硕士导热沥青混凝土及其性能

（申请工学硕士学位论文）导热沥青混凝土及其性能研究导热沥青混凝土及其性能研究培养单位：材料科学与工程学院学科专业:建筑材料与工程研究生：XXX指导教师：XXX教授XXX副教授2008年4月分类号 密级UDC 学校代码XXX学位论文题目导热沥青混凝土及其性能研究英文题目PropertiesInvestigationofThermalConductiveAsphaltMixtures研究生姓名XXX指导教师姓名XXX职称教授指导教师单位名称材料科学与工程学院邮编XXX副指导教师姓名XXX职称副教授副指导教师单位名称材料科学与工程学院邮编XXX申请学位级别工学硕士学科专业名称建筑材料与工程论文提交日期2008年4月论文答辩日期2008年4月8号学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席XXX评阅人XXX摘要黑色沥青路面具有很强的吸收太阳能的能力，犹如巨大的太阳能吸收面板，如果将沥青路面收集的太阳能利用起来的话，不仅能够用于路面的融雪化冰，还能给建筑物供暖供冷，从而减少传统能源在建筑能耗中的使用，大大缓解我国能源紧张并减少CO2等废气的排放。因此，近年来利用沥青路面吸收太阳能成为了一项新型的能源利用技术。在我国的气候条件下，该技术能够提供多少能量以及如何提高该系统的集热效率便成为了大家关心的问题。增大路面材料导热系数，能够降低路表辐射热损失、加快热量的传递，从而有利于提高沥青路面太阳能的集热效率。本文从提高集热效率的角度出发，通过掺加多种高导热填料，制备出导热沥青混凝土集热面层，并建立有限元模型，用于预测导热沥青路面的温度场分布，为评价导热沥青路面可利用太阳能潜能奠定了基础。本文首先研究了导热相填料对沥青胶浆流变性能的影响，结果表明合适掺量的石墨造成沥青胶浆针入度下降、软化点升高、粘度增大、温度敏感性下降；并能够增大沥青胶浆的复合剪切模量，降低其相位角。第二，采用瞬态平板热源技术测量了沥青混凝土的热学参数，研究了不同导热相填料掺量对沥青混凝土热学参数的影响，结果表明石墨能够大大改善沥青混凝土的导热性能，但碳纤维对导热性能没有进一步的改善效果。第三，利用有限元方法，建立了一个瞬态、二维模型，用以预测路面温度场的分布，结果表明：掺入石墨后，导热沥青路面的变温速率增大，温度梯度减小，路面内10cm处的温度比普通路面可升高3.4°C。第四，研究了导热相填料对沥青混凝土动态模量以及路用性能的影响，结果表明：在较低的温度下，动态模量随石墨掺量的增加而增大，相位角随石墨掺量的增加而减小；掺入石墨后，导热沥青混凝土的强度大大下降，但碳纤维能起到明显的增强效果；石墨和碳纤维能够大幅提高沥青混合料的高温稳定性；在间接拉伸的应力模式下，掺入石墨的导热沥青混凝土具有更好的耐疲劳性能，且掺入碳纤维后，疲劳性能有进一步的改善效果。最后，本文认为：对于导热沥青路面太阳能集热面层来说，宜同时采用石墨与碳纤维作为导热相填料，且石墨的用量不宜超过沥青胶浆体积比的18％。关键词：太阳能，沥青混凝土，导热，温度场，路用性能AbstractAblackasphaltpavementcanbeconsideredtobeanenormoussolarcollectorduetoitsexcellentheating-absorptionproperty.Theenergycollectedformasphaltpavementscanbeusedforsnow-meltingandforcoolingandheatingofadjacentbuildings.Asaresult,itcanabatetheuseoffossilfuelinheatingbuildingsandreducetheCO2emission.Becauseoftheobviousbenefits,asphaltsolarcollectorsarebecominganewwayofharnessingsolarenergy.Interestinsuchanasphaltcollectorismainlyfocusedontheenergypotentialandthethermalefficiencyunderourcountry’sclimate.It’sknowntoallthatitcanenhancethethermalefficiencyduetohigherthermalconductivityandlowerheatradiationloss.Theaimofthispaperistoproducethermalconductiveasphaltsolarcollectorbyaddingdifferentthermalconductivefillerssoastoimprovethethermalefficiency.Andthenafiniteelementmodelwassimulatedtopredictthetemperaturedistributionofconductiveasphaltpavement.Itissupposedtobethebasefortheevaluationofenergypotentialofconductiveasphaltpavement.Firstly,theeffectsofconductivefillersontherheologicalpropertiesofasphaltbindersweretakenintoconsideration.Theresultsindicatethataproperadditionofgraphitecanleadalowerpenetrationandtemperaturesensitivity,butahighersofteningpointandviscosity.Thecomplexmodulusisincreasedwhilethephaseangelisdecreased.Secondly,theeffectsofthermalfillersonthermalpropertiesofasphaltmixturesweremeasuredbytransientplantsourcemethod.Theresultsshowthattheadditionofgraphitecangreatlyimprovethethermalconductivity.Butthereisnofurtherimprovementduetotheadditionofcarbonfibers.Thirdly,atransient,two-dimensionalmodelwassimulatedbyfiniteelementmethod,soastopredictthetemperaturedistributionofconductiveasphaltpavement.Theresultspresentthatafterthegraphitewasmixedintotheasphaltmixtures,asphaltpavementarewithacceleratedtemperaturechangingrateandlowertemperaturegradient.Andcomparedwithnormalpavement,thetemperatureat10cmdepthofconductiveasphaltcanincreaseby3.4°C.Fourthly,theeffectsofthermalconductivefillersonthedynamicmodulusandpavementpropertiesofasphaltmixtureswereinvestigated.Theresultsillustratethatwithanincreasingadditionofgraphite,thedynamicmoduluspresentsanincreasetrendandthephaseangledecreasesatlowertemperature.Theindirecttensilestrengthisgreatlyweakenedbytheadditionofgraphite.Butcarbonfibersplayapositiveroleinsupportingthestrength.Thepermanentdeformationcanbegreatlyimprovedbytheadditionofgraphiteandcarbonfibers.Theadditionofgraphitecanimprovethefatiguepropertiesofasphaltmixturesandcarbonfiberscauseafurtherimprovement.Attheend,thesuggestionisthatit’sbetterforconductiveasphaltsolarcollectortousegraphiteandcarbonfibersasconductivefillerandthedosageofgraphiteisnomorethan18%.Keywords:Solarenergy,Asphaltmixtures,Thermalconductive,Pavementtemperature,Pavementperformance目录HYPERLINK第2章原材料与试验方法 10HYPERLINK第3章导热沥青胶浆流变性能研究 15HYPERLINK\l"_Toc195869227"3.1试样的制备 15HYPERLINK\l"_Toc195869228"3.2沥青针入度试验 15HYPERLINK\l"_Toc195869229"3.2.1试验方法 15HYPERLINK\l"_Toc195869230"3.2.2试验结果分析 16HYPERLINK\l"_Toc195869231"3.3沥青粘度试验 18HYPERLINK\l"_Toc195869232"3.3.1试验方法 18HYPERLINK\l"_Toc195869233"3.3.2试验结果分析 19HYPERLINK\l"_Toc195869234"3.4温度敏感感性指标综综合分析 22HYPERLINK\l"_Toc195869235"3.5沥青软软化点试验验 24HYPERLINK\l"_Toc195869236"3.5.1试试验方法 24HYPERLINK\l"_Toc195869237"3.5.2试试验结果分分析 24HYPERLINK\l"_Toc195869238"3.6沥青延度度试验 26HYPERLINK\l"_Toc195869239"3.6.1试试验方法 26HYPERLINK\l"_Toc195869240"3.6.2试试验结果分分析 27HYPERLINK\l"_Toc195869241"3.7动态剪剪切流变试试验 27HYPERLINK\l"_Toc195869242"3.7.1试试验方法 27HYPERLINK\l"_Toc195869243"3.7.2试试验结果分分析 29HYPERLINK\l"_Toc195869244"3.8本章小小结 35第4章导热沥青青混凝土热热学参数的的测量 36HYPERLINK\l"_Toc195869246"4.1瞬态平平板热源法法的测量原原理 36HYPERLINK\l"_Toc195869247"4.2试样的的制备 39HYPERLINK\l"_Toc195869248"4.3试验参参数的设定定 40HYPERLINK\l"_Toc195869249"4.4试验结果果分析 41HYPERLINK\l"_Toc195869250"4.2.1导导热相填料料对导热系系数与比热热的影响 41HYPERLINK\l"_Toc195869251"4.4.2导导热相填料料对导温系系数的影响响 42HYPERLINK\l"_Toc195869252"4.5导热沥青青混凝土导导热机理分分析 43HYPERLINK\l"_Toc195869253"4.6本章小结结 44第5章路面温度度场的分布布模拟研究究 45HYPERLINK\l"_Toc195869255"5.1模型的建建立及求解解 45HYPERLINK\l"_Toc195869256"5.1.1沥沥青路表的的能量平衡衡分析 45HYPERLINK\l"_Toc195869257"5.1.2采采用的材料料参数 47HYPERLINK\l"_Toc195869258"5.1.3有有限元网格格的划分 48HYPERLINK\l"_Toc195869259"5.1.4模模型的计算算原理 48HYPERLINK\l"_Toc195869260"5.1.5边边界条件 49HYPERLINK\l"_Toc195869261"5.1.6气气候数据 50HYPERLINK\l"_Toc195869262"5.2模拟的的结果与分分析 50HYPERLINK\l"_Toc195869263"5.2.1石石墨掺量对对沥青路面面温度场分分布的影响响 50HYPERLINK\l"_Toc195869264"5.2.2石石墨掺量对对温度变化化速率的影影响 52HYPERLINK\l"_Toc195869265"5.2.3石石墨掺量对对温度梯度度的影响 53HYPERLINK\l"_Toc195869266"5.3本章小小结 54第6章导热沥青青混凝土动动态模量与与路用性能能研究 55HYPERLINK\l"_Toc195869268"6.1导热相相填料对沥沥青混凝土土动态模量量的影响 55HYPERLINK\l"_Toc195869269"6.1.1试试验方法 55HYPERLINK\l"_Toc195869270"6.1.2温温度和频率率对动态模模量及相位位角的影响响 56HYPERLINK\l"_Toc195869271"6.1.3石石墨掺量对对动态模量量与相位角角的影响 58HYPERLINK\l"_Toc195869272"6.1.4石石墨掺量对对车辙因子子的影响 60HYPERLINK\l"_Toc195869273"6.1.5动动态模量主主曲线 60HYPERLINK\l"_Toc195869274"6.2导热相相填料对沥沥青混合料料路用性能能的影响 61HYPERLINK\l"_Toc195869275"6.2.1试试样的制备备 61HYPERLINK\l"_Toc195869276"6.2.2水水稳定性试试验 62HYPERLINK\l"_Toc195869277"6.2.3高高温稳定性性试验 65HYPERLINK\l"_Toc195869278"6.2.4间间接拉伸疲疲劳试验 66HYPERLINK\l"_Toc195869279"6.3本章小小结 68第7章结论与展展望 70HYPERLINK\l"_Toc195869281"7.1结论 70HYPERLINK\l"_Toc195869282"7.2展望71第1章绪论1.1沥青路面面太阳能集集热技术研研究背景我国经济的持续续快速发展展刺激了能能源需求的的成倍增长长。