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原文传递一步法原位合成聚氨酯改性沥青的材料组成与路用性能研究

论文题名：	一步法原位合成聚氨酯改性沥青的材料组成与路用性能研究
关键词：	改性沥青;聚氨酯;异氰酸酯指数;原位合成;扩链剂;发育时间
摘要：	沥青路面常年遭受行车荷载和自然环境的破坏，然而普通道路沥青路用性能一般，因此必须对其进行针对性改性。目前，道路工程主要使用SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）或橡胶粉等聚合物作为沥青改性剂，虽路用性能优异，但也存在热储存稳定性差、易离析、制备温度高等问题。针对上述问题，行业学者提出了以聚氨酯（Polyurethane,PU）为代表的液体化学改性剂有望成为有效的解决方案。但目前聚氨酯改性沥青(Polyurethane-modifiedasphalt,PUMA)的材料组成对路用性能影响规律的研究还比较匮乏，尤其使用一步法制备的PUMA研究较少。因此开展一步法制备聚氨酯改性沥青的材料组成与路用性能的研究十分必要。本文的主要研究内容与结论如下：　　（1）以二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚丙二醇(PPG)为主要原材料，3,3''-二氯-4,4''-二氨基二苯基甲烷(MOCA)、1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂，二丁基锡二月桂酸酯(DBTDL)为催化剂。设置异氰酸酯指数R(-NCO/-OH)=2/3/5/7和PPG掺量=0.005mol/0.01mol/0.15mol，排列组合合计12款PUMA试样，讨论各试样的性能。研究结果表明：一步法原位合成PUMA胶结料的性能受异氰酸酯指数R(-NCO/OH)比值的影响显著，R(-NCO/OH)值越大，高低温性能、弹性回复性能以及旋转黏度越大，但同时低温性能会受到负面影响。而且在相同R(-NCO/OH)值的情况下，PU材料掺量的增加对上述性能的提升或降低很小。　　（2）讨论MOCA和BDO作为扩链剂用于制备PUMA时，在路用性能上的差异。研究结果表明：MOCA在高温性能方面略强于BDO，而BDO在低温性能方面更具有优势，相容性方面两者相当。此外还讨论了不含扩链剂的PUMA在荧光显微镜下的分散情况和空间结构。结果表明：不掺入扩链剂会导致沥青内的PU分子链段较短，空间结构不发达，力学性能较差。　　（3）利用软化点试验和测力延度试验分析了发育时间对PUMA性能的影响。结果表明：在105℃的条件下，PUMA在0~3h内的高低温性能增长明显，3h~5h后性能增长逐渐放缓，而5h~12h内性能增长逐渐停止。　　（4）从红外光谱和沥青四组分占比两个角度分析PUMA的分子结构和物质转换。结果表明：引入MDI、PPG等原材料后，可在PUMA内观察到PU特有的红外光谱吸收峰，说明一步法原位合成PU取得成功。另外，MDI引入沥青后，沥青质含量增多，胶质、饱和分、芳香分含量减少，说明上述三个组分含有与异氰酸酯基团(-NCO)反应的靶点。　　（5）制备SMA-13中值5.9%沥青含量的沥青混合料，讨论PUMA3#、基质沥青以及4.5%SBS改性沥青混合料的温度稳定性和水稳定性。结果表明：PUMA具有优异的高温稳定性和水稳定性，相较基质沥青提升明显，相较4.5%SBS改性沥青也略有提升，但低温抗裂性能不能满足规范要求。　　（6）从原材料成本、时间成本和施工温度三方面分析了PUMA及其混合料的经济效益和环境效益。结果表明：一步法原位合成PUMA与SBS改性沥青的原材料成本基本相当；PUMA具有制备温度较低、剪切设备要求低的优势，但制备工艺较为复杂、加工总耗时较长；PUMA混合料施工温度较SBS改性沥青略高。　　本论文旨在分析一步法原位合成PUMA的最优材料组成和性能变化规律，并为后续研发提供理论基础和参考依据。
作者：	杨天宏
专业：	交通运输
导师：	黄刚;何兆益
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023