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原文传递纳米基高粘复合改性沥青制备及性能研究

论文题名：	纳米基高粘复合改性沥青制备及性能研究
关键词：	高粘改性沥青;热存储稳定性;微观特性;流变性能;路用性能
摘要：	近年来，随着我国道路工程建设的迅速发展，桥梁建造数量逐年增加，高粘沥青以其优异的路用性能，在高等级公路、桥面铺装及一些特殊工程中应用广泛，但目前国内市场的高粘沥青多以高掺量SBS为基料，其存在以下问题：存储稳定性不佳、重复加热性能衰减严重、沥青高温粘度较大，施工和易性差。针对以上问题，本文以经过表面改性的两种碳纳米管与SBS改性剂复配制备复合高粘改性沥青(CNTs/SBS-HVMA)，该产品在达到传统高粘沥青性能的同时，解决了热存储稳定性不足、重复加热性能衰减严重和施工和易性不好的问题。　　为探究传统高SBS掺量的高粘改性沥青(SBS-HVMA)存储稳定性的衰变规律，对其进行10天的热存储，分析不同热存储天数沥青样品的常规指标、流变性能和微观特性变化，探讨其经热存储后上、下部样品的性能衰减情况。结果表明：SBS-HVMA在热存储2天时上、下部离析软化点差为35.4℃，热存储4天时离析软化点差为34.2℃，随后趋于稳定。在热存储的前2天，高粘沥青的相分离与改性剂发育溶胀并存，但以相分离为主；在热存储4天后，改性沥青的老化和降解占主导地位，此时性能衰减较为明显。　　为弥补传统SBS-HVMA性能的不足，研发具有优良性能的纳米基高粘复合改性沥青，以两种经过表面改性的CNTs与SBS改性剂复配制备CNTs/SBS-HVMA，以常见的SBS-HVMA和TPS高粘改性沥青(TPS-HVMA)作为对比样，对其进行宏观性能与微观特性分析。结果表明：确定了CNTs/SBS-HVMA中两种CNTs的最佳掺量均为1.0%；CNTs/SBS-HVMA的离析软化点差为1.2℃(lt;2.5℃)，存储稳定性远优于SBS-HVMA(离析软化点差35.4℃)和TPS-HVMA(离析软化点差11.1℃)；CNTs有效地提升了改性沥青的高温性能，且减缓了粘度的衰减；CNTs/SBS-HVMA与集料的粘附性最佳，其抗水损害能力得到提升；CNTs可以增大SBS的溶胀面积，使SBS网络更加致密，增加沥青的弹性分量，提升沥青的路用性能。　　为研究3种高粘沥青的高温流动特性和中低温蠕变特性，本文基于流变学原理对高粘沥青进行了旋转粘度试验、动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验。结果表明：CNTs/SBS-HVMA高温流动粘滞阻力最小，施工和易性最好；SBS-HVMA高温性能最好，TPS-HVMA最差，CNTs/SBS-HVMA介于二者之间；中温重复蠕变条件下，CNTs/SBS-HVMA在不同应力水平和不同老化情况下的R最大，Jnr最小，说明其高温抗变形能力最好，其原因是CNTs在沥青与SBS间起到短纤维加筋作用，增强了沥青体系的粘结强度；低温蠕变劲度模量CNTs/SBS-HVMA最大，SBS-HVMA次之，TPS-HVMA最小，但三者的低温蠕变速率值接近，且均处于同一低温等级PG-28，说明CNTs的加入对其低温性能影响不明显。　　为验证CNTs/SBS-HVMA混合料的路用性能，本文进行了室内车辙试验、冻融劈裂试验、小梁弯曲试验和汉堡车辙试验，并与SBS-HVMA混合料和TPS-HVMA混合料进行对比。结果表明：3种高粘沥青均具有较好的高低温性能和抗水损害性能，说明CNTs的加入，对沥青混合料的高温性能提升较为明显，对低温性能影响不大，且混合料性能与沥青性能具有一致性。
作者：	刘凯
专业：	道路与铁道工程
导师：	王立志
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2021