然而，我我国的能源源资源储量量不容乐观观，能源经经济可开发发的剩余采采储量资源源保证度仅仅为130年。并且且矿物能源源的大量利利用已造成成了严重的的环境污染染和生态恶恶化，由于于能源利用用排放的污污染物，已已造成全国国57％的城市市颗粒物超超过国家限限制值，有有48个城市的SO2浓度超过过国家二级级排放标准准，有82％的城市市出现过酸酸雨[1]]。因此，大大力发展新新能源和可可再生能源源已成为我我国经济发发展的战略略目标。太阳能的开发和和利用是新新能源开发发的重要内内容。我国国的太阳能能资源十分分丰富，分分布广阔，2/3的地区年年辐射总量量大于50200MJ/mm2，年日照照时数在2200小时以上上，具有利利用太阳能能的良好条条件[1]，比日本本、欧洲的的条件优越越得多。太太阳能的主主要利用方方式有光－－热转换、光光－电转换换和光－化化学转换。太太阳能热水水系统是目目前我国太太阳能热利利用的主要要形式[22-3]，它利用用太阳能将将水加热，产产生的热能能广泛应用用于采暖、制制冷、干燥燥、蒸馏、温温室、烹饪饪以及工农农业生产的的各个领域域。沥青路面具有油油耗低、噪噪音小、抗抗滑性好、车车辆磨损小小等优点，已已被广泛应应用于城市市道路、桥桥梁加铺、机机场跑道及及高速公路路[4-5]，我国高高速公路总总里程已超超过5.3万公里，其其中90%以上采用用沥青路面面。利用沥沥青路面吸吸收太阳能能是一种新新型的能源源利用技术术，它涉及及到道路能能量的可持持续发展、新新型绿色能能源的开发发利用问题题。沥青路路面太阳能能集热技术术在能源开开发利用中中具有独特特的优势，黑黑色的沥青青路面具有有很强的太太阳能吸收收能力，其其吸收系数数可达0.9，在夏季高高温时路面面温度可达达70°C；与传传统的太阳阳能集热系系统相比，如太阳能热水器的集热面板，沥青路面具有很大的集热面积[6]。荷兰有关资料显示：每年每平方米的沥青路面可提供90~150kWh的能量，每30m2沥青路面提供的能量可满足一座住房的热量需求（2700~4500kWh）；此外路面收集的太阳能只有20％~30％用于防止路面结冰，其余70％~80％还可作其他用途。如果能够将沥青路面收集的太阳能利用起来，可给建筑物供暖供冷，从而减少传统能源在建筑能耗中的使用，大大缓解我国能源紧张局面并减少CO2等废气的排放。因此，沥青路面太阳能集热技术的研究具有十分重要的理论意义和实用价值，该技术的原理如图1-1所示：冬季供暖时，通通过土壤源源热汞装置置（3）从地下下含水土层层（2）中取出出热量，通通过管道输输送至近旁旁的建筑物物内的用户户热交换器器（4）及与之之换热管道道（5、6）连通的的供暖管系系统，实施施供暖，再再输送至路路面（1），用于于路面融雪雪化冰，夏夏季供冷时时，通过土土壤源热汞汞装置（3）从地下下含水土层层（2）中取出出冷量，再再通过管道道输送至近近旁的建筑筑物内的用用户热交换换器（4）及与之之换热管道道（5、6）连通的的供暖管系系统，实施施供冷，再再输送至路路面（1）吸收热热量，防止止路面高温温变形。图1-1沥青路路面太阳能能集热技术术原理示意意图目前，同类技术术在国外处处于实体验验证阶段，但但是得到了了各国政府府的大力支支持。该技技术的优势势在于：（1）改善行行车安全：：冬季可防防止路面结结冰，减少少温缩裂缝缝的形成，夏夏季可给路路面降温，防防止永久变变形的产生生；（2）不需要要使用化雪雪盐，杜绝绝化雪盐对对环境的负负面影响；；（3）增加路路面的稳定定性和耐久久性：该系系统能够避避免沥青路路面在最冷冷最热时的的温度场剧剧烈变化，大大大减少了了低温裂缝缝和高温变变形的产生生；（4）给建筑筑物供暖供供冷，减少少传统能源源在建筑能能耗中的比比重。沥青路面太阳能能集热技术术作为一种种新的太阳阳能利用方方式，在我我国的气候候条件下，该该技术能够够提供多少少能量以及及如何提高高该技术的的集热效率率便成为了了大家关心心的问题。集热效率与沥青混凝土的热学参数密切相关，研究表明：增大路面材料导热系数，能够降低路表辐射热损失、加快热量的传递，有利于提高沥青路面太阳能的集热效率。本研究通过掺加多种高导热填料，制备出导热沥青混凝土作为该技术的集热面层；通过试验精确测量材料的热学参数；建立瞬态、二维有限元模型，用于预测导热沥青路面的温度场分布，以此为评价导热沥青路面可利用太阳能潜能奠定基础。1.2研究现状状1.2.1沥沥青路面太太阳能集热热技术荷兰的OomssAveenhorrnHooldinng公司是世世界上第一一个从沥青青路面收集集太阳能的的公司，该该公司开发发的能量利利用系统称称之为道路路能量系统统（RoaddEneergySysttem）。设计计这种新型型能量系统统的目的是是使其能在在夏季时冷冷却路面，冬冬季时防止止路面结冰冰。该系统统由三个闭闭合水路组组成。第一一条水路位位于沥青面面层之下，由由嵌在塑料料框的软管管构成，水水流经软管管时，即可可将路面的的“冷”或者“热”带走。第第二条水路路用于热量量交换，同同时将热量量传递给地地下含水层层，地下含含水层作为为能量储存存器。第三三条水路将将储存的能能量输送出出去，用于于加热或冷冷却。第一一个商业用用道路能量量系统于2000年10月在Schaarwouude地区安装装，除了解解决路面的的融雪化冰冰问题外，还还解决了Schaarwouude地区一座座办公楼和和一个实验验室的供暖暖与制冷。荷兰还有两个类类似的能量量系统。其其一为WinnnerwaaySyystemm，目前该该系统已经经在Hariingvlliet大桥上试试验，用于于桥面的冷冷却与融雪雪化冰，已已经取得明明显的效果果。其二为为ZonnneweggSysstem，该系统统的试验项项目已经在在阿纳姆的的商业公园园里开展，用用于其内的的路面的冷冷却与融雪雪化冰，同同时为该商商业区内一一座建筑供供暖与制冷冷。英国的能源公司司开发出了了从高速公公路上收集集太阳能技技术，他们们称之为跨跨季热量传传递技术（Inteer-seeasonnalHHeatTrannsferr—IHT™）。英国国高速公路路委员会于于2004年6月开始对对该技术进进行工程验验证。验证证工程位于于M1号高速公公路的Todddingtton服务区旁旁，通过收收集的数据据对跨季热热量传递技技术的经济济、技术可可行性进行行研究。在在此基础上上，该公司司还开展了了相关的几几个道路能能量利用技技术工程的的研究。其其一为与Silcchestter公司签署署了合同，在在机场跑道道上使用该该技术，收收集的能量量用于道面面的融雪化化冰以及为为周围一建建筑物供暖暖。