目前，道路安全和环保已受到了极大的关注。国内外学者对其进行了一系列研究，如抗滑沥青路面的研究、排水沥青混合料的研究、吸收汽车尾气的沥青混合料研究等。纵观现有的研究成果发现，就采用TiO2催化分解尾气的沥青路面而言，混合料的空隙率越大，TiO2与汽车尾气接触的面积越大，进而对汽车尾气的催化分解能力越强；而排水性沥青路面恰恰也是通过提升混合料的空隙率，保证雨水迅速排出路面结构之外，保持路表相对干燥进而保证其抗滑性能，提高行车安全性中国沥青网sinoasphalt.com。基于此，研究一种既能有效降解尾气又具有良好排水性能的沥青混合料具有一定的可行性。但由于排水沥青混合料在使用过程中承受较大的动水压力和冲刷力，添加降解汽车尾气的催化剂是否会降低其水稳定性、降解汽车尾气的效果如何等问题还有待进一步研究。该文针对上述问题，通过分析不同催化剂添加量条件下降解汽车尾气的效果、对比分析添加催化剂前后的水稳定性等方面对可降解汽车尾气的排水沥青混合料性能进行评价。

TiO2对排水性沥青混合料性能的影响评价

试验方案设计

该文以PE改性沥青为结合料，选用PAC-13型级配进行有关研究。最佳油石比为4.9%，具体的配合比设计方法不再赘述。

纳米TiO2的比表面积大、比表面能高，对降解汽车尾气具有良好的效果，但由于范德华力和库仑力的存在促使其表面粒子相互靠近，导致其分散性、热力学稳定性差。为保证纳米均匀地分散在沥青混合料中，该文借鉴叶超、陈华鑫等的研究成果，利用粒径为25nm的TiO2对PE改性沥青进行二次改性，以机械剪切的方法制备稳定的改性沥青。

可降解汽车尾气的TiO2最佳掺量的确定

参考国内外已有的研究成果，结合排水沥青混合料的特点，该文选择锐钛矿型纳米TiO2以3%、5%、7%、9%、11%、13%共6种掺量二次改性沥青，并制备PAC-13车辙试件，在25℃，紫外线辐照度26.64W/m2、气体初始浓度为CO、HC、NO下进行催化汽车尾气性能试验。

以对汽车尾气吸收的累计分解率和有效分解效率为评价指标，根据试验数据，得出累计分解率、有效分解效率随TiO2掺量的变化规律。

就含TiO2的沥青混合料对汽车尾气催化分解的性能而言，原则上是随着TiO2掺量的增大而不断增大的。可以发现，随着TiO2掺量的增加，累计分解率、有效分解效率呈现先增大后减小的变化趋势，即掺量超过某一值后，其催化分解汽车尾气的性能不断降低。分析其原因如下：虽然通过机械剪切增加了TiO2在沥青中分布的均匀性、稳定性，但与矿粉相比，TiO2的比表面积比较小，吸持沥青的能力较小，在光照和高温作用下，沥青混合料会产生较大的流动性；而PAC-13排水沥青混合料的空隙率较大，导致沥青胶浆下流，上部沥青胶浆含量相对偏低，从而TiO2的有效利用率降低，进而表现为累计分解率、有效分解效率下降。

根据上述分析，综合考虑TiO2对汽车尾气中CO、HC、NO的累计分解率和有效分解效率，得出添加8.5%的TiO2对降解汽车尾气的效果最佳。

水稳定性能评价

排水性沥青混合料的空隙率大，添加TiO2对降解汽车尾气效果显著，但排水沥青混合料承受较大的动水压力作用，故添加TiO2对其水稳定性的影响直接关乎该研究的可行性与否。为此，该文采用浸水马歇尔试验、肯塔堡飞散试验、冻融劈裂试验等对添加TiO2前后的混合料水稳定性进行对比分析。

