再生剂与老化沥青微观作用机理研究

发布时间：2020-11-02 12:24

　　 随着我国公路里程不断增加,公路维修养护任务越来越繁重,在此过程中产生了大量的废旧沥青混合料,使用沥青路面再生技术对废旧沥青混合料进行再生利用,可产生良好的社会和经济效益。但目前对老化沥青与再生剂之间作用机理的不完全认知仍制约着沥青路面再生技术的推广应用,因而深入研究老化沥青与再生剂的作用机理,改善再生沥青混合料品质,提高沥青路面再生技术水平成为业内工作者亟需解决的问题。本文以人工模拟老化制备老化沥青,并加入再生剂的方法得到再生沥青,采用动态剪切流变、红外光谱、凝胶色谱、表面自由能、原子力显微镜等方法,系统研究了沥青在老化和再生过程中的流变性能、化学组成、粘附性和微观结构等的变化规律。本文的研究结果表明,沥青在老化过程中由于小分子物质挥发和氧化反应等作用,导致其分子量向大分子迁移,且生成含极性官能团的物质,导致沥青复数模量增大、相位角降低,即变硬变脆,且与集料之间的粘附性降低,更易发生水损坏。通过添加再生剂可调节老化沥青的分子量分布,增强沥青分子的运动能力,从而使老化沥青的复数模量降低、相位角降低,且可有效增强沥青与集料之间的界面粘附性和抗剥落性能,显著增强沥青混合料的水稳定性。原子力显微镜的试验结果亦表明,沥青的再生在微观层面可视为老化的逆过程,且纳观粘附力可作为评价沥青粘附性的指标。文中所使用的三种再生剂的再生机理可分为两类:一类是轻质油类物质,通过自身的小分子属性,填充于老化沥青的大分子之间,形成润滑作用,以增强老化沥青分子间的运动能力;另一类是表面活性剂类物质,其在软沥青质与沥青质之间形成一层“界面膜”,达到增强沥青分子的运动能力的目的。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U414
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 再生沥青混合料研究及应用现状
        1.2.2 老化沥青再生机理研究现状
        1.2.3 沥青微观研究现状
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
2 原材料及试验方法
    2.1 原材料
        2.1.1 沥青
        2.1.2 再生剂
    2.2 试验方法
        2.2.1 动态剪切流变（DSR）试验
        2.2.2 红外光谱（FTIR）试验
        2.2.3 凝胶色谱（GPC）试验
        2.2.4 表面自由能（SFE）试验
        2.2.5 原子力显微镜（AFM）试验
    2.3 试样制备方法
        2.3.1 老化沥青制备
        2.3.2 再生沥青制备
        2.3.3 表面自由能试样制备
        2.3.4 原子力显微镜试样制备
3 再生沥青流变性能及粘附性研究
    3.1 再生沥青流变性能研究
        3.1.1 再生剂掺量确定
        3.1.2 线粘弹性范围研究
        3.1.3 再生沥青复数模量和相位角主曲线研究
        3.1.4 基于流变性能的沥青抗老化性能评价
        3.1.5 基于流变性能的再生剂再生效率及配伍性评价
    3.2 基于表面自由能的再生沥青粘附性及水稳定性研究
        3.2.1 表面自由能基本理论介绍
        3.2.2 表面自由能计算
        3.2.3 再生沥青粘附性评价
        3.2.4 剥落功本构方程介绍
        3.2.5 再生沥青水稳定性评价
    3.3 本章小结
4 再生沥青化学性质研究
    4.1 再生沥青红外光谱分析
        4.1.1 基于红外光谱的沥青老化机理分析
        4.1.2 再生剂红外光谱分析
        4.1.3 基于红外光谱的再生剂与老化沥青作用机理分析
    4.2 再生沥青凝胶色谱分析
        4.2.1 基于凝胶色谱的沥青老化机理分析
        4.2.2 基于凝胶色谱的再生剂与老化沥青作用机理分析
    4.3 本章小结
5 基于原子力显微镜的再生沥青微观特性分析
    5.1 原子力显微镜成像原理
    5.2 基于AFM的沥青微观形貌特征分析
        5.2.1 老化对沥青微观形貌特征的影响
        5.2.2 再生对沥青微观形貌特征的影响
    5.3 基于AFM的沥青纳观粘附特性分析
        5.3.1 再生沥青纳观粘附特性分析
        5.3.2 基于表面自由能理论的纳观粘附力验证
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 进一步研究建议
致谢
参考文献
附录A 接触角试验数据
攻读硕士期间发表的论文

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本文编号：2867041