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原文传递沥青基体及制备工艺对高温铺装环氧沥青性能的影响机制

论文题名：	沥青基体及制备工艺对高温铺装环氧沥青性能的影响机制
关键词：	环氧沥青;制备工艺;微观结构;力学性能;高温铺装;钢桥面铺装
摘要：	环氧沥青是传统筑路沥青的革命性升级材料，固化后可形成不溶解、不熔融的固态交联体系，从根本上改变了沥青的热塑性本质，极大地延长了沥青铺面的使用寿命，是钢桥面铺装的首选材料之一。环氧沥青固化后呈交联空间不可逆的网状结构，高温下不会发生熔融流淌，表现出良好的高温性能和抗车辙性能。但由于环氧沥青是由成分多元的沥青、极性较大的环氧树脂以及反应活性较高的固化体系组成，拌合、固化后形成更为复杂的多相聚合物体系。当采用不同的制备工艺参数、选择不同的原材料制备环氧沥青时，会得到具有很大性能差异的环氧沥青铺面材料。在研究高温拌合铺装环氧沥青铺面材料时，发现决定环氧沥青铺面材料性能的一个关键因素是控制环氧树脂和沥青之间良好的相容性或相态结构。因此，通过研究不同拌合温度、搅拌时间、搅拌速率对环氧沥青固化物相态结构的影响，进而分析制备工艺条件对环氧沥青性能的影响具有重要意义。原材料的选择对环氧沥青固化物的微观相态结构及宏观力学性能亦有显著影响，其中环氧树脂多为市场使用最为普遍的双酚A型环氧树脂，性能稳定，价格较低，可替换品种较少；固化体系为本研究组针对高温拌合路面铺装环氧沥青特制的可在170℃以上拌合、适用期超过3小时并能在室温下缓慢固化的环氧沥青专用固化体系，在本研究中不可替换；而可选择使用的沥青来源则多种多样，化学特性、成分组成、密度、流变性等均有不同，在实际应用过程中发现沥青基体对环氧沥青材料性能具有显著影响。因此，通过研究不同沥青基体制备环氧沥青固化物的相容性、力学性能及动态热机械性能，分析高性能环氧沥青所需沥青基体的性能特点，为路面铺装环氧沥青的材料选择与性能优化提供重要的理论参考。　　基于以上考虑，本文以不同种类的70＃、90＃及SBS改性沥青为基体原材料，分别采用不同工艺制备环氧沥青，研究了不同拌合温度、不同搅拌速率及不同搅拌时间对环氧沥青固化物的微观相态结构，力学性能及玻璃化转变过程等方面的影响。在制备工艺方面，发现在150、170、190℃下制备的环氧沥青固化物的各性能存在较大差异，与150℃下制备的环氧沥青相比，170及190℃下制备的环氧沥青固化物的相容性更好，力学性能更加优异，玻璃化转变温度也有明显降低。不同搅拌速率也会对环氧沥青固化物性能产生影响，与搅拌速率为200及1500r/min下制备的环氧沥青相比，在500r/min下制备的环氧沥青固化物的相容性有所改善、力学性能提高、玻璃化转变温度降低。在搅拌时间方面，以500r/min的速率搅拌5min所得环氧沥青固化物的相容性和力学性能较好。由于环氧沥青在搅拌过程初期同时伴随着较为快速的交联反应，粘度变化迅速，因此在一定搅拌速率下控制搅拌时间也是一个重要的因素。在研究了较为合理的实验室制备环氧沥青浇铸体工艺性能之后，本文进一步研究了不同牌号沥青、老化沥青、引入不同SBS弹性体的改性沥青所制备的各种环氧沥青固化物的微观结构、力学性能、玻璃化转变温度等。并通过对各种沥青基体的相对密度、化学组成、元素组成、官能团结构等有可能影响环氧沥青化学反应过程以及环氧沥青微观相态结构的各方面因素进行研究，试图从沥青基本的物理和化学本质中寻找其影响环氧沥青固化物性能的关键因素。在研究由不同沥青制备的环氧沥青固化物性能时发现，不仅不同牌号的沥青对其所制备环氧沥青的性能有显著影响，而不同产地的90＃沥青同样会影响环氧沥青固化物的性能。例如在横向比较SK70＃、SK90＃及SBS改性沥青为基体制备的环氧沥青中，发现SBS改性沥青所制备环氧沥青固化物的微观相态结构、力学性能、耐低温性能等各项指标均相对较好。而在纵向比较三种不同产地90＃沥青所制备环氧沥青性能方面，发现SK90＃沥青所制备环氧沥青固化物的相容性最差，易出现明显分层；而壳牌90＃沥青及克拉玛依90＃沥青所制备环氧沥青固化物则相容性较好。同样，由SK90＃制备的环氧沥青固化物的力学性能也相对较差。老化是在实际应用中有可能改变沥青自身物理化学性质的重要因素之一，采用老化后的SK90＃基质沥青所制备环氧沥青相对于新SK90＃基质沥青所制备环氧沥青的相容性明显改善，抗拉强度有所提高，但是断裂伸长率下降。而对于SK70＃沥青，新SK70＃基质沥青制备的环氧沥青固化物的相容性较差，拉伸强度及断裂伸长率都有所下降。SBS弹性体的引入是一种有效改善环氧沥青相容性、相态结构、力学性能、低温韧性的方法，不同参量的SBS改性沥青制备的环氧沥青固化物各性能存在明显差异，当采用SBS掺量为4％的SBS改性沥青来制备环氧沥青时，能够得到相容性更好，拉伸强度更高，断裂伸长率更大，玻璃化转变温度也更低的高性能环氧沥青。由此可见，由于环氧沥青铺面材料是一种由多种物质组成的、具有复杂聚集态结构的热固性材料，其微观相结构、固化性能、力学性能、耐低温性能受到极其复杂的多因素影响。因此，针对环氧沥青制备工艺、固化工艺、各种原料的物理化学性质等方面因素的研究，对提高环氧沥青铺面材料路用性能具有重要意义。
作者：	李党刚
专业：	材料工程
导师：	许培俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文