可知：添加TiO2后PAC-13沥青混合料的残留稳定度、冻融劈裂强度均有一定程度的提高，同时浸水飞散损失有所减少，即添加TiO2不会对其水稳定性产生不利影响，反而有一定的改善，但改善效果非常有限。这是由于纳米TiO2可与沥青产生复杂的物化反应，改善沥青的感温性能、粘附性能。有关研究表明：添加纳米TiO2后，沥青的针入度、软化点以及高温剪切模量均有一定程度的增大。

因此，通过纳米TiO2二次改性沥青来制备可降解汽车尾气的排水性沥青混合料，使其兼具环保和安全性能是可行的。

空隙率对可降解汽车尾气的排水沥青混合料性能影响评价

空隙率越大，汽车尾气与掺加的TiO2接触越充分，降解效果越好；但空隙率越大，混合料在使用过程中承受的动水压力和冲刷力愈大。为此，通过调整混合料级配来控制空隙率的变化，研究不同空隙率下的沥青混合料对汽车尾气的降解效果及其水稳定性，综合确定最佳空隙率范围。

空隙率对降解尾气效果的影响

每种级配在最佳油石比条件下添加8.5%的纳米TiO2制备试件，并按照上一节的试验条件进行催化汽车尾气性能试验，并对试验数据进行处理、曲线拟合。

可以看出：随着空隙率的增加，可降解汽车尾气的排水沥青混合料对汽车尾气的降解效果逐步增强。通过数据拟合发现，空隙率与混合料降解汽车尾气的有效分解效率呈对数关系。

混合料的空隙率增大，汽车尾气中的CO、HC、NO与TiO2的接触面积增加，更多的汽车尾气与TiO2发生氧化还原反应；另一方面，空隙率增大，紫外线可通过空隙率进入试件内部，能够与汽车尾气发生反应的TiO2量相对增多，同时集料表面的沥青接受的紫外线也会增多，紫外线促进TiO2与汽车尾气的反应。故随着空隙率的增加，混合料对汽车尾气的降解效果逐步增强。

由上述分析可知：为保证混合料具有较好的降解汽车尾气的能力，空隙率应越大越好，尽量保证混合料具有较大的空隙率。

空隙率对水稳定性的影响

可知：

(1)随着混合料空隙率的增大，残留稳定度、冻融劈裂强度比逐渐减小，浸水飞散损失逐渐增大，即水稳定性能逐渐降低；且在空隙率大于20%时，排水沥青混合料的水稳定性能急剧下降，因此可降解汽车尾气的沥青混合料的空隙率应控制在20%以内。

(2)参考中国针对排水沥青混合料水稳定性的要求，若以残留稳定度不小于80%、浸水飞散损失不大于20%、冻融劈裂强度比不小于80%为标准，则添加TiO2可降解汽车尾气的排水沥青混合料的空隙率不应大于19%。

鉴于PAC排水性沥青混合料的空隙率一般在15%~25%之间，故为保证添加TiO2的可降解汽车尾气的排水沥青混合料既具备有效的降解尾气的能力，又具备良好的水稳定性，建议其空隙率应控制在15%~19%之间，且相对越大越好。

结论

(1)综合考虑累计分解率和有效分解效率指标，添加8.5%的TiO2对降解汽车尾气的效果最佳。

(2)添加TiO2不会对PAC-13沥青混合料水稳定性产生不利影响，反而有微小的提升，因此通过纳米TiO2二次改性沥青来制备可降解汽车尾气的排水性沥青混合料是可行的。

(3)空隙率与混合料降解汽车尾气的有效分解效率呈增长的对数关系，故为保证混合料具有较好的降解汽车尾气的能力，应尽量保证混合料具有较大的空隙率。

(4)就空隙率对水稳定性的影响幅度而言，添加TiO2的可降解汽车尾气的沥青混合料空隙率不得大于20%；而参考中国对于排水性沥青混合料水稳定性的要求，其空隙率不应大于19%。

(5)为保证添加TiO2的排水性沥青混合料既具备有效的降解汽车尾气的能力，又具备良好的水稳定性，综合建议混合料的空隙率范围为15%~19%，且相对越大越好。