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原文传递反应再生剂对老化SBS改性沥青及其混合料性能的影响研究

论文题名：	反应再生剂对老化SBS改性沥青及其混合料性能的影响研究
关键词：	SBS改性沥青;反应再生剂;化学结构;流变性能;路用性能
摘要：	SBS改性沥青混合料具有优良的路用性能，在高等级公路中得到广泛应用，但在长期服役过程中会发生老化。沥青路面的维修翻修会产生大量废旧SBS改性沥青混合料，对其进行再生利用关系到交通行业双碳目标的实现。SBS改性沥青是由沥青和SBS所组成，对其再生的关键是恢复沥青和SBS的组成、结构和性能。现有普通再生剂仅能恢复老化沥青的组成和性能，无法恢复老化SBS的结构和性能，导致老化SBS改性沥青性能的恢复效果有限，严重降低了废旧SBS改性沥青混合料的再生利用价值。　　为全面恢复老化SBS改性沥青的性能，本文采用普通再生剂和反应化合物分别恢复老化沥青和老化SBS的组成、结构和性能，系统研究了不同类型的普通再生剂（减三线油、玉米油、腰果壳油）和不同结构的异氰酸酯类反应化合物（六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯-2,6-二异氰酸酯）对老化SBS改性沥青性能的影响，进而将优选的普通再生剂和反应化合物复合制备了反应再生剂，研究了反应再生剂对老化SBS改性沥青结构、物理-流变性能的影响及其随时间的演化规律，探讨了老化SBS改性沥青混合料经反应再生后的界面特性和路用性能的恢复效果。主要结论如下：　　（1）三种普通再生剂的组成、结构对老化SBS改性沥青性能恢复效果的影响有明显差异。相比以非极性饱和烷烃为主要成分的减三线油，含极性长链结构的玉米油和腰果壳油更有利于提高老化SBS改性沥青的低温性能；富含极性芳香族衍生物的腰果壳油对其抗疲劳性能改善效果最优，其次为含极性脂肪酸的玉米油；含类阻酚结构的腰果壳油可增强再生SBS改性沥青的抗老化性能，而减三线油以及含不饱和双键结构的玉米油对其抗老化性能均有不利影响。综合比较，腰果壳油对老化SBS改性沥青性能具有最好的恢复效果。　　（2）不同结构异氰酸酯反应化合物均可明显增大老化SBS的分子量，较好地还原其在沥青中的网络结构，但对再生SBS改性沥青的高、低温性能及抗疲劳性能恢复能力有较大的差异。二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯-2,6-二异氰酸酯对再生SBS改性沥青高温性能的改善效果优于六亚甲基二异氰酸酯；六亚甲基二异氰酸酯对其低温性能的提升效果则优于二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯-2,6-二异氰酸酯；二苯基甲烷二异氰酸酯对其抗疲劳性能的提升效果优于六亚甲基二异氰酸酯和甲苯-2,6-二异氰酸酯。综合比较，二苯基甲烷二异氰酸酯对老化SBS改性沥青的高温和抗疲劳性能具有优良的恢复效果，而六亚甲基二异氰酸酯对其低温性能改善作用最大。　　（3）采用优选的普通再生剂（腰果壳油）和两种反应化合物（二苯基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯）制备的反应再生剂可有效恢复老化SBS改性沥青的高、低温性能和抗疲劳性能。按照改性沥青混合料实际拌和温度与拌和时间，采用反应再生剂对老化SBS改性沥青进行再生后，其高温等级达到PG76、低温蠕变劲度变化速率提高21.6%，5.0%应变水平下的疲劳寿命提升94.9%。再生后的SBS改性沥青结构重建反应仍持续一段时间，使改性沥青性能得到进一步提高。反应再生SBS改性沥青在25℃环境温度下放置15天后，其高温等级可由PG76提升至PG82（恢复至老化前的水平），高温重复蠕变恢复能力大幅增强，低温蠕变劲度变化速率较老化SBS改性沥青提高30.7%，5.0%应变水平下的疲劳寿命较老化SBS改性沥青已提升188.5%。　　（4）反应再生剂可明显改善老化SBS改性沥青混合料的界面特性，使其界面粘附功和抗剥落功均大幅提升，这归因于反应再生剂、再生反应产生新基团与集料间产生的物理化学相互作用。采用反应再生剂制备的再生SBS改性沥青混合料马歇尔稳定度和动稳定度分别恢复至其老化前的94.7%和93.6%，低温最大弯拉应变和抗弯拉强度分别恢复至其老化前的85.9%和87.7%，疲劳寿命恢复至其老化前的90.0%以上，冻融劈裂强度比分别恢复至其老化前的98.4%；随着时间的延长，反应再生SBS改性沥青混合料的高温性能和水稳定性可完全恢复至老化前水平，低温性能和抗疲劳性能也得到进一步改善。
作者：	曹志龙
专业：	材料科学与工程
导师：	陈美祝
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021