本文是一篇结构工程论文，本文对天然胶乳改性沥青及沥青混合料进行了系统的研究：首先通过正交设计实验，确定了天然胶乳改性沥青制备工艺；并通过常规性能、流变性能测试及微观荧光显微、红外分析等，研究天然胶乳改性沥青及复合 NRL/SBS 改性沥青的性能和作用机理；最后选用 AC-13 为矿料级配，对天然胶乳改性沥青及复合NRL/SBS 改性沥青混合料路用性能进行验证。
第 1 章 绪论
1.1 选题的研究背景和意义
随着经济的快速发展与公路建设事业的不断进步，在现代化工业建设中，我国道路交通运输需求不断扩大，同时居民出行便利性要求也在不断提高，我国公路建设取得了长足的发展，现已建成并通车的高速公路总里程稳居世界第一[1]。在建成的高速公路中，约 90%采用沥青混合料，因其行驶舒适性高、承受荷载能力强、耐久性好、养护方便等特点而受到道路工程研究者青睐。
随着交通量的增加，普通沥青铺设的路面已经满足不了发展需求。由于高速公路的迅速发展和长远需求，对沥青的性能要求也在逐步提升[2]。普通沥青低温易开裂、高温易融化，而改性沥青的研发很好地改进了高低温性能要求，在实验中，经常通过在沥青中掺加高分子聚合物的方式来对改性沥青进行制备，实验证明，沥青高低温性能可以通过添加改性剂的方式得到很好的提升及优化，抗老化性能也可通过此方式进行提升[3]。因此，改性沥青有极大的市场需求。
热塑性树脂或弹性体改性沥青通过物理或化学改性，能使沥青混合料的粘度增大，从而提高材料的高低温性能、延长沥青使用寿命。1970 年，法国最先开始研究弹性体改性沥青，改性后的沥青耐高低温性能提升、力学性能有所改善、大大延长了沥青使用年限[4]。天然橡胶胶乳和液体天然橡胶改性的沥青具有稳定性高、橡胶脱硫程度高且易于改性等优点，并且天然橡胶也属于可持续再生物质，有非常广阔的发展前景。
本文针对天然胶乳材料的特点，通过物理、化学或多种复合改性方法和手段将胶乳和沥青发生溶解、溶胀等反应，天然胶乳将橡胶态的特性赋予沥青，从而起到改性作用，实现对现有普通沥青的各方面路用性能改善，研究天然胶乳改性沥青的制备工艺和试验参数，通过分析、研究天然胶乳改性沥青性能及沥青混合料性能，以期为天然胶乳改性沥青的推广与应用提供参考。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外改性沥青及混合料性能
19 世纪末期法国将天然橡胶与沥青进行改性，从此进入了改性沥青研究新时代[7]。一方面由于普通道路沥青存在感温性能差、易老化、抗车辙能力较差和使用年限较短等问题，人们通常在沥青及沥青混合料中加入一些添加剂或改性剂来改善沥青的各方面性能，以达到高等级公路的使用要求。另一方面由于南北地势悬殊，海拔、气温相差较大，对于温度较高或较低的地区，普通沥青满足不了地域需求，改性沥青的出现则有效地缓解了上述问题。
Sharvin Poovaneshvaran[8]等通过在沥青中加入橡胶粉和天然胶乳等橡胶改性胶凝材料研究不同胶凝材料在不同条件下的流变性能、粘接性能和抗剪切等性能。进行粘结试验和层间平行直剪试验以模拟路面裂缝运动，结果表明胶粉和胶乳的加入对沥青混合料的性能均有积极地影响。然而，天然胶乳改性沥青混合料的抗扭性能远优于胶粉改性沥青混合料。动态剪切流变仪（DSR）试验表明，改性沥青结合料对温度变化不敏感，但具有较好的抗车辙性能。胶粉改性沥青混合料在粘结强度方面优于天然胶乳改性沥青，而在抗剪性能上，天然胶乳改性沥青混合料远优于胶粉改性沥青混合料。
Koichi Takamura[9]等研究了丁苯胶乳在聚合物改性沥青中的作用。通过微观显示，发现丁苯胶乳颗粒连续微观的围绕沥青颗粒形成聚合物膜。在混合料试验中，胶乳膜的形成为早期强度的发展和抗车辙能力大大的提供了基础和优势。
Mohammad[10]等人在低温条件下研究了线性 SBR 胶乳（树状羧基 SBR 胶乳）的改性效果，并通过沥青基本性能实验和显微观察，研究 SBR 胶乳在集料中和沥青中微观结构的变化。结果表明将 SBR 胶乳和羧基丁苯胶乳添加到沥青乳液中可以提高沥青的软化点和针入度比，降低渗透性。线性结构的 SBR 胶乳可以改善沥青的低温延度。
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第 2 章 改性沥青制备研究
2.1 试验原材料性能
2.1.1 沥青
基质沥青选用双龙 70#基质沥青，其常规性能指标见表 2-1。以下沥青性能试验以及混合料性能试验均按照 JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的操作规程进行测试。
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2.2 试验设计方案
本文主要目的是研究天然胶乳改性沥青和复合NRL/SBS胶乳改性沥青的最佳制备工艺、改性沥青性能、改性机理及改性沥青混合料性能。
