的作用。因而，改善沥青材料在微米和纳米尺度上的微观结构就能够从根本上大幅度提高沥青材料的宏观性能。 
沥青材料是由饱和分、芳香分、胶质、沥青质组成的复杂聚合物。各个组分之间通过物理-化学相互作用相互制约，具有强烈的温度依赖流变性能。饱和分主要由正构烷烃、异构烷烃和环烷烃组成，其平均相对分子质量在500～800g/mol；芳香分主要是带环烷和长链烷基的芳香烃，平均相对分子质量在800～1000g/mol；胶质也称极性芳烃，平均相对分子质量在1300～1800g/mol；沥青质是沥青胶体体系的核心，平均相对分子质量为数千至近万g/mol，是高度缩合的芳香烃。沥青中高分子量的成分比重越大，则流变性越差。纳米材料的性能恰好与沥青材料的性能互补。纳米粒子的比表面积巨大，可增加沥青材料的内聚力，提高黏度，使得高温下沥青材料不易变形、软化和流动，因而有利于高温性能的提高；纳米材料均匀分散在沥青中，相当于无数个微小的骨料级配，将沥青材料紧紧地嵌构在一起，可以抵抗低温收缩产生的应力，增加应力和噪声的吸收能力。在重复重载荷下，根据裂纹扩展受阻机制，消耗应力应变能，可改善其脆性和低温性能；无机纳米材料还有利于提高沥青的摩擦性能、抗老化性能和环保性能等。 
本书是作者对过去五年中在该领域所开展的一系列科学研究和工程实践的提炼和总结，针对高性能纳米材料改性沥青的研究抛砖引玉，阐述从其制备工艺到路用性能的各个方面，探索改性沥青的新理念和新技术，为纳米改性沥青的发展奠定理论和应用基础。全书共包含六章内容，包括纳米材料的选择、纳米改性沥青的制备、纳米改性沥青的微观与宏观性能的描述以及纳米混凝土路用性能的评价。本书共包含六章内容，其中孙璐负责全书的研究和撰写，王鸿遥、王四小、霍翠兰、张惠民参加了第一和第五章的研究和撰写工作，马晓燕、吴俊、徐勤装、许玮、辛宪涛参加了第五章的研究、撰写、统稿和校稿等工作。在此，对项目研究和专著撰写提供过帮助和支持的同仁表示感谢。欢迎业内专家对纳米材料改性沥青研究进行交流。 
 
目 录 
第一章 概述
1.1 项目研究背景及意义
1.2 改性沥青研究现状
1.3 纳米材料的发展及其在道路工程领域的应用
1.4 研究目的
1.5 主要研究内容
1.6 本章小结
第二章 纳米材料综合比选
2.1 纳米材料研究
2.2 纳米材料的筛选
2.3 本章小结
第三章 改性沥青结合料室内试验研究
3.1 纳米改性沥青室内制备工艺
3.2 纳米改性沥青常规指标试验
3.3 纳米改性沥青非常规指标试验
3.4 纳米改性沥青微观试验及机理分析
3.5 本章小结
第四章 改性沥青混合料室内试验研究
4.1 改性沥青结合料确定及性能评价
4.2 改性沥青混合料试验方案
4.3 试验方法
4.4 沥青混合料的配合比设计
4.5 沥青混合料路用性能试验数据及结论分析
4.6 本章小结
第五章 改性沥青的实际工程应用
5.1 试验路依托工程概况
5.2 试验路方案
5.3 改性沥青混合料的生产
5.4 试验路铺筑
5.5 试验路检验
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望
参考文献
附录 改性沥青混凝土配合比设计数据