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聚氨酯改性沥青的制备及其性能研究
| 论文题名： | 聚氨酯改性沥青的制备及其性能研究 |
| 关键词： | 改性沥青;桥面铺装;聚氨酯;拉伸强度;微观形貌;硅烷偶联剂 |
| 摘要： | 工程上要求桥面铺装材料具有良好的力学性能和高温性能，常用的有热固性环氧树脂改性沥青。而环氧沥青具有价格高，施工难度大的特点，因此研究一种性能优良、经济性好的热固性树脂改性沥青对桥面铺装的应用具有重要意义。 选用热固性聚氨酯对沥青进行改性，通过实验确定了热固性聚氨酯改性沥青体系的组成，对其固化过程中的化学反应、微观结构和宏观性能进行了研究。首先利用官能团的变化分析体系中的反应机理，结合固化动力学对沥青固化过程进行了研究。其次分析了固化过程中力学性能、蠕变恢复性能和黏度随微观参数的变化，观察了聚氨酯在改性沥青体系中的分布状态。然后基于数理统计方法建立了微观参数和宏观性能间的相关关系。最后，加入硅烷偶联剂，探究其在热固性聚氨酯改性沥青中的反应机理和对其物理性能的影响。主要研究结论如下： （1）热固性聚氨酯改性沥青属于一级固化反应体系，并且不同温度下的固化反应速率差异较小，这说明聚氨酯改性沥青固化过程缓慢，聚氨酯改性沥青这种缓慢的固化过程有利于施工拌和。固化过程中聚氨酯由颗粒状变为网状结构，大分子量比例呈现上升趋势。此外，与SBS改性沥青和基质沥青相比，聚氨酯改性沥青具有良好的力学性能和高温性能。拉伸强度随着温度/时间的增加而增大，不可恢复蠕变柔量减小，蠕变恢复率增大。 （2）基于测试结果，相关系数表明热固性聚氨酯改性沥青的力学性能与异氰酸酯基团转化率呈正相关。不可恢复蠕变柔量的降低与聚氨酯含量和致密的微观结构呈正相关。力学强度受微观因素的影响程度如下：养护时间＞聚氨酯掺量＞养护温度；蠕变恢复率的影响因素排序如下：聚氨酯掺量＞异氰酸酯转化率＞养护时间＞大分子量比例。 （3）硅烷偶联剂有效改善了热固性聚氨酯改性沥青的蠕变恢复性能、高温抗变形性能和力学性能。这是因为偶联剂在沥青和聚氨酯界面间存在物理键和化学反应共同作用，界面间形成的柔性变形层能松弛应力、增大分子间作用力。当温度低于140℃且固化时间小于65min时，黏度模型预测值与实测黏度值符合性较好，因此可用于预测聚氨酯改性沥青体系在温拌条件下早期养护的黏度流变行为。上述实验验证了硅烷偶联剂应用到热固性聚氨酯改性沥青中的可行性。 |
| 作者： | 张安宇 |
| 专业： | 材料科学与工程 |
| 导师： | 丛培良 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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