（1）天然胶乳改性沥青制备工艺
在制备天然胶乳改性沥青过程中，根据前期的试验研究及相关人员的经验选取对沥青改性效果较大的因素：制备温度、发育温度、发育时间和稳定剂掺量进行研究，通过软化点、低温延度以及针入度试验对基本性能进行测试，并且通过室内试验验证各种因素对天然胶乳改性沥青基本指标的影响作用及变化规律，从而确定天然胶乳改性沥青最佳制备工艺与参数。
（2）天然胶乳改性沥青性能和改性机理研究
天然胶乳改性沥青作为一种新型改性沥青，性能应满足改性沥青技术规范要求。在研究基本性能的基础上，应结合离析、老化、流变等试验的研究方法，研究天然胶乳改性沥青的温度敏感性；观察天然胶乳改性沥青的储存稳定性和抗老化性能，评价天然胶乳改性沥青的高低温性能；通过对试验原材料、沥青、改性沥青老化等进行荧光显微观察、傅立叶红外光谱测试（FT-IR），观察研究微观分布情况，结合红外光谱对照表对改性沥青化学键及内部官能团变化情况进行判定，建立宏观与微观之间的联系分析研究改性沥青的改性机理。
（3）复合 NRL/SBS 胶乳改性沥青性能研究
通过前期试验发现，天然胶乳改性沥青低温性能较差，故通过胶乳复配、共混的方法来提升改性沥青的性能。对比几种复合胶乳改性沥青的基本性能，通过三大指标选出 SBS 胶乳与天然胶乳进行复合改性，具体性能研究及机理分析同天然胶乳改性沥青研究一致。
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第 3 章 天然胶乳改性沥青性能与机理研究.................19
3.1 改性沥青常规性能研究....................19
3.1.1 基本性能.......................19
3.1.2 离析试验...........................20
第 4 章 复合 NRL/SBS 胶乳改性沥青制备与性能研究.......................35
4.1 复合 NRL/SBS 胶乳改性沥青制备.....................35
4.1.1 SBS 胶乳改性沥青制备..............................35
4.1.2 复合 NRL/SBS 胶乳改性沥青制备........................35
第 5 章 天然胶乳改性沥青及复合 NRL/SBS 胶乳改性沥青混合料性能研究.........51
5.1 沥青混合料拌和工艺研究..................51
5.1.1 集料级配选定........................51
5.1.2 最佳油石比确定...................52
第 5 章 天然胶乳改性沥青及复合 NRL/SBS 胶乳改性沥青混合料性能研究
5.1 沥青混合料拌和工艺研究
5.1.1 集料级配选定
不同材料的沥青和不同粒径、形状的矿料组成了沥青混合料，沥青和矿物之间组分结构决定了混合料的性质。根据当地交通、气候、路面结构、混合料类型等因素确定级配范围。在当前阶段的试验过程，为使沥青混合料达到最佳的路用性能需要通过实验确定每种材料最佳配合比。本文选用 AC-13 沥青混合料级配，参照马歇尔试验对其进行配合比设计，旨在为天然胶乳改性沥青混合料提供理论依据，级配组成见表 5-1、表 5-2 及图 5-1。
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结论与展望
结论
本文对天然胶乳改性沥青及沥青混合料进行了系统的研究：首先通过正交设计实验，确定了天然胶乳改性沥青制备工艺；并通过常规性能、流变性能测试及微观荧光显微、红外分析等，研究天然胶乳改性沥青及复合 NRL/SBS 改性沥青的性能和作用机理；最后选用 AC-13 为矿料级配，对天然胶乳改性沥青及复合NRL/SBS 改性沥青混合料路用性能进行验证。本文研究得出以下结论：
（1）通过设计正交实验制备得到的天然胶乳改性沥青，改善了基质沥青的各方面性能，由实验结果和极差分析得出，在性能指标中以软化点为主要考察指标，其次是针入度，天然胶乳改性沥青最佳制备条件是制备温度为 170℃、发育温度为150℃、发育时间为 60min；通过前期试验可知，不同天然胶乳掺量的改性沥青对应不同的稳定剂掺量，由控制单因素变量法得出，当天然胶乳掺量分别为 3%、5%、7%时，分别对应的稳定剂掺量为 0.15%、0.2%、0.1%，制备出的天然胶乳改性沥青性能最佳，为下一步天然胶乳改性沥青性能研究做基础。
（2）天然胶乳改性剂的加入可以改善沥青的软化点，改性剂掺量的变化对于延度的敏感性影响较弱，天然胶乳改性剂掺量在 3%-7%范围内递增时，延度变化幅度较小；天然胶乳粒子之间相互连接，聚集在一起形成网络状结构，改性沥青体系稳定，明显改善基质沥青的高低温性能，在天然胶乳掺量为 0%、3%、5%、7%时改性沥青的高温等级分
