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原文传递基于流变学特性的胶粉/SBS复合改性沥青性能研究

论文题名：	基于流变学特性的胶粉/SBS复合改性沥青性能研究
关键词：	复合改性沥青;胶粉;SBS共聚物;流变特性;老化性能
摘要：	SBS共聚物和胶粉作为改性剂广泛用于改善沥青性能，但二者在单独使用时存在诸多问题。例如，SBS改性沥青成本高，胶粉改性沥青储存稳定性较差。在此背景下，胶粉/SBS复合改性技术应运而生。利用胶粉/SBS复合改性沥青可以充分发挥SBS共聚物和胶粉的优势，既能够解决使用胶粉改性沥青和SBS改性沥青时遇到的问题，又能在获得优异性能的同时确保改性沥青的经济性。尽管胶粉/SBS复合改性沥青已在道路工程有所应用，但现有研究大多集中在胶粉/SBS复合改性沥青制备工艺、配方优化以及混合料性能评价，这造成胶粉/SBS复合改性沥青的质量控制和性能调控仍处于经验性阶段。此外，路面病害的发生与沥青结合料的流变行为息息相关。通常，沥青结合料优异的流变性有助于延缓路面病害的产生。因此，深入研究胶粉/SBS复合改性沥青的流变特性对防治和缓解路面病害具有十分重要的意义。鉴于此，本论文利用流变学方法对常规湿法胶粉/SBS复合改性沥青和TerminalBlend（TB）胶粉/SBS复合改性沥青的性能进行了研究，为胶粉/SBS复合改性沥青的生产和使用提供指导。论文的主要研究结果如下：　　以不同粒径的胶粉和不同结构的SBS共聚物为改性剂，研究胶粉粒径、SBS结构、胶粉含量和SBS含量对常规湿法复合改性沥青流变特性和储存稳定性的影响。结果表明，大粒径胶粉有利于抗车辙、疲劳性能，小粒径胶粉则有利于低温抗开裂性能和储存稳定性，低苯乙烯含量的SBS共聚物有利于流变特性并且在热储存过程中较为稳定；提高胶粉含量可改善流变特性和储存稳定性，增加SBS含量能提高流变特性且存在最佳SBS含量实现最佳储存稳定性；通过对比基质沥青与不同改性沥青之间的流变参数，揭示了胶粉与SBS共聚物的协同改性作用，并定量描述了胶粉与SBS共聚物的替代性。　　利用薄膜烘箱测试和压力老化容器测试分别模拟沥青在施工和服役过程中受到的短期和长期老化，对老化前后的基质和改性沥青进行流变学和形态学表征，提出复合改性沥青抗老化性能评价的流变学指标，揭示胶粉、SBS用量对抗老化性能的影响。结果表明：热氧老化对流变特性的影响因沥青而异，长期老化对流变性的影响更大；利用流变学参数定义了抗老化性能评价指标，并基于此对比了基质和改性沥青的抗老化性能，发现聚合物不能改善沥青耐短期老化的能力，胶粉可以提高沥青抗长期老化的能力；改性沥青抗老化性能优劣顺序为：胶粉改性沥青＞复合改性沥青＞SBS改性沥青；短期老化促进SBS共聚物的分散，长期老化导致SBS共聚物、胶粉降解，破坏聚合物交联结构，减小沥青中胶粉的粒径；增加胶粉用量能够改善复合改性沥青的抗老化性能而增加SBS含量损害其抗老化性能。　　基于流变学测试和荧光显微镜观测对胶粉降解过程及TB胶粉/SBS复合改性沥青的性能进行研究。结果表明：在降解过程中，胶粉经历了溶胀与部分降解、快速降解和降解完成三个阶段，构建了定量描述胶粉降解过程的动力学模型；TB胶粉/SBS复合改性沥青的常规指标、流变特性均显著优于基质沥青并具有良好的储存稳定性，尽管增加SBS含量可提高TB复合改沥青性能，但胶粉对沥青性能的改善作用始终大于SBS共聚物；荧光显微镜观测结果揭示了胶粉、SBS共聚物的分散特征，从微观角度给出了施工和易性、储存稳定性和流变特性产生变化的原因；沥青的组成影响胶粉降解及TB复合改性沥青性能，低沥青质、高饱和分含量利于胶粉降解和储存稳定性，而高沥青质、芳香分含量则利于常规指标和流变特性。
作者：	钱成多
专业：	化学工程与技术
导师：	范维玉
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国石油大学(华东)
学位年度：	2020