无机微粉改性沥青制备及其改性机理研究

论文摘要

随着路面技术以及石油工业的发展,石油沥青作为道路材料得到了广泛的应用。沥青混凝土路面的路用性能除了与交通载荷因素有关以外,更为重要的是沥青材料本身。由于沥青对温度敏感性强(高温变软发粘,低温变脆易裂),在高温和紫外线照射下会产生老化现象,且耐疲劳性能差,因而在一定程度上限制了其使用性能。对沥青进行改性便成为提高沥青材料性能的有效措施,其中对沥青进行无机改性不仅可以改善沥青的性能,还可以在很大程度上降低成本,所以成为研究的热点之一。本研究首先选取了有机化蒙脱土、纳米碳酸钙、炭黑和矿粉作为改性剂,制备了改性沥青,然后对其进行短期老化和长期老化处理。并采用动态剪切流变仪(DSR)对改性沥青的流变性能进行了研究,研究结果表明无机微粉的加入提高了沥青的复数模量,降低了相位角,其中有机化蒙脱土(OMMT)改性沥青具有良好的抗高温车辙性能,但是其低温性能并没有得到改善。其次,对无机微粉改性沥青的老化性能进行了研究,研究表明:有机化蒙脱土改性沥青具有很好的抗热氧老化性能,炭黑改性沥青在一定程度上也提高了沥青的抗老化性能,而纳米碳酸钙和矿粉改性沥青并没有改善沥青的老化性能。6%掺量比3%掺量的改性沥青具有更好的耐老化性能,但是抗老化效果并不随改性剂掺量呈线性增加。提出了一种基于流变学参数的抗老化评价方法,并与传统的残留针入度方法具有很好的相关性。然后对采用DSR的应力控制模式对无机微粉改性沥青胶浆的疲劳性能进行了研究,对比分析表明有机化蒙脱土改性沥青具有很好的抗疲劳性能。最后采用X射线衍射仪对蒙脱土改性沥青的微观结构进行表征,采用光电子能谱仪(XPS)进行相容性分析,结果表明有机化蒙脱土在沥青中形成了插层复合结构,并与沥青具有很好的相容性。根据有机蒙脱土特殊的片层结构和高速剪切改性工艺,从微观角度解释了有机蒙脱土改性沥青的改性机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 无机微粉改性沥青研究概况
• 1.2.2 沥青的流变性能研究
• 1.2.3 沥青的抗老化性能研究
• 1.2.4 沥青的疲劳性能研究
• 1.3 研究内容、方法及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法及技术路线
• 第2章 原材料及试验方法
• 2.1 实验原材料
• 2.1.1 沥青
• 2.1.2 有机化层状硅酸盐
• 2.1.3 纳米碳酸钙
• 2.1.4 炭黑
• 2.1.5 矿粉
• 2.2 实验设备及样品制备
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 改性沥青制备方法
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 针入度
• 2.3.2 旋转薄膜烘箱老化（RTFOT）
• 2.3.3 压力老化容器老化（PAV）
• 2.3.4 动态剪切流变试验（DSR）
• 第3章 无机微粉改性沥青流变性能研究
• 3.1 试验方法
• 3.2 基本理论
• 3.3 温度扫描实验
• 3.3.1 试验参数
• 3.3.2 温度对复数模量和相位角的影响
• 3.3.3 Black曲线
• 3.3.4 无机微粉改性沥青高温性能
• 3.3.5 无机微粉改性沥青低温性能
• 3.4 频率扫描实验
• 3.4.1 试验参数
• 3.4.2 试验结果分析
• 3.5 微粉改性沥青静态蠕变性能研究
• 3.5.1 蠕变试验研究方法
• 3.5.2 蠕变变形
• 3.5.3 蠕变劲度模量
• 3.6 本章小结
• 第4章 无机微粉改性沥青的老化性能研究
• 4.1 基于物理性能的残留针入度比
• 4.2 基于流变学的抗老化评价方法
• 4.3 流变学的评价方法与传统方法的相关性
• 4.4 本章小节
• 第5章 无机微粉改性沥青的疲劳性能研究
• 5.1 沥青胶结料的疲劳
• 5.2 实验参数
• 5.3 实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 无机微粉改性沥青的机理研究
• 6.1 有机化蒙脱土的结构及微观表征
• 6.2 有机化蒙脱土改性沥青的相容性分析
• 6.3 改性机理分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录