低滚阻改性沥青材料表征及机理研究

发布时间：2020-05-17 16:44

【摘要】：车辆在路面上行驶,轮胎胎面和路面会产生滚动阻力,从而影响能耗,降低能耗对于建设环境友好型社会将会产生积极影响。目前,关于滚动阻力研究,主要在轮胎方面。通过分子结构设计,对橡胶轮胎进行改性,并基于黏弹力学理论,从改变或降低橡胶的应变滞后性出发,获得了低动态生热的橡胶,用以生产低滚阻轮胎。而沥青路面作为应用最为广泛的道路路面,但对于路面滚阻阻力这方面的研究处于空白。因此,本研究自主开发了一种低滚阻沥青改性剂HPT,系统考察了HPT对改性沥青物理性能的影响;采用动态力学分析,对流变学性能进行了研究;并对低滚阻改性沥青的微观结构进行了表征,探讨了改性机理。首先,研究了HPT掺量对于低滚阻改性沥青常规指标的影响。研究结果表明:随着HPT掺量的增加,其软化点升高,针入度减小,延度降低,黏度增强,并且有效改变了离析特性,缓解了由于高温条件下,SBS产生的分散不均匀现象,能够促进SBS形成网状结构,增强其性能,若要按照SBS改性沥青I-D标准来规范低滚阻改性沥青,其低滚阻改性剂HPT掺量在0.25%-1.62%之间。其次,采用动态剪切流变实验以及低温弯曲梁流变实验,研究了HPT掺量对于低滚阻改性沥青流变性能的影响。研究结果表明:发现了相位角明显区别于SBS改性沥青,低滚阻改性沥青相位角随着温度升高持续降低,此为“低滚阻”的思路来源;在高温流变性能方面,首先利用应力扫描确定线性黏弹区间,在1000Pa应力范围内为低滚阻改性沥青的线性黏弹区间应力施加量;另做频率扫描实验,通过利用Cross模型以及Carreau模型对零剪切黏度进行拟合,表明低滚阻改性沥青的零剪切黏度明显高于SBS改性沥青,黏度高,抵抗变形能力强,对于施工温度的确定提供参考,通过MSCR实验,得到HPT1.4%和1.6%掺量下,低滚阻改性沥青高温性能最强;但低滚阻改性沥青的低温与疲劳性能较差,对于低温开裂与疲劳裂缝的危害需后期进行改善;与几种常见改性沥青相比,低滚阻改性沥青温度敏感性较低,随温度变化影响小,施工和易性较强;确定出低滚阻改性剂能够从宏观流变角度大幅改良传统的SBS改性沥青,使其高温性能优异,通过对不同低滚阻改性剂HPT掺量的对比,确定1.4%-1.6%区间范围内,存在最佳性能,可以根据此点为以后道路施工建设用量作为参考。第三,采用了荧光显微镜、红外光谱分析仪以及差示扫描量热仪等保证手段,进行机理研究,低滚阻改性剂HPT可以起到双重作用,首先HPT可以改善SBS改性沥青的热储存稳定性,解决了离析的问题;随着HPT掺量的增加,其改性沥青的性能逐渐改善;确定低滚阻改性剂HPT加入后,促进了SBS与沥青的键合,结合在SBS与沥青的交结处,使其网状结构更加稳固;HPT相对于SBS改性沥青而言,为新的添加物质,有新的熔点,且熔点比SBS高,在路面高温荷载下,黏流态转变温度变化小,能量损耗低,降低滚阻性能优异。最后,借鉴轮胎工业轮胎滚阻测试方法,建立起了低滚阻改性沥青滚动阻力测试评价方法。对比考察了低滚阻改性沥青与SBS改性沥青性能差异。参照《硫化橡胶压缩屈挠试验》标准,进行内生热性能评价。低滚阻改性沥青相比SBS改性沥青生热率降低14.4%,同时低滚阻改性沥青胶浆相比SBS改性沥青胶浆生热率降低15.5%,有效减少能量损耗;参照《汽车轮胎滚动阻力试验方法》标准,进行滚动阻力性能评价。低滚阻改性沥青与炭黑橡胶混炼制成的滚阻模型其生热量相比SBS改性沥青降低3.7%,功率损耗值降低5%,证明其低滚阻特性。基于以上研究表明,低滚阻改性剂HPT的加入,促进了SBS与沥青结合,降低相位角,提高了沥青的高温性能,有效降低滚动阻力,减小能量损耗。
【图文】：

改性剂,岳阳,化工生产,SBS改性剂

图 2.1 SBS 改性剂所示，，选用 SBS 改性剂为岳阳化工生产 YH1301-791H 为白色如表 2.2。表 2.2 SBS 改性剂指标实验结果YH1301-791H线型 30/70n 290000 ＞60 ＞18.0

改性剂,课题组,白色,稳定剂

低滚改性剂如图2.2所示，低滚阻改性剂HPT为课题组自主研发的白色无味细微粉末
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U414

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