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原文传递聚合物改性沥青防水材料老化性能与寿命预测研究

论文题名：	聚合物改性沥青防水材料老化性能与寿命预测研究
关键词：	聚合物改性沥青;防水材料;老化性能;光热耦合;寿命预测
摘要：	聚合物改性沥青以其优良的高低温性能已被广泛应用于防水领域。然而，受热和紫外光的影响导致屋面防水材料性能劣化，会大大缩短防水层的服役寿命。目前，关于聚合物改性沥青防水卷材热老化和光热耦合老化研究还较少，因此，研究不同种类聚合物改性沥青防水卷材的老化性能，对于提高聚合物改性沥青防水卷材的抗老化能力，延长其服役寿命具有重要的指导意义。　　本文采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、胶粉为改性剂，有机化蒙脱土（OMMT）为抗老化剂，石灰石粉为填料，分别制备了SBS改性沥青、胶粉/SBS改性沥青和OMMT/SBS改性沥青及其涂盖料，研究了热与光热耦合作用对不同种类聚合物改性沥青及其涂盖料性能的影响，通过荧光显微镜和傅立叶变换红外光谱（FTIR）研究了不同种类聚合物改性沥青老化前后微观结构和化学结构的变化，建立了聚合物改性沥青的老化动力学方程，预测了不同种类聚合物改性沥青防水材料的服役寿命。主要研究结论如下：　　（1）SBS改性沥青和胶粉/SBS改性沥青及其涂盖料的软化点增量（ΔS）、低温柔度降低量（ΔF）和粘度老化指数（VAI）均随热老化和光热耦合老化时间的延长而增加，光热耦合老化作用的影响明显高于热老化。相比于SBS改性沥青，胶粉/SBS改性沥青表现出更好的抗老化性。　　（2）掺加OMMT明显提高了SBS改性沥青的软化点和粘度，但对低温柔度的影响较小。热老化和光热耦合老化后，OMMT/SBS改性沥青的ΔS、ΔF和VAI均随OMMT掺量的增加而降低，相对于热老化，光热耦合老化后OMMT/SBS改性沥青的ΔS、ΔF和VAI的降低幅度更大，表明OMMT对SBS改性沥青的抗热老化和光热耦合老化有很好的改善作用。　　（3）荧光显微镜观察表明，热老化和光热耦合老化后SBS改性沥青和OMMT/SBS改性沥青的交联网络结构均会发生不同程度的破坏，但对高掺量SBS改性沥青和OMMT/SBS改性沥青的微观结构影响较小，尤其是OMMT/SBS改性沥青在老化后仍保持较完整的交联网状结构。这进一步证明了OMMT/SBS改性沥青具有优良的抗老化性能。　　（4）FTIR分析表明，聚合物改性沥青防水材料在老化过程中发生了氧化和SBS断链降解反应，高掺量SBS改性沥青老化后的羰基指数（IC=O）、亚砜基指数（IS=O）和丁二烯双键指数（IC=C）的变化较低掺量SBS改性沥青小。胶粉的加入使改性沥青有较多的亚砜基（S=O）生成。高掺量的胶粉/SBS改性沥青较低掺量胶粉/SBS改性沥青在老化过程中生成更多的S=O，而羰基（C=O）和丁二烯双键（C=C）的变化较小，此外，填料的加入可以抑制SBS改性沥青和胶粉/SBS改性沥青化学结构的变化。随着OMMT掺量的提高，SBS改性沥青热老化后IC=O和IC=C的增量逐渐降低，且光热耦合老化后IC=O和IC=C减少幅度更大，表明OMMT的掺入可以提高SBS改性沥青的抗热老化和紫外线老化能力。　　（5）对不同种类聚合物改性沥青进行了不同温度条件下的老化，基于粘度和低温柔度的变化，建立了聚合物改性沥青防水材料老化动力学方程，并进行了寿命预测。老化动力学研究表明SBS改性沥青、胶粉/SBS改性沥青和OMMT/SBS改性沥青的活化能分别为39.522、48.865和55.181kJ/mol。以低温柔度降至0℃作为聚合物改性沥青防水材料使用寿命终止的判据，SBS改性沥青、胶粉/SBS改性沥青和OMMT/SBS改性沥青在年平均日照时间为1200小时（温度为60℃）下的使用寿命分别为16.90、18.76和21.32年，表明OMMT显著提高了SBS改性沥青防水卷材的服役寿命。
作者：	何炎衡
专业：	材料科学与工程
导师：	余剑英
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021