详情

原文传递热拌环氧沥青微观特性及混合料性能研究

论文题名：	热拌环氧沥青微观特性及混合料性能研究
关键词：	热拌环氧沥青;混合料;掺量优化;微观特性;路用性能
摘要：	近年来环氧沥青（EA）成为了特种铺面的热点材料，因其具有优异的力学性能、耐高温和抵抗破坏特性而被广泛应用于大跨径钢桥面铺装领域。然而，环氧沥青原材料由石油产品经复杂的工艺得到，不可再生且成本高昂，向中小跨径桥梁和高等级公路的推广受到限制。本文选用一种热拌环氧沥青，通过改变环氧树脂（EP）与沥青的掺配比例对其性能变化规律进行研究，在满足环氧沥青基本性能的条件下优化设计环氧树脂低掺量界限。通过一系列微观和混合料试验，对低掺量EA的宏观性能、微观形貌、固化特性和混合料路用性能进行测试和验证。　　首先，选用KD-HDP环氧树脂主剂、固化剂和70＃基质沥青为原材料，在160-165℃温度下制备不同EP掺量的热拌环氧沥青。拉伸实验和旋转粘度试验表明环氧沥青拉伸强度和粘度随EP掺量增加而增加，断裂伸长率随EP掺量增加而降低，EP掺量达到40％及以上满足力学性能要求。傅里叶变换红外光谱（FTIR）试验表明环氧沥青的固化反应主要是在前24小时完成，此阶段可完成总体75%的固化度。对发生力学性能突变的30%和40%EP掺量之间进行细化分析，试验结果显示EP掺量超过36%的环氧沥青满足钢桥面铺装性能要求。　　其次，在EP掺量优化设计的基础上，通过一系列高精度微观试验对适宜的EP低掺量环氧沥青微观形貌与改性机理进行探究。荧光显微（LSCM）试验表明环氧沥青两相转变发生在32%和34%EP掺量之间，环氧沥青的荧光面积占比随EP掺量增加而增大；FTIR试验表明环氧沥青固化反应速率随时间不断减缓，24h时的固化度随EP掺量增加而减小；原子力显微镜（AFM）试验表明环氧沥青表面粗糙度随EP掺量增加而增大；扫描电镜（SEM）试验结果表明，环氧沥青拉伸断裂界面随EP掺量增加破坏更加严重。不同EP掺量的环氧沥青的微观特性变化规律与力学性能相互印证。　　然后，结合一系列室内外试验研究EP低掺量热拌环氧沥青混合料的路用性能，确定了环氧沥青EA10级配混合料的最佳油石比为6.5%。在常规与极限条件下测试EAM的强度、高低温性能、水稳定性能、动态模量和抗滑性能。试验结果表明34%及以上EP掺量的EAM稳定度大于40kN，具有良好的强度；38%及以下EP掺量的EAM具有良好的低温抗变形能力，40%EP掺量的EAM最大弯曲应变为2803με，低温性能较为脆弱；30%和40%之间环氧掺量的混合料具有良好的高温稳定性、水稳定性和抗滑性能。目标环氧树脂低掺量范围内的EAM均具有良好的高温稳定性、水稳定性和抗滑性能，且随EP掺量增加性能逐渐提升。　　最后，选取EA的固化度、荧光面积比、粗糙度等微观指标与EAM的固化程度、强度、动稳定度、浸水残留稳定度（MRS）和冻融劈裂强度比（TSR）指标进行对照，对环氧沥青微观特性与混合料性能进行量化分析，研究两者的关联性。分析结果表明EA稳定度与EAM稳定度、EA荧光面积比与EAM强度与动稳定度、EA表面粗糙度与EAM水稳定性三组对应指标规律性较为一致，热拌环氧沥青微观特性与宏观性能具有较好的关联性。
作者：	李有恒
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	罗桑;舒永鸣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022