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原文传递 SEBS/PPA复合改性沥青及其混合料性能研究

论文题名：	SEBS/PPA复合改性沥青及其混合料性能研究
关键词：	SEBS;多聚磷酸;复合改性沥青;流变特性;老化性能;路用性能
摘要：	随着道路交通量和车辆荷载的增加，沥青胶结料的性能有了更高要求，改性沥青的使用与研发倍受关注。SEBS因具有优良的抗光氧老化性能、热稳定性和耐候性已在高分子领域得到广泛应用，本文将SEBS与低成本且易加工的多聚磷酸(PPA)掺入沥青中进行复合改性，开发出一种综合性能优异的复合改性沥青。　　本文以重交70#基质沥青为原材料，SEBS和PPA为改性剂，糠醛抽出油和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为助剂进行复合改性沥青制备。为得到复合改性沥青各外掺剂的最佳配比，首先采用正交试验研究了改性剂掺量和助剂掺量分别对复合改性沥青性能的影响，研究表明:对复合改性沥青针入度影响程度为:多聚磷酸＞SEBS＞增塑剂＞糠醛抽出油;对感温性能影响程度为:多聚磷酸＞SEBS＞糠醛抽出油＞增塑剂;对软化点影响程度为:多聚磷酸＞SEBS＞糠醛抽出油＞增塑剂;对延度影响幅度为:多聚磷酸＞SEBS＞糠醛抽出油＞增塑剂。然后，采用TOPSIS法对各组正交试验数据计算处理得到理想解接近度CI，并以其为评价指标得出复合改性沥青最佳配比为:6.0％SEBS+0.5％PPA+4.0％糠醛抽出油+1.0％DBP。此外，考虑改性工艺对复合改性沥青性能的影响，本文采用星点设计效应面法对改性工艺进行优化，根据星点试验结果计算得到各组试验的总评归一值OD，将OD值与剪切温度(X1)、剪切速率(X2)、剪切时间(X3)进行多元非线性回归，得到OD=0.53-0.53X1-0.53X2-0.47X3-0.01X12-0.28X22-0.68X32-0.32X1X2-0.54X1X3-0.74X2X3，根据回归方程绘制效应面并得到优化后的改性工艺为:剪切温度163℃、剪切速率4300r/min、剪切时间55min。　　为进一步研究SEBS和PPA掺量变化对复合改性沥青性能的影响，本文逐次改变复合改性沥青SEBS和PPA的掺量并对其各项性能进行检测。水煮法试验表明复合改性沥青均与集料具有良好的黏附性;储存稳定性试验表明SEBS掺量的增加将加大复合改性沥青的离析，而PPA的掺入可改善其储存稳定性;布氏黏度试验表明SEBS和PPA均能显著提高复合改性沥青黏度且SEBS对黏度的提升更为显著，当SEBS掺量为6％且PPA掺量达到1.5％时复合改性沥青135℃黏度超过3.0Pa·s，黏度过大不适于正常生产使用。采用动态剪切流变仪对老化前后复合改性沥青进行试验发现SEBS和PPA的掺入均可显著改善沥青胶结料的高温抗车辙性能，随SEBS和PPA掺量的增加沥青胶结料60℃的蠕变恢复能力逐步提升Rdiff逐渐减低，复合改性沥青弹性恢复性能提升非线性粘弹性削弱，不可恢复蠕变柔量Jnr随SEBS和PPA掺量增加逐渐减低，复合改性沥青Jnr-diff值均小于75％，除0.5％PPA改性沥青外其余各组改性沥青均满足AASHTO中标准交通的性能要求。经短期老化和紫外老化后各组复合改性沥青均表现为相位角降低，车辙因子增加，复合改性沥青中弹性成分增加粘性成分减少，高温抗变形性能提升。PPA相较于SEBS能更有效改善复合改性沥青的短期老化性能，SEBS掺量变化对复合改性沥青抗紫外老化性能更为敏感能，SEBS可有效改善沥青抗紫外老化性能。DSC试验表明复合改性沥青玻璃化转变温度(Tg)随着SEBS掺量增加逐渐减低，随PPA掺量增加逐渐增加，SEBS可有效改善复合改性沥青低温性能，但掺量高于4％后改善效果逐步降低，PPA的掺入对复合改性沥青低温性能具有不利影响。通过红外光谱试验对比改性前后沥青胶结料的特征峰分布表明，改性前后沥青胶结料中无新特征峰产生，复合改性沥青主要以物理改性为主。　　最后选用AC-13级配进行复合改性沥青路用性能验证，采用马歇尔试验方法确定出基质沥青、SBS改性沥青和SEBS/PPA复合改性沥青各自的最佳沥青用量。车辙试验和低温小梁弯曲试验的结果表明复合改性沥青高温和低温性能都略低于SBS改性沥青，但较基质沥青得到显著提升，冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验均显示复合改性沥青抗水损性能优于SBS改性沥青和基质沥青，长期老化后复合改性沥青的抗水损性能降低最少，这表明其抗老化能力优于SBS改性沥青和基质沥青。
作者：	贺显威
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	邹晓翎;唐伯明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2020