苏格兰阿勒浦((Ullaapooll)的隐形加加热系统公公司(InvvisibbleHHeatiingSSysteems)将韦斯特特罗斯(WessterRosss)一条沥青路面转变成成一条巨大大的太阳能能面板，在在路面下面铺铺设水管，利利用储存太太阳热量的的路面来加温温水，将所所吸收的太太阳能用来来加温家庭庭用水，以以及清除冬冬天路面的的积雪和结结冰。比利时提出了ZZoerlle-Paarwijjs的概念，基基本原理是是：利用沥沥青路面收收集太阳能能，用于居居民区的供供暖以及制制冷。美国的Wenddel提出了一一项专利为为Paviingaandssolarreneergysysttemaandmmethood，利用路路面和屋顶顶进行集热热收集太阳阳能[7]]。美国OklaahomaaStaateUUniveersitty(OSU))大学，从1998年开始，开开展路桥热热流体循环环融雪化冰冰技术的研研究工作，结结合当地气气候条件，将将路面作为为太阳能集集热系统，采采用利用竖竖孔地下换换热器的地地源热泵封封闭系统，开开展融雪化化冰和集热热蓄热过程程的研究，并并分别在弗弗吉尼亚州州西部橡树树岭的高速速公路坡道道路段和怀怀俄明州Cheyyennee高速公路路的两处坡坡道路段进进行了试验验研究[88-9]。日本国家资源环环境研究所所于1995年在日本本二户市建建造了首例例全自动路路面集热蓄蓄能式循环环热流体融融雪化冰系系统，即Gaia工程[100-11]。在公路路急弯坡道道处，建设设了65m长的该该系统，解解决防滑安安全问题。冬冬季通过热热泵运行，夏夏季通过路路面太阳能能集热蓄能能，采用套套管式地下下换热器。经经实验测试试比较，该该热流体蓄蓄能系统较较加热电缆缆系统节省省电能84%以上。目前，沥青路面面太阳能集集热技术已已经得到越越来越多的的国家的重重视，其中中，提高沥沥青路面集集热效率、改改善太阳能能集热沥青青路面的路路用性能及及耐疲劳性性能，优化化能量的跨跨季节储存存是该集热热技术的研研究热点。MarccelLLoomaans，HennkOvverslloot等建立了了数学模型型，用以预预测沥青路路面太阳能能集热技术术的热量潜潜能；VanBijsstervveld，W.TT.Hooubenn等通过三三维有限元元模型对太太阳能集热热沥青路面面的耐久性性进行了分分析，结果果表明：在在埋于沥青青面层的换换热管道处处出现了极极大的应力力集中，易易造成沥青青路面耐久久性的下降降[12]。波兰华华沙大学研研究者对桥桥面太阳能能集热过程程传热开展展模拟计算算，考虑非非透明实体体平面集热热，以及巨巨大热容体体集热的传传热瞬变问问题；此外外，对路面面存在行驶驶车辆的瞬瞬态遮阳和和再对流影影响，以及及纯平面辐辐射集热等等问题进行行了研究分分析[133]。在20世纪90年代我国一些专专家学者提提出了利用用太阳能进进行道路融融雪化冰的的设想，并并对我国利利用路面收收集太阳能能前景进行行了分析，但但实际研究究一直处于于停滞状态态。高一平平介绍了利利用太阳能能的路面融融雪系统的的组成以及及工作原理理[14]]，并结合合我国“三北”地区的具具体情况，从从技术上探探讨了在我我国应用这这种方法的的可能性，指指出“三北”地区累积积降雪时间间在100h以下，靠靠路面集热热就能够提提供所需的的融雪能力力，利用储储存的太阳阳能来融化化路面的冰冰雪是一种种非常值得得研究的方方法。朱强强、宋著坤坤等介绍了了利用太阳阳能道路融融雪化冰系系统的原理理[15-116]，分别就就太阳能———土壤蓄蓄热系统的的热量负荷荷、地下理理管、水泵泵等系统匹匹配及自动动控制系统统几个方面面做出计算算和设计；；并对太阳阳能道路融融雪化冰系系统的经济济及环境效效益进行了了分析，指指出该系统统能够克服服撒盐融冰冰法的种种种缺点，并并可以大幅幅度减少常常规能源所所带来的环环境污染，消消除燃料燃燃烧所造成成的环境污污染，具有有经济、环环境和社会会三重效益益。1.2.2沥沥青混凝土土热学参数数的研究现状状目前，在被广泛泛使用的路路面温度场场数值计算算中存在一一定的问题题，譬如：：沥青路面面的热学参数大都都是根据经经验取值，这这会影响到到计算结果果的准确性性。因此，材材料热学参参数的精确确度，是精精确建立路路面温度场场模型的基基础。用于于路面温度度场计算的的材料热学学参数主要要包括：导导热系数、比热以以及导温系系数。沥青青混凝土是由由矿物集料料和沥青胶胶结料组成成的多相复复合材料，其其热学参数数与其结构构组成等众众多因素有有关。炳文文山教授认认为沥青混混凝土的热热学参数与与各组成材材料的导热热系数，每每一相（包包含气相）的的相对含量量及其分布布状态、排排列取向，混凝土的配合比和压实度有关。BruceA.等对沥青混凝土的热学参数进行了详细的研究[17]，认为其导热系数不仅与上述因素有关，还与温度和密度有关，沥青混凝土的导热系数随其温度和密度有所变化，但是变化不大。Kavianipour指出沥青混凝土的热学参数之间的差异主要与集料和沥青有关[18]。采用计算法评价价沥青混凝凝土的导热热系数比较较复杂，文文献[19]确立了了用最小热热阻法则和和比等效导导热系数相相等法则来来计算复合合材料的等等效导热系系数。然而而。决定沥沥青混凝土土热学参数数的外界因因素随机性性很强，想想要通过公公式计算得得出解析值值实非易事事，目前还还没有一个个能够计算算沥青混凝凝土热学参参数的准确确公式。表表1-1给出了了不同学者者对沥青混混凝土热学学参数的测测试或计算算值。表1-1不同文文献中沥青青混凝土的的热学参数数导热系数(W/m·K)比热(J/kg·K))参考文献1.21920CorlewandDickkson((19688)[20]0.86-1..06850-8700JordanandThommas(11976))[21]1.21-1..38840-10990TegelerranddDemmpseyy(19883)[22]1.50-2..001000-10010BruceAA.anndRaachellA.DD.(19998)[[17]1.45-1..811120-13348LucaanndMrrawirra，P.EE.(20005)[[23]从表1-1可看出，每每一位学者者给出的参参数都不同同，且差别别较大。对对于导热沥青混混凝土来说说，其比普普通沥青混混凝土还增增加了导热热相填料，因因此，要想想准确得到到导热沥青混混凝土的热热学参数，只只有通过实实际测量。我我国尚未制制定关于沥沥青混凝土土热学参数数测试的规规范，美国国有ASTMMC1777-855规范，然然而由于现现行的商业业导热系数数测定仪的的量程及其其对测试样样品尺寸的的限制，沥沥青混凝土土热学参数数难以测量量。国外学学者开发了了一些新方方法来解决决这个难题题。JoseephLLuca等采用了自自制的新方方法，测量量了由旋转转压实仪成成型的试样样的导热系系数[233]，研究究了不同压压实次数对对热学参数数的影响，结结果表明：：Supeerpavve密级配的的热拌沥青青混凝土，其其导热系数数为1.4~1.8W/m·K，导温系系数为4.4~6.4××10−7m2/s（对应于2,295~2,450kg/mm3的密度和3~7%的空隙率率），该研研究的数据据比之前的的研究数据据离散性小小得多，但但是该方法法却尚未能能推广。