纳米层状硅酸盐改性沥青制备工艺与机理研究

论文摘要

当前,道路建设成为基础建设的重心,沥青是高速公路重要的原材料,鉴于许多国产沥青性能低劣和聚合物改性剂的高昂价格,物美价廉是永恒的主题,因而性价比高的改性剂就倍受关注。本文依托重庆市教委科技项目《纳米层状硅酸盐增强路用沥青研究》,对纳米层状硅酸盐改性沥青的制备工艺和机理进行研究。本论文针对纳米层状硅酸盐改性沥青的制备,选用四川仁寿膨润土、三种插层剂、硅烷偶联剂、70#沥青进行试验研究。根据膨润土的基本特性及物理化学性质,采用硅烷偶联剂和插层剂进行复合插层,制得有机膨润土,再将有机膨润土加入沥青中制得纳米层状硅酸盐改性沥青,研究其制备工艺及改性机理。本文先分析了膨润土的基本特性,并测试了物化性能,提出采用钠化改型,分析钠化机理,研究钠化工艺,在钠化过程中,研究了温度、时间、掺量、矿浆浓度对钠化效果的影响。以钠化土的离子交换量为评价指标,得出最佳工艺参数。在钠化土的有机化过程中,研究了温度、掺量、时间对有机化效果的影响。以离子交换率为评价指标,得出最佳的工艺参数,并在较好工艺条件下制备了与硅烷偶联剂复合插层的有机膨润土,用X射线、红外光谱定性的分析插层的效果。用制得的有机膨润土对沥青进行改性,在改性的过程中用正交试验研究了温度、时间、剪切速度对改性沥青性能指标的影响,在较好工艺条件下制备改性沥青,通过试验分析改性沥青结合料的路用性能,并和同样条件下所制的SBS改性沥青进行对比。最后从沥青改性前后的组分变化,相容性、有机膨润土与沥青的相溶性、模仿其他聚合物/硅酸盐纳米复合材料的增韧机理几个方面来分析有机膨润土对沥青改性的机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 膨润土
• 1.1.1 膨润土资源分布状况
• 1.1.2 膨润土的主要成分和晶体结构
• 1.1.3 膨润土的基本特征
• 1.1.4 膨润土的分类
• 1.2 膨润土矿的加工处理
• 1.3 国内外膨润土的应用现状
• 1.4 膨润土的国内外研究现状
• 1.5 本课题的研究内容及意义
• 第二章 原材料的性能研究
• 2.1 硅烷偶联剂
• 2.2 插层剂
• 2.2.1 松香基季铵盐
• 2.2.2 十八烷基三甲基氯化铵
• 2.2.3 双十八烷基三甲基溴化铵
• 2.3 膨润土
• 2.3.1 膨润土的物理化学性质
• 2.3.2 膨润土的物化性能
• 2.4 沥青
• 2.5 本章小结
• 第三章 膨润土的改性机理
• 3.1 活化方法
• 3.1.1 酸活化
• 3.1.2 热活化
• 3.1.3 机械力活化
• 3.1.4 有机活化
• 3.2 膨润土与有机物的反应机理
• 3.2.1 膨润土与非离子有机物的反应
• 3.2.2 膨润土与芳香性有机物的反应
• 3.2.3 膨润土与有机阳离子的反应
• 3.3 本章小结
• 第四章 膨润土的钠化改型
• 4.1 天然膨润土的提纯方法
• 4.2 膨润土的钠化改型
• 4.2.1 原料性质
• 4.2.2 钠化机理
• 4.2.3 钠化工艺
• 4.2.4 膨润土钠化影响因素
• 4.3 本章小结
• 第五章 有机膨润土的制备
• 5.1 有机膨润土的制备原理
• 5.2 有机插层膨润土的制备
• 5.2.1 有机插层膨润土的制备方法
• 5.2.2 有机膨润土的制备
• 5.3 有机化改性膨润土的影响因素
• 5.3.1 溶液的pH 值
• 5.3.2 插层剂的选择
• 5.3.3 插层剂的用量
• 5.3.4 时间
• 5.3.5 温度
• 5.4 复合插层有机膨润土的制备
• 5.5 有机膨润土的表征
• 5.5.1 红外光图谱与分析
• 5.5.2 X-射线衍射结果与分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 有机膨润土改性沥青的性能研究
• 6.1 有机膨润土改性沥青的制备方法
• 6.2 改性沥青的制备实验
• 6.2.1 原材料
• 6.2.2 改性沥青的制备工艺
• 6.2.3 正交试验
• 6.3 改性剂掺量的确定
• 6.3.1 MMT 掺量的确定
• 6.3.2 SBS 改性剂掺量的确定
• 6.3.3 松香基-OMMT 掺量的确定
• 6.3.4 1831-OMMT 掺量的确定
• 6.3.5 31441-OMMT 掺量的确定
• 6.4 改性沥青路用性能
• 6.4.1 感温性
• 6.4.2 软化点、当量软化点
• 6.4.3 低温延度
• 1.2'>6.4.4 当量弗拉斯脆点T_1.2
• 6.4.5 抗老化性能
• 6.5 本章小结
• 第七章 层状硅酸盐改性沥青的机理分析
• 7.1 沥青四组分分析
• 7.2 相容性
• 7.2.1 溶解度
• 7.2.2 软化点差
• 7.2.3 分散度
• 7.3 膨润土与沥青的吸附作用
• 7.4 微观分析
• 7.4.1 荧光分析
• 7.4.2 扫描电镜分析
• 7.5 改性机理分析
• 7.6 本章小结
• 第八章 结论
• 8.1 主要结论
• 8.2 进一步研究建议
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著