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高性能聚氨酯改性沥青薄层罩面设计优化研究
| 论文题名： | 高性能聚氨酯改性沥青薄层罩面设计优化研究 |
| 关键词： | 薄层罩面;聚氨酯改性沥青;微观模拟;制备工艺;路用性能 |
| 摘要： | 随着我国既有道路大规模进入维修养护阶段，多种养护与预养护手段得到了广泛的应用，其中，薄层罩面作为一种有效增强路面平整度、提升道路使用寿命的养护手段得到了广泛应用，但由于薄层罩面厚度较薄导致相应的混合料级配偏细，其强度与抗滑性能受到了一定影响。为提高薄层罩面性能，本文选用聚氨酯作为沥青改性剂，对薄层罩面粘结材料增强机理展开了研究，通过优化设计SMA-10级配对薄层罩面配合比进行研究，得到强度与路用性能均良好的罩面材料，具体研究内容如下。 为提高沥青性能，采用分子模拟从微观层面分析聚氨酯改性机理并通过微观模拟结果对聚氨酯种类进行遴选。通过溶解度参数、粘附功、微观粘度、自由体积分数分别对沥青与聚氨酯之间的相容性、粘结性，聚氨酯改性沥青粘度、抗水损害能力进行研究，通过粘附功、扩散系数和浓度分布对聚氨酯改性沥青-矿料界面交互行为进行研究。结果表明，以聚醚为软链段、甲苯二异氰酸酯（TDI）为硬链段、3,3，-二氯-4,4，-二氨基二苯基甲烷（MOCA）为扩链剂的聚氨酯对沥青改性效果最佳。 为确定聚氨酯改性沥青的剪切工艺与最佳掺量，采用沥青宏观试验对其进行研究。通过离析试验、软化点试验对剪切工艺进行研究，采用针入度试验、软化点试验对聚氨酯掺量进行优选，通过离析试验分析聚氨酯改性沥青热储存稳定性，验证其改性效果。结果表明，聚氨酯改性沥青最佳剪切时间、剪切温度和剪切速率分别为50min、140℃和3500rmp，聚氨酯最佳掺量为13%，聚氨酯改性沥青在热储存48h后仍然具有较好的稳定性能。 通过沥青混合料试验与路用性能试验对聚氨酯改性沥青薄层罩面级配进行研究。在SMA-10级配中值与级配下限范围内选用三种配合比，采用马歇尔试件体积参数确定聚氨酯改性沥青混合料设计级配，采用马歇尔试件体积参数、马歇尔稳定度和流值随油石比变化曲线确定最佳油石比，采用高温车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验对聚氨酯改性沥青混合料的力学性能进行研究，以摩擦系数测定试验、表面构造深度测定试验和渗水试验对混合料路用性能进行研究，最后优选粗集料比例适中的10-Ⅱ为设计级配，该级配下的聚氨酯改性沥青混合料能有效地解决了薄层罩面级配整体偏细所带来抗滑性能不足的问题。 本文从聚氨酯改性剂种类与掺量、聚氨酯改性沥青制备工艺、薄层罩面级配等多方面展开研究，所获得优化后的高性能聚氨酯改性沥青薄层罩面具有较好的路用性能与抗高温性能，为薄层罩面设计提供参考。 |
| 作者： | 刘雯月 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 郑传峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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