本本文通过瞬瞬态平板热热源技术测测量导热沥青混混凝土的热热学参数。1.2.3路路面温度场场分布的研研究现状欲评估路面可利利用太阳能能潜能，首首先要确定定路面温度度场的分布布规律。沥沥青路面温温度场的计计算方法通通常可分为为两类：理理论法和数数理统计法法。几十年年来，国内内外道路研研究人员在在沥青路面面温度场的的理论研究究和试验研研究方面作作了大量的的工作。（1）理论法路面温度的理论论研究首先先由Barbbe在1957做出[244]。Barbber建立了路路面表面温温度和路面面表面以下下3.5英寸处的温温度与气温温和太阳辐辐射资料之之间的关系系。他所用用的气象资资料包括有有风速、降降雨量、气气温和太阳阳辐射。路路面被简化化为与空气气接触的半半无限体。Barbber注意到可可以简单地地使用正弦弦曲线模拟拟一天之中中路面的温温度变化，如如果将太阳阳辐射考虑虑在内，使使用正弦曲曲线可以较较好地预估估路面温度度。1972年，CChrisstisooi和Andeersonn研究了低低温环境对对于路面结结构的影响响[25]]，并采用用有限差分分法来预估估路面结构构中的温度度分布状况况。采用了了一维非稳稳态计算方方法，将路路面假定为为均质体，结结合隐式格格式求解出出能量平衡衡方程。在在该模型中中使用到的的数据主要要有：气象象资料，如如气温、太太阳辐射、云云量和风速速；结构和和物理参数数包括沥青青路面结构构组成和路路面材料的的热学参数数。该模型型得到的预预估温度场场分布与在在加拿大阿阿尔贝塔实实验路的实实测数据符符合较好。Hermanssson在1995年提出了了一种新的的计算模型型，用于预预估沥青路路面在夏季季高温时的的温度分布布状况[26]。在该模模型中使用用到的气象象资料有：：每小时太太阳辐射量量、气温和和风速，并并且通过计计算得到了了大气逆辐辐射和地面面辐射，以以及由于风风所引起的的热传导损损失量。我国的科研工作作者在沥青青路面温度度的理论研研究方面也也有重要的的贡献。佛佛山大学吴吴赣昌对半半刚性基层层沥青路面面温度场进进行了较为为深入的研研究[277-29]]，建立了了非线性二二维层状体体系沥青路路面不稳定定温度场的的计算理论论和二维粘粘弹性层状状体系沥青青路面温度度松弛应力力的计算理理论，分析析了外界气气候条件和和路面材料料温度场与与温度应力力场之间的的关系。他他认为路面面结构温度度场完全由由路面材料料特性和环环境气候条条件决定，其其中部分参参数，如路路表热交换换系数等与与待求的路路面温度场场有密切的的非线性关关系。（2）数理统计方法法统计方法是根据据实测的路路温和气象象资料，通通过回归分分析建立路路温推算公公式。其特特点是计算算方法简单单、推算精精度高，但但其结论只只局限于相相应的地区区。此外，还还需要大量量的、长期期的路温和和气象观测测资料。日本的近藤佳宏宏等人对于于两种不同同厚度的沥沥青混凝土土路面的温温度状况曾曾做过一年年的实测工工作，并采采用统计方方法进行了了分析研究究[30]]。通过回回归分析，认认为路面结结构内不同同深度的最最高或者最最低温度与与路面表面面温度和气气温呈线性性关系，并并采用5%显著水平平的F检验对路路面不同深深度处，温温度随时间间变化的规规律作了周周期分析，得得到温度变变化的周期期函数：(1-1)其中，－时间变变量。SHRP（SStrattegiccHigghwayyRessearcchPrrograam)提出的方方法也属于于数理统计计方法，在在SHRP最终提供供的沥青混混合料设计计方法中，提提出了将气气温换算成成沥青混凝凝土路面温温度的方法法[31]]：采用一一年中温度度最高的连连续7天的路表表面下200mm深处处的平均最最高温度(即7天的最高高温度的平平均值)为高温设设计温度，经经过理论分分析，路表表温度与气气温的换算算，可以通通过纬度建建立如式（1-2）所述关关系：(1-2)路表以下深度220mmm处温度为为路面最高高温度，它它与路表温温度有式（1-3）、（1-4）所述关关系：(1-3)(1-4)其中：－路面以以下20mmm深度处处的温度，°C；－路表温度，°CC；－气温，°C；－纬度，°。我国幅员辽阔，不不同地区的的温度状况况差异较大大。在各地地设立路温温与气象观观测站，采采用统计方方法建立适适合本地区区的路温推推算公式才才是切实可可行的。我我国上海地地区沥青混混凝土面层层温度状况况的回归方方程式如式式（1-5）所述[332]：(1-5)其中：－路表最最高温度，°C；－最高气温，°CC；－日辐射射量，J/cmm.d。总之，影响路面面温度状况况的因素是是十分复杂杂的，总的的来说两大大类：即外外部因素和和内部因素素。外部因因素包括温温度、太阳阳辐射、风风速、降雨雨量等气象象因素，其其中气温是是最关键的的因素，其其次为太阳阳辐射。内内部因素包包括路面的的热传导、热热容量、对对辐射热的的吸收能力力以及路面面结构组合合、厚度等等。对于同同一地区而而言，温度度、太阳辐辐射、风速速、降雨量量等气象因因素是大体体不变的，因因此，材料料热参数等等内部因素素对于路面面温度的分分布就具有有显著的影影响。本文文即在固定定外部气象象因素的条条件下，着着重于研究究材料的热热学参数对对导热沥青路路面温度场场分布的影影响。1.3本文的的主要研究内容本文主要通过材材料复合技技术，制备备了导热沥青混混凝土太阳阳能集热面面层；研究究了导热相相填料对沥沥青及沥青青混凝土性性能的影响响；并采用用瞬态平板板法精确测测量了导热热沥青混凝土土的热学参参数；建立立了一个基基于热学参参数的瞬态态、二维的的模型，用用以预测导导热相填料料对沥青路路面温度场场分布的影影响。结合合导热沥青混混凝土路用用性能与热热学参数，优优选出最佳佳的导热相相填料配比比及掺量。本文主要的研究究内容及采采取的技术术路线如下下所述：（1）导热相填料对对沥青胶浆浆性能的影影响在沥青中掺加不不同比例的的导热相填填料，制备备出沥青胶胶浆；通过过针入度、软软化点等试试验，研究究导热相填填料对沥青青胶浆温度度敏感性的的影响；并并通过布氏氏旋转粘度度和动态剪剪切流变试试验，研究究导热相填填料对沥青青胶浆流变变特性的影影响。（2）导热相填料对对沥青混凝凝土热学参参数的影响响通过瞬态平板热热源法，测测量导热沥青混凝土土的导热系系数、比热热及导温系系数等热学学参数，研研究导热相相填料对导导热沥青混凝土土热学参数数的影响规规律。（3）导热沥青混凝土土路面温度度场分布的的模拟研究究通过有限元的方方法建立瞬瞬态、二维维的模型，可可预测沥青青路面太阳阳能集热面面层在深度度方向上的的温度场分分布，以研研究不同掺掺量的导热热相填料对对沥青路面面温度场分分布的影响响。（4）导热相填料对对沥青混凝凝土路用性性能的影响响在沥青混合料中中掺入不同同比例的导导热相填料料，制备出出导热沥青混混凝土；通通过浸水马马歇尔试验验、冻融劈劈裂试验，研研究导热相相填料对导导热沥青混合料料抗水损害害的性能的的影响；通通过高温车车辙试验，研研究导热相相填料对导导热沥青混混合料抗车车辙变形能能力的影响响；通过动动态模量试试验和间接接拉伸疲劳劳试验，研研究导热相相填料对导导热沥青混凝土土的动态响响应和疲劳劳特性的影影响。