高性能沥青路面裂缝修补材料的制备与性能研究

论文摘要

裂缝是沥青路面的主要病害之一,裂缝的存在不仅影响行车的舒适性和安全性,而且路表雨水通过裂缝渗入基层,还将大大削弱路基的强度和稳定性,使沥青路面受到更严重的破坏。目前通常采用聚合物改性沥青灌缝材料对裂缝进行修补,但是现有的裂缝修补材料与旧油面之间的低温粘结力较低、低温柔性和耐久性较差,在路面低温收缩时容易出现修补材料与旧路面剥离脱落,重新产生裂缝,特别是在气候寒冷、紫外线强的地区,沥青路面的裂缝需要年年修补。本文通过对SBS接枝改性显著提高了SBS改性沥青的粘结性、低温柔韧性,并借助于有机化蒙脱土进一步改善了SBS改性沥青的耐老化性能,制备出了性能优良的SBS改性沥青灌缝材料。主要研究成果如下:采用溶液聚合法制备了不同接枝率（GD）的马来酸酐接枝SBS（MAH-g-SBS）、丙烯酸接枝SBS（AA-g-SBS）和甲基丙烯酸甲酯接枝SBS（MMA-g-SBS）改性剂,通过傅立叶红外光谱仪（FTIR）对接枝产物结构进行表征。以接枝SBS作为改性剂,制得了不同接枝率的接枝SBS改性沥青灌缝材料,研究了接枝率对接枝SBS改性沥青灌缝材料的物理性能、力学性能、微观结构以及老化性能的影响。研究结果表明,随着接枝率的增大,三种接枝SBS改性沥青灌缝材料的低温柔韧性和弹性恢复都得到显著的提高。同时,MAH-g-SBS提高了改性沥青灌缝材料的软化点、粘度及针入度,MMA-g-SBS和AA-g-SBS改性沥青灌缝材料随接枝率的增大,软化点和粘度稍有下降。力学性能测试表明MAH、AA、MMA对SBS接枝后,均能显著提高SBS改性沥青灌缝材料与旧路面之间的粘结强度,拉伸强度和低温柔韧性也得到不同程度的提高。长期热氧老化试验、薄膜烘箱老化试验（TFOT）、压力老化试验（PAV）和长期紫外老化试验（UV）对接枝SBS改性沥青灌缝材料抗老化性能的研究结果表明,三种接枝SBS改性沥青的抗老化性能均有一定程度的改善,其中MAH-g-SBS改性沥青灌缝材料抗老化性能最好。这是由于接枝过程中,MAH、AA、MMA与SBS中的双键发生化学反应,减少了SBS中的C=C双键数量,避免了SBS在热氧作用下的断链降解,因而提高了接枝SBS改性沥青灌缝材料的耐老化性;而MAH在SBS分子链上以单分子接枝为主,相同接枝率时MAH-g-SBS中的双键最少,故其耐老化性最好。以物理性能和抗老化性优良的MAH-g-SBS改性沥青灌缝材料为基础,分别加入抗氧化剂、紫外吸收剂和有机化蒙脱土来进一步提高灌缝材料的耐热氧和光氧老化性能,结果表明抗氧化剂和紫外线吸收剂对耐老化性有一定的改善作用,而有机化蒙脱土的改善作用最为有效。X射线衍射（XRD）测试结果表明,有机化蒙脱土与SBS改性沥青形成了剥离结构的纳米复合材料。剥离的有机化蒙脱土片层均匀地分散在SBS改性沥青中,有效地阻止或减缓了氧气在沥青中的扩散,减少了SBS和沥青分子链受攻击的几率,从而改善了SBS改性沥青灌缝材料的耐热氧和光氧老化性能。参照国外试验规范和国内相关的试验方法对制备的高性能SBS改性沥青灌缝材料的性能进行了评价,试验结果和实际工程应用均表明所制备的灌缝材料具有优良的粘结性、低温柔韧性和耐老化性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 沥青路面发展现状
• 1.2 沥青路面裂缝的形成及危害
• 1.2.1 沥青路面裂缝的类型及其形成
• 1.2.2 裂缝对沥青道路的危害
• 1.3 裂缝修补的目的与效果
• 1.4 裂缝修补材料性能要求及其发展现状
• 1.4.1 裂缝修补材料性能的基本要求
• 1.5 国内外裂缝修补材料的发展现状
• 1.5.1 常见的沥青路面修补材料
• 1.6 聚合物改性沥青灌缝材料的发展现状
• 1.6.1 SBS改性沥青灌缝材料
• 1.6.2 关于改善SBS改性沥青粘结性和相容性的研究现状
• 1.6.3 关于提高SBS改性沥青抗老化性的研究现状
• 1.7 问题的提出及主要研究内容
• 1.7.1 问题的提出
• 1.7.2 主要研究内容
• 第2章 接枝SBS的制备与表征
• 2.1 SBS的接枝改性
• 2.1.1 接枝单体
• 2.1.2 接枝方法
• 2.1.3 反应机理
