温拌SBS改性沥青粘附特性的微观机理研究

发布时间：2017-04-18 08:08

  本文关键词：温拌SBS改性沥青粘附特性的微观机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：SBS改性沥青作为我国道路工程领域使用的主要改性沥青类型,由于其优良的性能,在高等级路面建设中得到广泛应用。然而,在SBS改性沥青混合料的施工过程中,较高的施工温度会带来能源消耗巨大、粉尘和废气导致环境污染等一系列问题。温拌沥青(WMA)的使用能有效降低热拌沥青混合料的施工温度,是一种节能减排的绿色筑路材料,但其降低施工温度的技术特点使其水稳定性能受到了很大的挑战,而有关温拌沥青与集料体系粘附性的微观机理尚未明确,成为制约该项技术推广应用的主要瓶颈。本文首先针对不同原材料类型及掺量下SBS改性沥青的粘附性展开研究。分别考虑基质沥青类型、SBS改性剂类型、SBS掺量、相容剂掺量和稳定剂掺量等五个因素,基于表面自由能方法,求得不同原材料参数下沥青的粘聚功。同时,根据AFM试验结果,比较分析不同原材料参数对SBS改性沥青纳观粘附特性和微观形貌的影响,并对粘聚功和纳观粘附力数据进行相关性分析。在此基础上,研究不同原材料影响因素对SBS改性沥青粘附特性影响的微观机理。其次,以SBS改性沥青为原样沥青,制备Sasobit和Evotherm两种不同的温拌SBS改性沥青。通过表面自由能理论和AFM技术,获得干湿条件下沥青的粘聚功、粘附功、剥落功、配伍率和纳观粘附力等粘附性能指标,并结合AFM图像扫描试验结果,探寻温拌剂对SBS改性沥青粘附性能的影响机制。最后,对老化前后的原样沥青和温拌SBS改性沥青,分别以表面自由能和纳观粘附力为指标评价沥青的粘附特性,并比较老化前后沥青形貌图和相位图的变化。同时,根据红外光谱图中吸收峰和官能团指数的变化,定量表征老化对温拌SBS改性沥青化学结构的影响。在此基础上,对不同粘附特性指标以及沥青官能团指数与纳观粘附力之间进行相关性分析,从而建立老化条件下沥青微观形貌和化学结构与粘附性能的内在关系。研究结果表明:(1)不同基质沥青下SBS改性沥青的粘聚功和纳观粘附力存在较大差异,SBS改性剂与基质沥青之间在粘附特性上存在配伍性的问题。适当增加SBS掺量,对提高SBS改性沥青的粘聚性及其与集料的粘附性两方面均有利,从而使得沥青-集料体系的抗水损害能力逐渐加强。随着抽出油掺量的增大,SBS改性沥青的粘聚功先增大后减小,当抽出油掺量超过3.5%时,SBS改性沥青的粘聚功出现下降趋势。随着稳定剂掺量的增大,SBS改性沥青的粘聚功和纳观粘附力均有不同程度的提高,且粘附性指标之间的表现出良好的相关性。(2)粘聚和粘附两方面的试验结果均表明,Evotherm温拌剂添加后沥青混合料的水稳定性得到增强,而Sasobit温拌剂的添加降低了沥青混合料的抗水损害能力。沥青试样浸水后的纳观粘附力均比浸水前要小,表明浸水处理降低了沥青混合料的水稳定性。粘聚功、粘附功和配伍率与纳观粘附力指标之间具有一定的正相关关系,且粘聚功与纳观粘附力指标之间的相关性最好。相比不浸水条件时,浸水后表面沥青的胶体结构有从“溶-凝胶型”变为“溶胶型”的趋势。(3)原样沥青和温拌沥青老化后表面自由能和纳观粘附力均有所减小,但原样沥青纳观粘附力的减小幅度明显比温拌沥青大,从纳观粘附特性的角度看,温拌剂能在一定程度上提高沥青的抗老化性能。沥青的蜂状结构和连续相在老化后出现“合并”的现象,表明沥青在老化过程中发生了团聚和聚合。FTIR试验结果表明原样沥青和温拌沥青在老化过程中均发生了吸氧氧化反应,且其中的SBS改性剂也发生了降解。沥青在老化后纳观粘附力的减小,与沥青老化过程中发生吸氧氧化导致含氧官能团增多有较大关系,而受到SBS改性降解的影响较小。
【关键词】：道路工程 SBS 温拌沥青 粘附特性 AFM 表面自由能
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U414
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 温拌沥青水稳定性研究现状11-12
• 1.2.2 沥青混合料水稳定性评价方法12-14
• 1.3 主要研究内容与技术路线14-17
• 1.3.1 研究内容14
• 1.3.2 技术路线14-17
• 2 原材料及试验方法17-41
• 2.1 原材料17-23
• 2.1.1 基质沥青17
• 2.1.2 SBS改性剂17-18
• 2.1.3 相容剂18-19
• 2.1.4 稳定剂19-20
• 2.1.5 温拌剂20-22
• 2.1.6 SBS改性沥青22-23
• 2.2 试样制备23-29