第2章原材料与试验方方法2.1原材料与与级配原材料主要包括括粗集料、细细集料、矿矿粉、沥青青以及导热热相填料。2.1.1沥沥青沥青是形成沥青青混合料粘粘弹特性的的重要组成成部分，对对路面的使使用性能有有很大影响响。目前，沥沥青在我国国的使用情情况大致为为：南方炎炎热多雨地地区选择较较硬的50号或70号沥青；；长江流域域采用70号沥青；；黄河流域域采用90号沥青；；东北地区区则用90号或110号沥青。本本文所用沥沥青为生产产的90号道路石石油沥青，其其基本指标标和指标要要求如表2-1所示。表2-1AHH-90号道路石石油沥青性性能指标原始试样单位检测结果指标要求针入度，25℃℃，100gg，5s0.1mm85.980-100延度，5cm//min，15℃cm>150≥100软化点（环球法法）℃44.1≥42密度（15℃）g/cm31.030实测记录蜡含量（蒸馏法法）％1.83≤3.0闪点（COC）℃300≥245溶解度（三氯乙乙烯）%99.7≥99.5薄膜烘箱老化后后残留物性性能质量损失%-0.05≤0.8残留延度，5ccm/miin，15℃cm>150≥20残留针入度比，25℃，100g，5s%68≥542.1.2集集料及矿粉粉本文所用集料，粗粗集料（16~9.5mmm）、细集集料（0~2.366mm）均均为玄武岩岩，矿粉为为石灰岩矿矿粉。各种种集料性能能实验按文文献[33]相关规规程进行，指指标要求和和具体性能能指标如表表2-2~2-4所示。表2-2粗集料料性能试验验结果性能指标试验值规范要求压碎值(％))13.2≤26洛杉矶磨耗((％)15.6≤28视密度(g//cm3)2.901≥2.6吸水率(％))0.6≤2粘附性(级))5≥4级针片状含量((％)14.4≤15表2-3试验验用细集料料性能指标标性能指标玄武岩（0~22.36mmm）技术要求视密度（g/ccm3）2.745≥2.5坚固性（>0..3mm,,%)0.28≤12砂当量（％）94.6≥60表2-4矿粉性性能试验结结果性能指标试验值规范要求视密度(g//cm3)2.727≥2.5含水量(％))0.3≤1粒度范围(％％)<0.6mmm100100<0.15mmm97.490~100<0.0755mm88.975~90外观无团粒结块无团粒结块亲水系数0.82﹤12.1.3导导热相填料料沥青混凝土为热热的不良导导体，通过过掺入导热热相填料，可可改善其导导热性能。目目前常用的的导热相填填料包括金金属填料和和非金属填填料，形状状为粉末、晶晶须和纤维维。金属填填料由于耐耐腐蚀性能能较差[334]，对对有防腐性性能要求的的导热材料料，往往选选用具有耐耐腐蚀性能能的非金属属填料，如如石墨、碳碳纤维等。石石墨具有热热导率高，耐耐腐蚀性能能好，与沥沥青相容性性强等优点点，而且石石墨为片状状结构，石石墨之间容容易桥接，当当石墨体积积含量大于于某一范围围时，易形形成导热网网络，有利利于材料导导热系数的的提高[335]，片片状结构的的石墨具有有润滑作用用，有利于于在沥青混混合料中的的分散，石石墨填料具具有较高的的耐热性能能，在沥青青混合料的的制备过程程中不会因因拌和温度度高而变色色。本文选选用石墨作作为导热相相填料，为为河北邢台台矿业有限限公司生产产的鳞片状状石墨，其其主要性能能如表2-5所示。表2-5石墨的的主要性质质化学成分密度（g/cmm3）莫氏硬度粒径(μm)碳元素含量(%)灰份(%)铁含量(%)导热系数(W/m·K)C2.1~2.331~2150368-72在沥青混凝土中中掺入过多多的石墨，易易削弱其力力学性能。本本课题选用用碳纤维作作为导热沥沥青混凝土土的增强剂剂。碳纤维维是是一种种是由有机机纤维经固固相反应转转变而成的的纤维状聚聚合碳，具具有一般碳碳素材料耐耐高温、耐耐摩擦、耐耐腐蚀、化化学稳定以以及导热、导导电等特性性，而且碳碳纤维对沥沥青混凝土土既具有良良好的加筋筋增强作用用[36-338]。本文选选用的碳纤纤维，其性性能指标如如表2-6所示。表2-6碳纤维维的主要性性质指标名称抗拉强度(GPPa)拉伸模量(GPa)单丝直径(μmm)碳元素含量(%)长度(mm)导热系数(W/m·K)指标1.6875210~14≥905120-12552.1.4所所用级配本试验采用Suuperppave级配设计计方法进行行导热沥青混混凝土级配配设计。美美国公路战战略研究计计划(SHRRP)改进级配配设计方法法，采用0.45次方最大大级配线图图，同时特特定了级配配的控制点点和禁区。控控制点为级级配曲线必必须通过的的几个特定定尺寸，禁禁区为级配配曲线在最最大理论密密度线0.3-22.36mmm附近不不希望通过过的区域，为为集料间留留有一定的的空隙，以以便导热相填料料的填充。本文采用Supeerpavve12..5的级配，合合成级配如如图2-1所示：筛孔尺寸（mm，0.45次方图）通过率（％）合成级配控制点最大理论密度线禁区筛孔尺寸（mm，0.45次方图）通过率（％）合成级配控制点最大理论密度线禁区图2-1试验所所选级配的的0.45次方图2.2试验方方法2.2.1沥沥青及沥青青混合料基基本性能依据中华人民共共和国行业业标准JTTJ0522-20000《公路路工程沥青青及沥青混混合料试验验规程》进进行沥青胶胶浆的软化化点、针入入度、延度度及沥青混混合料的体体积性能、水水稳定性、高高温稳定性性试验[39]。2.2.2沥沥青胶浆粘粘度采用美国BroookfiieldEngiineerring公司生产产的Broookfieeld粘度计(ModdelDDV-III+)测试沥青青胶浆的粘粘度。2.2.3沥沥青胶浆流流变性能利用奥地利AnntonPaarr公司生生产的PhhysiccalMMCR1001型动态剪剪切流变仪仪测试不同同石墨掺量量下沥青胶胶浆的复数数剪切模量量（G*）和相位位角（），以以分析其流流变性能。2.2.4导导热沥青混混凝土热学学参数采用瑞典HottDissk公司生产产的导热系系数仪测试试石墨掺量量对沥青混混凝土热学学参数的影影响。2.2.5导导热沥青路路面温度场场分布利用有有限元软件件，建立基基于材料热热学参数的的二维、瞬瞬态路面温温度场分布布模型，以以评价材料料的热学参参数对路面面温度场分分布的影响响。2.2.6沥沥青混凝土土的动态及及疲劳特性性利用澳大利亚IIPC公司生产产的UTM--25动态侍服服液压试验验系统测试试导热沥青青混凝土的的动态模量量及疲劳特特性。第3章导热沥青胶浆流流变性能研研究虽然沥青胶浆在在沥青混凝凝土中所占占的比例较较小，但它它却是影响响沥青混凝凝土路用性性能的重要要因素，根根据美国“战略公路路研究计划划”(StrrateggicHHighwwayRReseaarchProggram))的研究究成果，沥沥青胶浆对对于高温车车辙的贡献献率为29%，对疲劳劳的贡献率率为52%，对温度度裂缝的贡贡献率为87%。沥青是是一种粘弹弹性材料，沥沥青的性质质会随着温温度的变化化而改变，这这种改变的的程度即称称为沥青的的温度敏感感性，从实实用的角度度来看，温温度敏感性性不仅是沥沥青流变性性能的核心心，也是沥沥青使用性性能的核心心[40]]。本文通通过针入度度试验、延延度试验、软软化点试验验、布氏旋旋转粘度试试验以及动动态剪切流流变试验，研研究了不同同掺量的导导热填料对对沥青胶浆浆的温度敏敏感性指标标以及复合合剪切模量量、相位角角等流变性性能的影响响。