纳米改性沥青路面施工工艺与路用性能提升研究

引言

随着交通量的不断增加和车辆轴重的日益增大，传统沥青路面在耐久性、抗裂性、抗滑性等方面面临着严峻挑战。为了提高沥青路面的使用性能，延长其使用寿命，研究者们不断探索新的材料和技术。纳米技术作为21 世纪的前沿科技，以其独特的物理化学性质在材料改性领域展现出巨大潜力。将纳米材料应用于沥青改性，成为提升沥青路面性能的新途径。

一、纳米改性沥青路面施工工艺

（一）原材料准备

在纳米材料选择上，应用于沥青改性的主要有纳米二氧化硅、纳米碳酸钙等。不同纳米材料对沥青性能改善有别，如纳米二氧化硅可提升高温稳定性与抗疲劳性，纳米碳酸钙能增强韧性与抗老化性。实际工程中，要根据道路需求与环境条件选材，并控制粒径（ 1-100nm ）、纯度等指标。沥青应选合格基质沥青，集料要洁净、干燥、强度耐磨，且注意合理级配以提升路面性能。

（二）纳米改性沥青制备

纳米改性沥青的制备过程中，关键在于实现纳米材料在沥青中的均匀分散。常用的制备方法有机械搅拌法、高速剪切法和胶体磨法等。机械搅拌法是通过搅拌器的旋转，使纳米材料与沥青混合，但该方法分散效果相对较差；高速剪切法利用高速旋转的剪切头产生强大的剪切力，将纳米材料破碎并分散在沥青中，分散效果较好；胶体磨法是将纳米材料和沥青送入胶体磨中，通过研磨盘的高速旋转实现纳米材料的细化和分散，其分散均匀性最佳。在制备过程中，还需控制好搅拌（或剪切、研磨）的时间、温度和转速等参数。一般搅拌温度控制在 160-180^∘C ，搅拌时间为45-60 分钟，以确保纳米材料充分分散在沥青中，形成稳定的纳米改性沥青。

（三）沥青混合料搅拌

将制备好的纳米改性沥青与集料、矿粉等按照设计配合比进行搅拌。搅拌过程中，要严格控制搅拌温度和时间。搅拌温度过高，会导致沥青老化，降低路面性能；搅拌温度过低，则会使沥青与集料不能充分裹覆，影响混合料的质量。通常，纳米改性沥青混合料的搅拌温度比普通沥青混合料高 5-10^∘C ，一般控制在 170–185^∘C_c 。搅拌时间也应适当延长，干拌时间为5-10 秒，湿拌时间为 30-45 秒，确保纳米改性沥青与集料均匀混合，形成具有良好工作性能的沥青混合料。

（四）摊铺与碾压

摊铺作业时，纳米改性沥青混合料摊铺前要预热摊铺机，温度不低于160^∘C. 。摊铺中，控制速度在 2⋅4m/min ，匀速摊铺，确保路面平整。同时，通过调整熨平板高度控制摊铺厚度，符合设计要求。相邻摊铺带重叠 5-10cm，保证连续性与整体性。碾压施工分初压、复压、终压三阶段，各阶段控制不同温度、采用不同压路机，按规范遍数碾压，注意碾压路线和方向，避免损伤路面。

二、纳米改性沥青路面路用性能提升分析

（一）高温稳定性提升

纳米材料的加入能够改变沥青的分子结构，增加沥青的黏度和内聚力，从而提高沥青混合料的高温稳定性。纳米颗粒均匀分散在沥青中，形成一种物理交联网络结构，限制了沥青分子的热运动，使沥青在高温下不易流动变形。例如，纳米二氧化硅具有较高的硬度和比表面积，能够有效填充沥青的空隙，增强沥青混合料的骨架结构，提高其抵抗车辙的能力。通过车辙试验对比发现，纳米改性沥青路面的动稳定度比普通沥青路面提高30%-50% ，在高温重载交通条件下，能够显著减少车辙病害的发生。

（二）低温抗裂性改善

在低温环境下，纳米改性沥青能够有效降低沥青的脆性，提高其柔韧性和抗裂性能。纳米材料的小尺寸效应使其能够均匀分散在沥青中，起到增韧作用，缓解沥青在低温时的收缩应力。同时，纳米材料与沥青之间的界面作用力较强，能够增强沥青混合料的整体韧性。

（三）水稳定性增强

纳米改性沥青能够改善沥青与集料之间的粘附性能，提高沥青路面的水稳定性。纳米材料的表面活性高，能够与沥青和集料表面发生物理或化学反应，增强界面粘结力。同时，纳米材料形成的网络结构能够阻止水分的侵入和扩散，减少水分对沥青与集料界面的破坏。通过水煮法和冻融劈裂试验发现，纳米改性沥青混合料的粘附等级比普通沥青混合料提高 1-2级，冻融劈裂强度比提高 15%-25% ，有效降低了路面在水侵蚀作用下出现剥落、坑槽等病害的风险。

（四）抗疲劳性能提高

纳米改性沥青能够延缓沥青混合料的疲劳损伤，提高其抗疲劳性能。纳米材料的加入改善了沥青的微观结构，增强了沥青混合料的韧性和抗变形能力，使其在反复荷载作用下能够承受更多的应力循环次数。例如，碳纳米管具有优异的力学性能和导电性能，能够在沥青中形成导电网络，监测沥青混合料的疲劳损伤情况。

结束语

综上所述，纳米改性沥青路面凭借合理工艺与纳米材料改性，在高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及抗疲劳性能上显著优于普通沥青路面。从原材料准备至沥青混合料摊铺碾压，各环节均影响最终性能，需严格把控工艺要点。未来，应深化纳米材料与沥青作用机理研究，开发更优纳米改性沥青材料；优化施工工艺，提升效率与质量；加强长期性能监测评估，为广泛推广提供依据，推动道路建设技术进步。

参考文献

[1]姜伊亮.市政道路中 SBS 改性沥青混凝土路面施工工艺运用分析[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2024(10):0025-0028

[2]李俊.路面摊铺施工中SMA 沥青混凝土施工要点分析[J].中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术,2024(11):176-179

[3]陈庚.耐久性改性沥青路面施工工艺优化研究[J].中文科技期刊数据库（引文版）工程技术.2024(01):0154-0157