本发明涉及一种沥青路面材料及其制备方法，尤其涉及一种多功能纳米改性沥青路面材料及其制备方法，属于沥青路面材料技术领域。
背景技术：
沥青路面在建成后的服役过程中，作为胶结材料的沥青往往受到诸多因素的影响而导致沥青的使用性能下降，道路的使用时间和维修周期缩短。引起沥青路面产生病害的外界因素主要有：热、氧、紫外线和水等。这些因素中热环境会导致沥青路面产生快速的破坏，这是因为沥青吸热以后会软化从而导致车辙、拥包等病害的产生；紫外线环境会引起沥青轻组分向重组分转变，使得沥青物理化学性质劣化，从而使得沥青粘韧性、高低温性能变差，沥青路面产生病害时间缩短；氧环境和水环境引起的沥青路面的病害也比较严重，但目前这两方面的影响因素引起的病害可以得到很好的控制。
目前对沥青抗紫外老化方面的研究较多，主要是在沥青中加入紫外吸收剂，常用的紫外吸收剂按照结构可分为水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类等，工业上主要应用二苯甲酮类和苯并三唑类。可见，常用的紫外吸收剂都属于小分子有机物类，虽然此类物质吸收紫外线后性质不发生改变；但当沥青吸收红外线时整个体系温度升高，体系中轻组分和紫外吸收剂等有机小分子易挥发，从而导致其抗紫外老化性能失效。
对沥青高温性能的改善方面，目前主要解决办法是采用加入改性剂提高沥青的软化点来进行的。常用的改善沥青高温性能的改性剂主要是sbs，改性机理是通过sbs与沥青中胶质、沥青质等大分子之间发生交联反应，使得沥青的分子链长增大，进而表现为软化点升高。此种改善方法的缺陷是：sbs和沥青都属于有机物，易紫外老化变质；高温时，改性沥青吸收红外线，其温度升高，轻组分挥发，沥青的性质依然会变差较快，可见目前沥青高温性能改善方面并未抓住其根本。
近年来，特殊性能沥青路面的研究和应用越来越多，如：石墨烯路面、光伏路面等，这些特殊性能路面都是根据沥青路面应用过程中遇到的实际问题开发出来的，吸收尾气环保路面就属于特殊性能路面的一种。此种吸收尾气路面材料的研究较多，但也均属于实验室阶段，且尾气处理效果并不好。主要原因是尾气吸收路面中主要加入tio2作为催化剂对尾气中有机物小分子进行催化分解从而达到“吸收尾气”的作用，tio2在体系中主要起到催化剂作用，尾气中有机小分子的分解还需要外界提供能量以保证有机物小分子的“断链”才能达到更好的效果，而目前尾气吸收路面中，提供“能量”者基本没有，所以其尾气吸收效果往往较差。
综上所述，目前的沥青路面由于紫外吸收剂和高温性能改性剂均为有机物，易紫外老化变质和高温下挥发，因而沥青路面的抵抗高温性能(热)和抗紫外老化性能不佳，吸收尾气的环保路面因缺少为尾气的催化反应提供能量者因而尾气吸收效果差，亟待提出一种抵抗高温性能、抗紫外老化性能和尾气吸收效果俱佳的多功能沥青路面材料。
技术实现要素：
本发明针对现有沥青路面材料存在的不足，提供一种多功能纳米改性沥青路面材料及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种多功能纳米改性沥青路面材料，按重量份计，包括如下组分：重交脱色沥青100份；红外屏蔽纳米材料1～5份；紫外吸收纳米材料1～5份；尾气分解纳米材料0.1～0.5份；纳米材料分散剂5～15份；脱色沥青补偿剂0～5份；
其中，所述红外屏蔽纳米材料是指纳米氧化铟锡、纳米氧化锡锑中的一种或二者的混合物；
所述紫外吸收纳米材料为纳米zno或纳米fe2o3中的一种或二者的混合物；所述尾气分解纳米材料是指纳米tio2和纳米bi2o3的混合物，二者的质量比为tio2:bi2o3＝10:1～100:1，12h有害气体降解率≥99.5％；
所述纳米材料分散剂为乙醇、正丁醇、丙二醇中的一种或多种的混合物；所述脱色沥青补偿剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sbs)。
进一步，所述纳米氧化铟锡中的摩尔比铟：锡＝90：10；所述纳米氧化锡锑中的摩尔比锡：锑＝90：10。