3.1试样的制备备沥青胶浆所用的的导热填料料为石墨，根根据参考文文献[41]得出的石石墨在沥青混凝凝土中渗流阈值值的研究成成果，石墨墨的掺量选选择为0％、8％、12％、18％、22％，此处处所指的掺掺量为石墨墨占沥青的的体积百分分数。导热热沥青胶浆浆的制备方方法为：首首先根据石石墨的掺量量，分别确确定原样沥青和和石墨的质质量；当沥沥青加热到到135°°C，打开开搅拌器，逐逐步加入称称量好的石石墨，并根根据搅拌过过程中气泡泡产生情况况适当调节节转速；待待石墨全部部加入后，继继续保持匀匀速搅拌1小时，确确保石墨在在沥青胶浆浆中分散均均匀；随后后将制备好好的导热沥青胶胶浆用于试试验。3.2沥青针入入度试验3.2.1试试验方法沥青针入度用于于说明沥青青的粘稠度度，沥青的针针入度越大大，说明沥沥青粘稠度度越小，沥青就越越软。针入入度以标准准针在一定定的荷载时时间及垂直直穿入沥青青试样的深深度表示，单位为0..1mm。试试验的具体体操作步骤骤，根据参参考文献[39]]中T06604-22000的规定进进行。针入度指数PII是用于描描述沥青温温度敏感性性最常用的的指标，其其反映沥青青偏离牛顿顿流体的程程度，当PI﹤-2时，沥青青的温度敏敏感性强，在在同温度下下更接近牛牛顿流体的的性质，在在低温时显显示明显的的脆性；当当PI﹥+2时，沥青青与牛顿流流体偏离较较大，表现现明显的凝凝胶特性，但但耐久性下下降。因此此，PI值具有合合适的范围围，过高过过低都是不不合适的。计计算PI值的方法法有多种，本本文通过115°C、25°CC、30°CC三个温度度下的针入入度值来计计算PI值。首先先按照公式式（3-1）对针入入度对数与与温度的直直线关系进进行回归，得得到针入度度温度指数数A。(3-1)其中：－不同试试验温度，相相应温度下下的针入度度为；－回归参数；－回归常数，针入入度温度指指数，在0.0115-0..06的范围内内波动。其次进行相关性性检验，温温度条件为为3个时，直直线回归相相关系数不不得小于0.9997(置信度95%），而后后按照式（3-2）确定沥沥青的针入入度指数PI。(3-2)3.2.2试试验结果分分析不同温度下的针针入度及针针入度指数数如表3-1所示。表3-1由不同同温度的针针入度计算算的PI值石墨掺量（％）不同温度的针入入度P（0.1mmm）PIAK相关系数R215°C25°C30°C027.185.9157.8-1.5370.05090.66780.9998821.458.999.5-0.6830.04440.66290.99991219.852.685.5-0.3690.04230.66301.00001817.046.872.4-0.3540.04220.60270.99882216.342.370.1-0.3380.04210.58040.9998由表3-1可见，在在相同的温温度下，针针入度随着着石墨掺量量的增加而而减小，例例如在255°C时，当当石墨的掺掺量由0％增加到22％时，沥沥青的针入入度由85.9降至42.3，减小了50.8％，这表表明石墨的的掺入导致致沥青稠度度变大，即即表明导热热沥青胶浆浆比普通沥青更更硬，这有有利于改善善沥青的高温性能能。同时可可以看到，随随着石墨掺掺量的增大大，沥青的的针入度指指数PI值逐渐增增大，例如如当石墨掺掺量由0％增加到18％时，PI值由-1.5537增至-0.3354，说说明导热沥沥青胶浆的的温度敏感感性减小了，即石墨墨能够降低低沥青的温温度敏感性性。通过公式（3--3）和（3-4），进一一步比较石石墨掺量对对沥青针入入度及PI的变化量量。(3-3)式中：－针入度度的变化量量；－石墨掺量为0％％时的针入入度；－石墨掺量为％时时的针入度度，＝8、12、18、22。(3-4))式中：－针入度度指数的变变化量；－石墨掺量为0％％时的针入入度指数；；－石墨掺量为％时时的针入度度指数，＝＝8、12、18、22。石墨掺量对沥青青针入度及及PI的变化量量的影响如图3-1所示。由由图3-1可知，石石墨掺量越越大，越大大，例如当当石墨掺量量由8％增大至22％，由55.6％增加至78％，这进进一步说明明石墨的掺掺量越大，沥青的的温度敏感感性下降越越显著。对对于来说，在在同一温度度下，随石石墨掺量的的增大而增增大，例如，在在15°CC时，当石石墨掺量由由8％增大至22％，由21％增加至40％，说说明掺量越越大，石墨墨对沥青的的稠度的影影响越明显显；在相同同的石墨掺掺量下，随随温度的升升高而增大大，例如，在在石墨掺量量为22％的情况况下，由15°CC的40％升至300°C时的55.66％，说明明温度越高高，石墨对对沥青稠度度的影响越越明显。从图3-1还可得知知，当石墨墨掺量由18％增加至22％时，仅由77％升至78％，15°°C的由37.3％升至39.9％，两者者都没有太太大的变化化，说明石石墨掺量超超过18％后，对对沥青胶浆浆的稠度以以及温度敏敏感性已无无进一步影影响。图3-1石墨掺量量对沥青针针入度及PI变化量的影响3.3沥青粘度度试验3.3.1试试验方法沥青在其使用温温度范围内内，粘度会会发生很大大的变化，当当沥青加热热熔融至1180°CC时，其粘粘度小至10-1Pa·s的数量级级，和水差差不多，而而在严寒的的冬季，沥沥青接近固固体状态，其其粘度可达达1011Pa·s。因此，沥沥青粘度的的测量需要要根据不同同的温度、目目的而选择择合适的方方法，粘度度的国际单单位制单位位是帕斯卡卡秒（Paa·s），1Pa·s＝10000mPaa·s。目前已有有很多方法法定量描述述温度对粘粘度的影响响，Saaal公式是是目前公认认的最好的的沥青粘温温关系的表表达式，也也为ASTMMD22493所采用。Saal公式的表表达式如（3-5）所示：：((3-5))式中：－动力粘粘度，Pa·s；－摄氏温度，°CC；，－与物性有关的常常数。沥青粘度随温度度而变化的的程度直接接反映了沥沥青的温度度敏感性[[42]，因因此，从粘粘温曲线中中得出粘温温指数VTS（Visccositty-Teemperraturre-Suuscepptibiilityy）来表示示沥青的温温度敏感性性。VTS的绝对值值越小，沥沥青的温度度敏感性越越小，VTS的表达式式如（3-6）所示：：((3-6)式中：和为不同同温度及（°C）时的粘度（PPa·s），通常常采用600°C和135°CC。本文采用美国BBrookkfielld公司生产产的DV-Ⅱ+型粘度计计，粘度试试验的具体体步骤根据据参考文献[39]]中T06625-22000的规定进进行，测试试温度从60°C~170°CC。3.3.2试试验结果分分析（1）粘温曲线结果果分析不同石墨掺量的的沥青胶浆浆其粘度随温温度的变化化关系如图图3-2所示。由由图3-2可知，在相同同的石墨掺掺量下，沥沥青的粘度度随温度的的升高而降降低；在相相同的温度度下，粘度度随石墨掺掺量的增加加而增大。当当石墨的掺掺量为8％时，沥沥青胶浆的的粘度变化化不明显，表表明在小掺掺量下，石石墨在沥青青胶浆中呈呈随机分散散的状态，此此时石墨对对沥青的增增粘作用不不明显；随随着石墨掺掺量的增大大，沥青胶胶浆的粘度度显著增大大，这是因因为石墨对对沥青有良良好的吸附附作用，导导致沥青的的流动性下下降，从而而表现为沥沥青胶浆的的粘度增大大。