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原文传递基于相场法的温拌SBS改性沥青储存稳定性和相分离行为的研究

论文题名：	基于相场法的温拌SBS改性沥青储存稳定性和相分离行为的研究
关键词：	道路路面;温拌SBS改性沥青;储存稳定性;相分离行为;相场法
摘要：	温拌SBS改性沥青作为一种高性能材料已被广泛应用于道路工程中。在储存过程中，SBS与温拌剂的加入对沥青性能有着很大的提高，但同时也存在着储存稳定性的问题，而储存稳定性的好坏直接关系到路面的使用性能。当储存稳定性较差时，SBS与沥青在热力学上并不相容，使得二者在混合后出现相分离。因此深入研究温拌SBS改性沥青的储存稳定性和相分离行为具有重要意义。　　首先本文运用试验方法，使用70号基质沥青，SBS改性剂和Sasobit温拌剂制备温拌SBS改性沥青。通过三大指标、布氏黏度、离析实验、DSR实验、FTIR实验对温拌SBS改性沥青的常规物理性能、流变性能、改性机理进行分析。为了进一步对温拌SBS改性沥青的微观形态进行研究，本文运用荧光显微镜观测温拌SBS改性沥青相分离随时间的变化，研究Sasobit掺量和储存温度变化对相分离的影响，并运用图像处理方法对SBS面积百分率与SBS溶胀量做出定量分析。　　然后本文采用仿真方法，构建适用于改性沥青相分离的仿真模型。通过对热力学和相分离动力学进行研究，构建适用于温拌SBS改性沥青的扩散相场模型。耦合Navier-Stokes方程与相场模型，构建重力作用下的扩散-流动相场模型，研究温拌SBS改性沥青在高温储存过程中的微观结构。在仿真模型的基础上，研究SBS掺量、基质沥青类型和SBS类型在扩散作用下的相分离过程，并通过查阅相关资料的方式进行验证，在此基础上研究重力作用下的相分离过程。　　通过对相关实验与仿真的研究，取得了如下研究成果：　　（1）通过三大指标发现，随着Sasobit含量的增加，温拌SBS改性沥青针入度降低，软化点升高，延度降低，表明Sasobit的加入提高了沥青的硬度，但不利于沥青的延展性。通过布氏黏度实验发现，当温度高于Sasobit熔融温度时，随着Sasobit 掺量的增加，SBS 改性沥青黏度降低。通过离析实验发现，随着温拌剂掺量增加，改性沥青离析程度增大，表明Sasobit的加入不利于温拌SBS改性沥青储存稳定性。通过DSR实验发现，掺入Sasobit后，温拌SBS改性沥青的复数模量升高，相位角降低，表明在掺入Sasobit温拌剂后，沥青中的弹性成分有所提高，同时也提高了沥青的高温抗变形能力。通过FTIR实验发现，Sasobit的掺入不会带来明显的官能团变化，Sasobit与SBS进行物理交联。　　（2）荧光观测结果表明，温拌SBS改性沥青在相分离过程中呈现了SBS连续相到沥青连续相的转变过程，这个过程中，SBS相出现体积收缩和和相反转。温拌剂掺量对相分离的影响结果表明，随着Sasobit掺量的增加，温拌SBS改性沥青相分离速度加快，但Sasobit的掺入并未对最终的相态结构产生显著影响。温度对相分离的影响结果表明，当温度降低时，改性沥青的相分离速度减慢，溶胀量减小，amp;nbsp;SBS面积百分率减小。当温度降低至熔点附近时，掺加Sasobit温拌剂的温拌SBS改性沥青相分离过程中出现Sasobit结晶后的空间网络结构，极大减缓了相分离速度。　　（3）仿真结果清晰展示了温拌SBS改性沥青在扩散作用下的相分离过程和重力作用下的相分离过程。通过扩散相场模型研究发现，温度降低，模型的迁移率系数减小，分子热运动速率减慢，沥青中的相互作用分子相对数量减少，SBS溶胀尺寸减小，聚合物在沥青中的溶胀效应越差，SBS相的体积分数相对越小。通过重力作用的扩散-流动相场模型研究发现，随着Sasobit掺量增加，温拌SBS改性沥青在储存过程中的离析程度增大。　　（4）对SBS掺量的仿真研究发现，随着SBS掺量的增加，SBS相由分散的颗粒状逐渐转变为连接的条状，再转变为网状结构，在重力作用下的相分离中，含量高的SBS出现了更大的聚集。对不同的基质沥青类型和不同SBS类型的仿真研究中发现，沥青与SBS类型对的相分离速度、模型相互作用参数和溶胀系数产生影响，并对温拌SBS改性沥青的相态结构产生影响。
作者：	石鹏扬
专业：	交通运输工程
导师：	何亮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023