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 SBS
• 2.2.2 接枝单体
• 2.2.3 其它化学试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 接枝SBS的制备
• 2.3.2 接枝率的测定
• 2.3.3 红外光谱测试
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 反应时间对接枝率的影响
• 2.4.2 单体用量对接枝率的影响
• 2.4.3 引发剂用量对接枝率的影响
• 2.4.4 单体掺量对接枝率的影响
• 2.4.5 不同单体对接枝率的影响
• 2.5 FTIR分析
• 2.5.1 甲基丙烯酸甲酯接枝改性SBS
• 2.5.2 马来酸接枝改性SBS
• 2.5.3 马来酸酐接枝改性SBS
• 2.6 小结
• 第3章 接枝SBS改性沥青灌缝材料性能的研究
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 基质沥青
• 3.1.2 接枝SBS改性剂
• 3.1.3 接枝SBS改性沥青灌缝材料的制备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 针入度
• 3.2.2 延度
• 3.2.3 软化点
• 3.2.4 粘度
• 3.2.5 弹性恢复
• 3.2.6 接枝SBS改性沥青灌缝材料力学性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 接枝率对接枝SBS改性沥青灌缝材料针入度的影响
• 3.3.2 接枝率对接枝SBS改性沥青灌缝材料延度的影响
• 3.3.3 接枝率对接枝SBS改性沥青灌缝材料软化点的影响
• 3.3.4 接枝率对接枝SBS改性沥青灌缝材料粘度的影响
• 3.3.5 接枝率对接枝SBS改性沥青灌缝材料力学性能的研究
• 3.3.6 接枝SBS改性沥青灌缝材料的荧光显微分析
• 3.4 小结
• 第4章 接枝SBS改性沥青灌缝材料老化性能的研究
• 4.1 沥青老化机理分析
• 4.2 SBS改性沥青灌缝材料的老化试验
• 4.2.1 长期热老化试验
• 4.2.2 薄膜烘箱老化
• 4.2.3 压力老化
• 4.2.4 长期紫外老化
• 4.2.5 老化性能评价指标
• 4.3 接枝SBS改性沥青灌缝材料老化性能研究
• 4.3.1 长期热老化对接枝SBS改性沥青灌缝材料性能影响
• 4.3.2 TFOT和PAV对老化性能研究
• 4.3.3 长期紫外老化性能的研究
• 4.4 小结
• 第5章 耐候性SBS改性沥青灌缝材料的制备与性能研究
• 5.1 提高改性沥青灌缝材料耐候性的技术途径
• 5.1.1 抗氧剂和紫外线吸收剂
• 5.1.2 有机化蒙脱土
• 5.2 实验部分
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 抗氧剂对SBS改性沥青灌缝材料性能的影响
• 5.3.2 抗氧剂对SBS改性沥青灌缝材料老化性能的影响
• 5.3.3 抗氧剂和紫外线吸收剂对SBS改性沥青灌缝材料性能的影响
• 5.3.4 抗氧剂和紫外线吸收剂对SBS改性沥青灌缝材料老化性能的影响
• 5.3.5 有机化蒙脱土对SBS改性沥青灌缝材料常规物理性能的影响
• 5.3.6 有机化蒙脱土对SBS改性沥青灌缝材料老化性能的影响
• 5.3.7 OMMT/SBS改性沥青灌缝材料耐老化机理分析
• 5.5 小结
• 第6章 耐候性SBS改性沥青灌缝材料性能评价与应用
• 6.1 国外沥青路面灌缝材料性能评价方法与标准
• 6.2 耐候性SBS改性沥青路面灌缝材料的性能评价
• 6.3 耐候性SBS改性沥青路面灌缝材料的实际工程应用
• 6.3.1 试点地区的气候特点及路面状况
• 6.3.2 实施步骤
• 6.4 耐候性SBS改性沥青路面灌缝材料应用效果
• 6.5 小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 附录一:攻读博士学位期间发表论文目录
• 附录二:攻读博士学位期间参与的研究项目
• 致谢