无机粒子对SBS改性沥青结构及及流变性能的影响研究

发布时间：2020-09-21 08:00

　　本论文主要研究了无机粒子对SBS改性沥青体系的微观结构及性能的影响。由于SBS与沥青之间存在热力学不相容性,因此二者混合后容易发生相分离,得到两相结构。当向沥青/SBS体系中加入纳米二氧化硅(SiO_2)粒子时,粒子的表面亲疏水性、含量及其在沥青中的分布都将影响共混体系的微观结构,从而使得与沥青材料抗车辙性能紧密相关的流变行为发生变化。流变结果表明,当SiO_2的添加量相同时,疏水性SiO_2比亲水性SiO_2改性沥青的复合模量更高,相位角更低,即抗车辙性更好,这可能与沥青本身也为疏水性材料有关。通过SEM对SBS改性沥青表面结构进行研究,发现疏水性SiO_2的加入会减小体系中的“蜂状结构”尺寸,这暗示着沥青与疏水性SiO_2之间可能存在选择性吸附作用。当SiO_2表面性质相同时,沥青/SBS体系的流变性能对SiO_2的添加量有一定的依赖性,但并未呈现单调变化的趋势,当SiO_2含量超过某个临界值时,由于纳米填料本身存在团聚现象,继续增大SiO_2含量反而会降低其抗车辙性能。光学显微镜结果表明,沥青/SBS体系具有典型的海-岛结构,SiO_2纳米粒子的加入并未改变相分离结构类型,但对相区尺度如分散相平均尺寸有一定的影响。利用DSC对改性沥青体系进行热分析,发现SiO_2纳米粒子的加入可以改善沥青/SBS的温度敏感性。当向沥青/SBS体系中加入玻璃微珠(GB)微填料时,填料粒子的粒径、含量及其在沥青中的分布会对共混体系的流变行为、相态结构和微观“蜂状结构”产生影响。流变结果表明,当玻璃微珠的含量相同时,沥青/SBS体系的流变性能对玻璃微珠的粒径有一定的依赖性,但并不是呈单调变化的趋势,玻璃微珠的粒径选择有一个最优值。光学显微镜结果表明,玻璃微珠的加入未改变沥青/SBS体系的相分离结构,所有体系均保持典型的海-岛结构,但对SBS富集相的尺寸有一定的影响。利用Image J分析表明,共混沥青体系的分散相存在界面面积分数的差异,SBS富集相界面面积分数越小,表明共混体系的相容性越好。通过AFM对体系的微观“蜂状结构”(Catana相)进行研究,提出“蜂状结构”的振幅与波长之比(A_0/?_0)可以有效衡量改性沥青中添加玻璃微珠的粒径对流变性能的影响,A_0/?_0值越低,表明改性沥青具有越高的刚度,揭示了流变行为和微观结构的相关性。
【学位单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U414
【部分图文】：

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图 1.1 SBS 物理交联可逆示意图[12]BS 改性沥青的机理温下，当基质沥青中引入 SBS 改性剂，SBS 可以自发在体系中分散沥青质（饱和分、芳香分）会被 SBS 吸收并产生溶胀。当溶胀发生的比例构成发生改变，溶胀后的 SBS 联结在一起进而在沥青中形成沥青的性能得到提高。黄卫东[14]等研究发现 SBS 和沥青质会竞相吸轻质组分来维持体系的稳定性，SBS 的溶胀、分散是一个由快到慢的动态平衡过程。原健安等[15]研究发现芳香分的含量直接影响 SBS用，当芳香分的含量较高时，SBS 分子结构中的 PS 段的分散更好。海等[16]系统研究了 SBS 在沥青中的相容性和稳定性机理。相容剂使 PS 微区，稳定剂引发 SBS 交联网络结构形成。肖鹏等[17]揭示了 S存形态没有发生化学变化，只是简单的物理共混。梁乃兴等[18]提出发生分子间作用，SBS 会吸收沥青的轻质组分，从而改变了沥青各。

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60 70 80 90 1000.11|G*|/sin(delta)temperature (oC)图 2.3 基质沥青和沥青/SBS 体系的 SHRP 温度改性沥青的微观结构分析微观相结构研究，如图 2.4 所示（同一样品不同时刻的观察图，均为 50μm），为沥青/SBS(100/4)共混体系退火 2h 的光学显微液滴主要由 SBS 富集相组成，而暗色相则代表沥青富集相。

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重庆理工大学硕士学位论文/SBS 体系的相结构类型，共混体系均形成无网络的海-岛结构，说明了相结构对沥青/SBS/A200 混合材料的流变性能的影响较小。如图 3.6(d~e)所示，当 A200 超过 2wt.%时，大量的黑色聚集体形成，相应地削弱了改性沥青的流变性能，解释了图 3.2 以储能模量 G′、复合模量 G*、相位角δ 和复合黏度 *为例，A2 体系流变性能最为优异的原因。

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