进一步，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的分子量为10～20万，苯乙烯/丁二烯嵌段比为40/60～50/50。
进一步，所述紫外吸收纳米材料的比表面积≥30m2/g，平均粒径≤50nm。
进一步，所述的重交脱色沥青为重交沥青经过脱色处理后所得的针入度、软化点和15℃延度符合jtgf40-2004标准要求的ah-70石油沥青标准的沥青。
本发明中所述的红外屏蔽纳米材料、紫外吸收纳米材料和尾气分解纳米材料的粒径范围为1～100nm。
本发明提供的纳米改性沥青路面材料的有益效果是：
1、红外屏蔽纳米材料在可见光和近红外光区具有较低的太阳能吸收率和一定的隔热能力，能够屏蔽掉绝大部分的可见光和红外线，可显著降低目标的温度和向外辐射的能量；能够使材料表面和内部的温度尽可能接近背景温度，达到很好的屏蔽隔热的目的，从而实现了热环境下沥青温度的维持，从根本上解决了沥青的抗热(高温性能稳定)的问题；
2、紫外吸收纳米材料的加入可以强烈地、选择性地吸收高能量的紫外线，而本身又具有高度的耐光性(自身结构、功能不会因紫外线产生破坏)，并以能量转换的形式，将吸收的能量以热量或无害的低能辐射释放出来或者消耗掉，从而可以吸收环境中的绝大部分紫外线，实现了沥青抵抗紫外线老化从而抵抗沥青向劣质化发展的趋势；
3、紫外吸收纳米材料和尾气分解纳米材料的协同作用大大提高了沥青路面处理尾气降解有害气体的效率；其中紫外吸收纳米材料主要起提供能量的作用；而尾气分解纳米材料主要起催化剂的作用。
紫外吸收纳米材料与尾气分解纳米材料的协同作用机理介绍如下：
紫外吸收纳米材料吸收紫外线产生带有紫外能量大小的光子，当一个带有紫外能量大小的光子或者具有大于催化剂禁带宽度的光子射入催化剂时，会将催化剂的一个电子由价带(vb)激发到导带(cb)上，因而在导带上产生一个高活性的电子(e-)，在价带上留下一个空穴(h+),形成氧化还原体系；溶解氧及水和电子、空穴相互作用，最终产生高活性的羟基，oh-、o2-、ooh-自由基具有强氧化性，能够把大多数吸附在tio2表面的有机污染物降解为co2和h2o，把无机污染物环氧或氧化为无害物。可见，整个作用过程需要催化剂和能量两个关键因素。
本发明还要求保护上述纳米改性沥青路面材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将重交脱色沥青100份加热至呈流动状态；
2)于搅拌条件下，向重交脱色沥青中加入脱色沥青补偿剂0～5份，搅拌均匀后保温备用；
3)于搅拌条件下，向纳米材料分散剂5～15份中加入红外屏蔽纳米材料1～5份、紫外吸收纳米材料1～5份和尾气分解纳米材料0.1～0.5份，搅拌均匀后备用；
4)将步骤3)所得的混合物加入到步骤2)所得的混合物中，搅拌均匀，即得。
进一步，步骤1)中将重交脱色沥青加热至100±10℃。
进一步，步骤2)、步骤3)和步骤4)中搅拌的转速为30～60rpm。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
一种多功能纳米改性沥青路面材料，按重量份计，包括如下组分：重交脱色沥青100份；纳米氧化铟锡3份；纳米zno3份；尾气分解纳米材料0.3份；乙醇5份；分子量为10～20万、苯乙烯/丁二烯嵌段比为40/60～50/500的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物5份；
所述尾气分解纳米材料是指纳米tio2和纳米bi2o3的混合物，二者的质量比为tio2:bi2o3＝50:1。
实施例2：
一种多功能纳米改性沥青路面材料，按重量份计，包括如下组分：重交脱色沥青100份；纳米氧化锡锑1份；纳米fe2o31份；尾气分解纳米材料0.1份；正丁醇5份；
所述尾气分解纳米材料是指纳米tio2和纳米bi2o3的混合物，二者的质量比为tio2:bi2o3＝10:1。