图3-2不同石石墨掺量下下沥青胶浆浆的粘温曲曲线（2）Einsteiin增粘系数数分析石墨对沥青粘度度的增大作作用可以用用Einssteinn混合率理理论进行分分析[433]，考虑粘度度的Einnsteiin混合率率可由式（3-7）表示：(3-7)式中：－导热沥沥青胶浆的的粘度；－原样沥青的的粘度；－Einsteiin增粘系数数；－沥青中的的石墨体积积分数。由式（3-7）可知，Einssteinn增粘系数数可由式（3-8）求出：(3-8)60°C和1335°C时，不同石石墨掺量下下沥青胶浆浆的粘度试试验结果如如表3-2所示。表3-2不同石石墨掺量下下沥青胶浆浆的粘度石墨体积掺量（％％）08121822粘度（mPa··s）60°C15000024700032900072400012800000135°C355522.5710.815702330由式（3-8）计计算出来的的不同石墨墨掺量的EEinsttein增粘系数数如图3-3所示。由图3-3可以看出出，在同一一温度下，Einstein增粘系数随着石墨掺量的增加而呈近似线性的增长，例如在135°C，当石墨掺量由8％变化到22％时，Einstein增粘系数由5.9增加至25.3，进一步说明石墨掺量越大，对沥青胶浆的增粘效果越显著。从图3-3还可看出，在不同石墨掺量下，60°C的增粘系数均比135°C的高，说明在较低的温度时，沥青胶浆的流动性小，石墨更能发挥对沥青的吸附稳定作用。图3-3不同石石墨掺量下下沥青胶浆浆的Einnsteiin增粘系数数从评价沥青路面面高温稳定定性出发，沥沥青60°°C的粘度度特别受到到重视，因因为60°°C恰好处处于夏季路路面的高温温条件下，为为了使沥青青混合料具具有良好的的抗流动变变形能力，希希望沥青胶胶浆在此温温度下具有有高的粘度度，粘度大大的沥青在在荷载作用用下产生较较小的剪切切变形，弹弹性恢复好好，残留的的永久塑性性变形小，抗抗车辙能力力强[444]。由表3-2可知，沥沥青胶浆660°C的的粘度随着着石墨的掺掺入而快速速增长，当当石墨掺量量由0％变化至22％时，粘粘度增长了了一个数量量级。由图图3-3的Einssteinn增粘系数数也可看出出，60°°C增粘系系数由8.1增加到34.22。可见，石石墨的掺入入能够显著著改善沥青青的抗高温温流动变形形性能。（3）粘温指数VTTS分析按式（3-5）、（3-6）对不同同石墨掺量量的沥青粘粘度数据进进行线性回回归和计算算，得到的的粘温方程程与粘温指指数VTS如表3-3所示：表3-3粘温方方程数据统统计石墨掺量（％）粘温方程粘温指数（VTTS）0lglg(η××103)=-3.4486lggT+99.5088-3.4868lglg(η××103)=-3.3374lggT+99.2433-3.37412lglg(η××103)=-3.2250lggT+88.9400-3.25018lglg(η××103)=-2.9986lggT+88.2999-2.98622lglg(η××103)=-2.9932lggT+88.1822-2.9323.4温度敏感性指标标综合分析析（1）针入度粘度指指数PVNMcleod提提出了用225°C针针入度与660°C或135°°C的粘度度决定针入入度指数的的方法，并并把由此求求得的针入入度指数称称为针入度度粘度指数数PVN（Pen--VisNumbbers）。据美美国宾州试试验路验证证，PVN比PI更能反映映沥青的温温度敏感性性。由255°C针入入度与600°C的粘粘度计算的的PVN255-60可可由式（3-9）得出：：((3-9)式中：－25°°C针入度度，0.11mm；－60°CC的粘度，0.1Paa·s。不同石墨掺量下下25°CC针入度和和60°CC的粘度数数据及PVN255-60计计算结果如如表3-4所示。由由表3-4可看出，随随着石墨掺掺量的增加加而增大，尤尤其是当石石墨掺量达达22％时，此此时的PVVN25--60由不不掺石墨的的-0.999989增增加至0..1260087。表3-4石墨掺掺量对的影影响石墨掺量（％）25°C针入度度（0.11mm）60°C的粘度度，（0.1Paa·s）085.91500-0.999889858.92470-1.0116671252.63290-0.8788881846.87240-0.2745562242.3128000.1260887（2）各种温度敏感感性指标对对比分析本文采采用了PI、VTS和PVN三种温度度敏感性指指标，用于于评价石墨墨掺量对于于沥青胶浆浆温度敏感感性的影响响，三种指指标的汇总总如图3-4所示。图3-4沥青胶浆浆的三种温温度敏感性性指标对比比由图3-4可看出，石石墨对于PI、VTS、PVN三种指标标的影响，大大体趋势是是一致的，都都是随着石石墨掺量的的增加，沥沥青胶浆的的温度敏感性性减小。但但是由于每每一种指标标所反映的的温度区域域不同，它它们之间还还是有些差差异。PI是由0°CC-40°°C的针入入度变化决决定的，在在该较低的的温度下，PI首先随着着石墨的掺掺入而大幅幅下降，例例如石墨掺量从0％增至8％，PI从-1.5537至-0.6683，随后PI的变化趋趋于平缓，石石墨掺量达达22％时，PI为-0.3338，说明在在较低的温温度下，石石墨对降低低沥青胶浆浆的温度敏敏感性具有有显著作用用，少量的的石墨即能能较大程度度的降低沥沥青胶浆的的温度敏感感性。VTS是由60°°C-1355°C的粘粘度变化决决定的，在在该较高的的温度下，VTS首先随着着石墨的增增加变化不不大，石墨墨从0％至8％，VTS从-3.4486至-3.3374，石墨掺掺量达18％时，VTS才变化至至-2.9886，说明在在较高的温温度下，需需要掺入较较多的石墨墨，才会对对温度敏感感性产生显显著的影响响。PVN是由25°C针入度度与60°°C的粘度度决定的，其其变化趋势势与VTS类似。此外，由图3--4还可以看看出，当石石墨掺量超超过18％后，三三种指标的的基本都无无变化，例例如，当石石墨由18％至22％时，PI由-0.3354至-0.3338，VTS由-2.9886至-2.9932，说明过过多的石墨掺掺量对于降降低沥青胶胶浆的温度度敏感性无无进一步效果果。3.5沥青软软化点试验验3.5.1试验方法法软化点直接与路路面发软变变形的程度度相关，反反映了沥青青的高温粘粘度。沥青青软化点越越高，粘度度越大，温温度稳定性性越好，因因此是说明明沥青高温温性能的指指标之一，软软化点高，则则意味着混混合料的高高温稳定性性好。本文文中软化点采采用球与环环法测试，根据参考文献[39]中T0605-1993的要求进行。在我国，为了解解决多蜡沥沥青的软化化点测量问问题，提出出了当量软软化点T800，T800即为为沥青的针针入度达到到800时所对应应的温度。由由式（3-1）回归得得出的和如表3-1所示，T800可用用式（3-10）求得：：(3-100)此外，已知和后后，还能够够求得当量量脆点T1.2，T1.2即为沥青青的针入度度达到1.2时所对应应的温度，T1.2被用来评评价沥青胶胶浆的低温温抗裂性能能，可由式式（3-11）求得：：(3-111)3.5