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原文传递温拌再生SBS改性沥青的流变与粘附特性及其微观机理研究

论文题名：	温拌再生SBS改性沥青的流变与粘附特性及其微观机理研究
关键词：	道路工程;温拌再生;路用性能;粘附性;机理解释
摘要：	沥青路面再生技术是交通行业解决当前资源、环境与经济发展突出矛盾的一项重要探索。由于厂拌热再生技术存在的诸多不足，研究人员将目光转向耗能低、污染小和旧料掺量高的温拌再生技术。目前，国内外普遍从混合料层面对温拌再生技术进行研究，针对沥青胶结料流变性能的研究薄弱，缺乏对老化沥青掺量提升效果的支撑性结论；另外，现有研究忽略了温拌再生沥青与集料的粘附性问题，难以为温拌再生沥青混合料的水损害防治提供指导。针对上述不足，本文对温拌再生沥青的流变和粘附两方面性能进行研究，并利用物理/化学试验解释其性能机理，研究成果对于完善温拌再生技术理论体系，加快该技术应用推广具有重要意义。主要研究内容如下：　　（1）采用流变和测力延度试验，探究了老化沥青掺量对未再生、再生和温拌再生3组沥青的性能作用规律，主要包括黏度、感温性、高温性能、低温性能、疲劳性能等性能指标；运用层次分析法计算了温拌再生沥青综合性能得分。结果表明，随着老化沥青掺量增加，未老化沥青的黏度和高温性能上升，但感温性、疲劳性能和低温性能下降；再生沥青与温拌再生沥青在黏度、高温性能、感温性方面表现出与未老化沥青相反的规律；再生沥青和温拌再生沥青的疲劳性能随老化沥青先增大后减小，温拌再生沥青的疲劳性能较好，但低温性能较差。综合评分后发现温拌再生技术可以有效提升老化沥青掺量50%左右。　　（2）采用拉拔试验和表面能试验，分别研究了老化沥青对未再生、再生和温拌再生沥青的粘附性能和表面能的影响规律；利用杨氏方程计算了粘附指标，分析了无水、有水条件下温拌再生沥青与集料的粘附特性；探讨了粘聚功与测力延度的相关性。结果表明，老化沥青可改善沥青与集料之间的粘附性能；再生剂总体上会降低未再生沥青与集料的粘附能力，但当老化沥青掺量较低时一定程度上会改善其与集料的粘附性；温拌剂对于沥青与集料的粘附能力是不利的，这种不利效果随老化沥青掺量增加会加剧。粘聚功与测力延度曲线下第1阶段面积W1具有较好的相关性。　　（3）应用红外光谱、凝胶渗透色谱，探讨了沥青老化机理、再生机理和温拌再生机理；定量分析了老化、再生和温拌再生前后微观结构变化和分子量分布；建立了微观结构和分子量与宏观性能的相互关系。结果表明，沥青老化过程产生大量的羰基和亚砜等极性官能团，极性组分的存在影响沥青的性能，也是表面能中极性分量的主要来源；再生剂和温拌剂通过物理混溶方式影响沥青的性能；红外光谱定量分析结果表明：对于未再生沥青，其性能受羰基、亚砜、SBS改性剂等成分主导，而对于再生沥青和温拌再生沥青，而对于再生沥青和温拌再生沥青，这种主导作用被再生剂代替；无论何种沥青，Mn、Mw和PDI均随老化量掺量增加而增大，进而引起沥青性能的改变，此外，Mn、Mw和PDI与B值、R3.2和D存在极强或强线性相关性。　　（4）采用原子力显微镜试验，探究了老化沥青掺量对未再生、再生和温拌再生沥青沥青表面形貌的影响，阐明宏-微观影响机制；研究了沥青纳观粘附力变化规律。结果表明，老化沥青的加入导致未老化沥青平均蜂型结构面积、蜂个数和蜂面积比增大，进而增大了表面粗糙度，引发宏观粘附力增大；再生沥青的平均蜂型结构面积、蜂个数和蜂面积比随老化沥青掺量先增大后降低，结果宏观粘附力规律相似；温拌再生沥青出现与宏观粘附力截然不同的规律，在后续会进一步研究。
作者：	李志伟
专业：	建筑与土木工程
导师：	李波;李晓民
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022