• 2.2.1 SBS改性沥青制备23
• 2.2.2 温拌SBS改性沥青制备23-25
• 2.2.3 SFE试样制备25-26
• 2.2.4 AFM试样制备26-28
• 2.2.5 不同老化沥青试样制备28-29
• 2.3 试验方法29-41
• 2.3.1 原子力显微镜（AFM）试验29-35
• 2.3.2 表面能（SFE）试验35-39
• 2.3.3 红外光谱(FTIR)试验39-41
• 3 原材料对SBS改性沥青粘附特性的影响研究41-79
• 3.1 基质沥青类型对SBS改性沥青粘附特性的影响41-51
• 3.1.1 基质沥青类型对SBS改性沥青表面能特性的影响41-44
• 3.1.2 基质沥青类型对SBS改性沥青纳观粘附特性的影响44-45
• 3.1.3 相关性分析45
• 3.1.4 基质沥青类型对SBS改性沥青粘附特性影响的微观机理分析45-51
• 3.2 SBS类型对SBS改性沥青粘附特性的影响51-58
• 3.2.1 SBS类型对SBS改性沥青表面能特性的影响51-52
• 3.2.2 SBS类型对SBS改性沥青纳观粘附特性的影响52-53
• 3.2.3 相关性分析53
• 3.2.4 SBS类型对SBS改性沥青粘附特性影响的微观机理分析53-58
• 3.3 SBS掺量对SBS改性沥青粘附特性的影响58-65
• 3.3.1 SBS掺量对SBS改性沥青表面能特性的影响58-60
• 3.3.2 SBS掺量对SBS改性沥青纳观粘附特性的影响60-61
• 3.3.3 相关性分析61-62
• 3.3.4 SBS掺量对SBS改性沥青粘附特性影响的微观机理分析62-65
• 3.4 相容剂掺量对SBS改性沥青粘附特性的影响65-71
• 3.4.1 相容剂掺量对SBS改性沥青表面能特性的影响65-67
• 3.4.2 相容剂掺量对SBS改性沥青纳观粘附特性的影响67-68
• 3.4.3 相关性分析68-69
• 3.4.4 相容剂掺量对SBS改性沥青粘附特性影响的微观机理分析69-71
• 3.5 稳定剂掺量对SBS改性沥青粘附特性的影响71-77
• 3.5.1 稳定剂掺量对SBS改性沥青表面能特性的影响71-73
• 3.5.2 稳定剂掺量对SBS改性沥青纳观粘附特性的影响73-74
• 3.5.3 相关性分析74
• 3.5.4 稳定剂掺量对SBS改性沥青粘附特性影响的微观机理分析74-77
• 3.6 本章小结77-79
• 4 温拌剂对SBS改性沥青粘附特性影响的微观机理研究79-108
• 4.1 基于SFE的温拌SBS改性沥青粘聚和粘附特性分析79-87
• 4.1.1 接触角和表面自由能79-81
• 4.1.2 粘聚功81-82
• 4.1.3 粘附功82-84
• 4.1.4 剥落功84-86
• 4.1.5 配伍率86-87
• 4.2 基于AFM的温拌SBS改性沥青纳观粘附特性分析87-91
• 4.2.1 不浸水条件下的温拌SBS改性沥青纳观粘附特性分析87
• 4.2.2 浸水条件下的温拌SBS改性沥青纳观粘附特性分析87-89
• 4.2.3 纳观粘附力试验结果统计分析89-91
• 4.3 多尺度粘附指标的相关性分析91-92
• 4.4 温拌SBS改性沥青微观形貌特征分析92-106
• 4.4.1 Sasobit温拌SBS改性沥青微观形貌特征92-100
• 4.4.2 Evotherm温拌SBS改性沥青微观形貌特征100-105
• 4.4.3 温拌剂对SBS改性沥青表面粗糙度影响分析105-106
• 4.5 本章小结106-108
• 5 老化条件下温拌SBS改性沥青粘附特性的定量表征108-129
• 5.1 老化对温拌SBS改性沥青表面能特性的影响108-115
• 5.1.1 接触角108-110
• 5.1.2 表面自由能110-115
• 5.2 老化对温拌SBS改性沥青纳观粘附特性的影响115-117
• 5.2.1 纳观粘附力115-116
• 5.2.2 纳观粘附力与表面能相关性分析116-117
• 5.3 老化对温拌SBS改性沥青粘附特性影响的微观组成分析117-127
• 5.3.1 AFM形貌和相位图分析117-122
• 5.3.2 FTIR分析122-127
• 5.4 本章小结127-129
• 6 结论与展望129-132
• 6.1 主要结论129-131
• 6.2 进一步研究建议131-132
• 参考文献132-136
• 致谢136-137
• 攻读学位期间的研究成果137

【参考文献】

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