实施例3：
一种多功能纳米改性沥青路面材料，按重量份计，包括如下组分：重交脱色沥青100份；纳米氧化铟锡4份；纳米氧化锡锑1份；纳米zno1份；纳米fe2o34份；尾气分解纳米材料0.5份；乙醇10份；分子量为10～20万、苯乙烯/丁二烯嵌段比为40/60～50/500的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物5份；
所述尾气分解纳米材料是指纳米tio2和纳米bi2o3的混合物，二者的质量比为tio2:bi2o3＝25:1。
实施例4：
一种多功能纳米改性沥青路面材料，按重量份计，包括如下组分：重交脱色沥青100份；纳米氧化锡锑4份；纳米氧化铟锡1份；纳米zno1份；纳米fe2o34份；尾气分解纳米材料0.5份；乙醇12份；丙二醇3份；
所述尾气分解纳米材料是指纳米tio2和纳米bi2o3的混合物，二者的质量比为tio2:bi2o3＝100:1。
实施例5：
一种多功能纳米改性沥青路面材料，按重量份计，包括如下组分：重交脱色沥青100份；纳米氧化铟锡5份；纳米zno5份；尾气分解纳米材料0.5份；正丁醇5份；丙二醇5份；分子量为10～20万、苯乙烯/丁二烯嵌段比为40/60～50/500的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3份；
所述尾气分解纳米材料是指纳米tio2和纳米bi2o3的混合物，二者的质量比为tio2:bi2o3＝25:1。
实施例6：
一种多功能纳米改性沥青路面材料，按重量份计，包括如下组分：重交脱色沥青100份；纳米氧化锡锑5份；纳米fe2o35份；尾气分解纳米材料0.5份；乙醇10份；正丁醇5份；分子量为10～20万、苯乙烯/丁二烯嵌段比为40/60～50/500的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3份；
所述尾气分解纳米材料是指纳米tio2和纳米bi2o3的混合物，二者的质量比为tio2:bi2o3＝25:1。
实施例1～6的多功能纳米改性沥青路面材料的制备方法如下：
1)将重交脱色沥青加热至100±10℃呈流动状态；
2)于30～60rpm的搅拌条件下，向重交脱色沥青中加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，搅拌均匀后保温备用，在实施例2和实施例4中省略该步骤；3)于搅拌条件下，向乙醇、正丁醇、丙二醇中的一种或多种的混合物组成的纳米材料分散剂中加入纳米zno或纳米fe2o3中的一种或二者的混合物、纳米tio2和纳米bi2o3的混合物，搅拌均匀后备用；
4)将步骤3)所得的混合物加入到步骤2)所得的混合物中，搅拌均匀，即得。
对比例1：
选取重交脱色沥青ah-70100份在100℃的条件下加热至流动状态，在30～60rpm转速条件下，加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物5份和乙醇5份，在加入完毕后继续搅拌30分钟制备完成。
将实施例1～6所得产品与对比例1所得产品进行了各项性能测试，结果如表1所示。
表1实施例1～6所得产品与对比例1所得产品的各项测试结果
从表1中沥青路面材料的针入度、软化点和25℃延度结合薄膜烘箱老化试验后的质量变化、针入度比和25℃延度来看，由于红外屏蔽纳米材料和紫外吸收纳米材料的加入，沥青材料的抗热和耐老化性能明显增强；从ac-13沥青混合料的尾气降解效能来看，由于紫外吸收纳米材料和尾气分解纳米材料的协同作用，尾气降解效能大幅度提高，且随着紫外吸收纳米材料和尾气分解纳米材料加入量的增大，尾气降解效能也随之升高。可见几种纳米材料的加入具有很好的针对性，所以本发明的多功能纳米改性沥青路面材料具有十分广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。