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原文传递温拌剂对沥青性能的影响及其作用机理研究

论文题名：	温拌剂对沥青性能的影响及其作用机理研究
关键词：	温拌沥青;流变特性;界面性能;摩擦学;路用性能
摘要：	温拌沥青混合料（WMA）技术能够显著降低沥青混合料的生产和施工温度，具有降低沥青烟气排放，减少沥青老化等优势，是解决热拌沥青混合料生产和施工中能耗高、施工现场空气污染和沥青严重老化等局限性，实现沥青材料绿色应用的重要途径。而温拌剂对温拌沥青的路用性能具有重要影响，因此，深入研究温拌剂对沥青和沥青混合料性能的影响规律，对于推广温拌沥青技术具有重要的指导意义。　　本文利用沥青常规性能分析方法、流变学评价方法、接触角测试以及分子动力学模拟方法等手段研究了有机降黏型温拌剂和表面活性剂型温拌剂两类典型的沥青温拌剂对沥青性能的影响规律；从表面能理论和摩擦学理论的角度，探讨了温拌剂降低沥青混合料拌合和施工温度的作用机理；对温拌沥青混合料的性能进行了系统评价，主要研究内容如下：　　对温拌沥青常规性能进行了全面的分析测试，研究了温拌剂掺量对70号沥青和高黏沥青常规性能的影响规律。结果表明，有机降黏型温拌剂能够降低沥青的针入度、延度和高温黏度，提高沥青的软化点和60℃黏度，使沥青变硬变脆；表面活性剂型温拌剂在低掺量条件下对沥青针入度、软化点、延度和黏温关系的影响程度较小。　　采用动态剪切流变仪（DSR）和弯曲梁流变仪（BBR）对温拌70号沥青和温拌高黏沥青流变学性能进行了测试，得到了温拌剂对沥青黏弹特性的影响规律，阐明了温拌剂掺量与沥青流变特性之间的关系。发现有机降黏型温拌剂在低于其熔点的温度时，能够提高沥青的模量、车辙因子G/sinδ和零剪切黏度η0，增强沥青的高温抗变形能力，但同时也提高了沥青的温度敏感性和蠕变劲度S，降低了m值，对沥青的低温性能不利。而表面活性剂型温拌剂在一定温度范围内能够降低沥青模量和车辙因子G/sinδ，增大70号沥青的累计变形量，从而降低70号沥青的高温抗变形能力，但同时降低70号沥青的蠕变劲度S，提高其m值，改善70号沥青的低温性能，由于高黏沥青体系内高黏改性剂的影响，表面活性剂型温拌剂对高黏沥青高低温性能的影响较为复杂。　　采用接触角测试仪对温拌沥青在集料表面的接触角变化规律和表面张力进行了测试，构建了定量描述温拌沥青铺展速率的计算模型。在高温状态下，沥青在不同类型集料表面的铺展速度有所不同；在不同温度条件下，沥青在集料表面的接触角随时间的变化呈幂函数曲线y=Axb关系；沥青的表面张力随着温度的升高而减小，与测试温度呈明显的线性关系；有机降黏型温拌剂在较高的温度下可以提高沥青的铺展速率，表面活性剂型温拌剂可显著降低沥青的表面张力，从而减小沥青在集料表面的接触角，提高沥青的润湿性能。综合来看，表面活性剂型温拌剂更具有应用优势。　　采用分子动力学模拟方法研究了温拌剂对沥青膜与集料摩擦性能的影响，分析了温拌剂对摩擦体系参数的影响，发现了表面活性剂型温拌剂的作用规律。在沥青与集料的摩擦体系中，剪切速率的增加导致温拌沥青润滑膜内部温度升高；沥青润滑膜在一定剪切速率范围内存在稳定工作区域，表面活性剂型温拌剂能够增大沥青润滑膜的稳定工作区范围，降低沥青润滑膜的剪切应力，有效提高沥青的润滑性，从而实现沥青拌合温度的降低。　　为验证所使用的表面活性剂型温拌剂的实际路用性能，对AC-13型、SMA-13型以及PA-13型沥青混合料的性能进行全面测试。结果表明，混合料的拌合和击实温度相较热拌沥青混合料降低30℃的条件下，温拌剂的掺量在0.2wt%-0.35wt%之间，沥青混合料的空隙率能够达到目标空隙率的要求；温拌剂能够小幅降低AC-13型和SMA-13型沥青混合料高低温性能和抗水损性能，但是PA-13型沥青混合料的高低温性能有小幅提升，三种沥青混合料的各项性能均满足路面设计要求。
作者：	时敬涛
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：	2021