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原文传递废玻璃表面改性及其与沥青界面黏附性能影响研究

论文题名：	废玻璃表面改性及其与沥青界面黏附性能影响研究
关键词：	硅烷偶联剂;表面改性;废玻璃粉;沥青界面;黏附性能
摘要：	我国废玻璃年产量大，若仅将废玻璃堆砌掩埋，既占用土地资源又造成环境污染；若将其回收再利用可缓解自然资源与能源的消耗，且能最大限度的保护生态环境。另一方面，我国公路工程建设发展迅猛，过度开采造成了天然砂石资源出现严重匮乏和劣化，衍生出一系列环境生态问题。为缓解道路建设对天然石料的消耗，国内外学者开展了大量废玻璃粉(WGP)在道路建材化再生应用试验研究。　　废玻璃破碎后具有耐磨性高、反光性好、透水性强等优点，但因表面光滑、粒径大小不均一，与沥青黏附效果差。通常为保证沥青混合料性能，多控制废玻璃掺量并对玻璃的物化性质进行改性处理。表面刻蚀、打磨等处理方法，可增大玻璃表面粗糙程度，但对提升玻璃与沥青界面黏附性能和改善沥青混合料水稳定性方面作用效果不明显。伴随以偶联剂改性、有机物交联、高分子接枝等技术作为玻璃表面改性处理方法日益成熟，不仅可提升玻璃与沥青之间的黏附性，增强玻璃表面与沥青间相互作用，同时还可提升沥青路面路用性能。　　基于上述讨论，本论文以生活中废玻璃为原材料，通过硅烷偶联剂（SCA）对预处理后玻璃粉进行表面改性修饰，对比分析了不同种类、不同浓度条件下的SCA改性接枝效果，并结合表面能理论计算和基于分子动力学的MaterialsStudio软件仿真模拟，综合讨论了硅烷偶联剂改性废玻璃粉（SWGP）对提升其与沥青界面黏附性能作用结果。具体研究内容如下：　　（1）最佳改性时间的确定：通过紫外可见分光光谱仪对γ-氨丙基三乙氧基硅烷（简称KH550）、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（简称KH560）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（简称KH570）进行200~800nm范围内扫描测试，确定不同SCA最大吸收波长，并在该固定波长下的绘制SCA标准吸收曲线，并实测改性废玻璃共混体系上清液吸光度反算溶液中SCA浓度，并绘制混合体系上清液溶度-时间关系图，最终确定SCA改性的最佳时间是75min。　　（2）基于表面能理论的沥青-改性玻璃界面黏附分析：分别采用接触角法和柱状灯芯法测定沥青和SWGP的表面能相关参数并计算出沥青和SWGP的表面能，结合范德华力理论和Lewis酸碱理论计算沥青与SWGP界面黏附功；同时考虑水荷载作用影响下，并计算使沥青发生剥落所需的界面剥落功。经计算可以得出10%-KH550-SWGP的黏附功最大，其值为49.94mJ/m2，同比WGP-沥青界面黏附功提升4.47%；其界面剥落功值为183.86mJ/m2，同比较WGP-沥青剥落功有所增大。从计算结果可知，界面黏附功、剥落功规律性趋同。经测试最终确定10%-KH550改性对提升玻璃-沥青界面黏附效果最佳。　　（3）基于MaterialsStudio模拟沥青-改性玻璃界面黏附分析：结合沥青四组分分析和沥青各组分经典模型，筛选确定沥青质、胶质、芳香分和饱和分的分子模型及组成比例，经过几何结构能量优化后，最终得到沥青分子模型。通过SiO2及不同SCA硅醚接枝SiO2与沥青分子进行模型界面黏附过程，计算不同类型的内聚能密度和界面相互作用能大小，量化评价两者界面黏附性能。经计算结果分析，SCA改性对提升玻璃-沥青界面相互作用效果：KH550gt;KH560gt;KH570。由此认为KH550改性可提升沥青-改性玻璃界面黏附性最佳。
作者：	王浩博
专业：	材料工程
导师：	李传强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022