水性环氧树脂改性乳化沥青及其微表处路用性能研究

论文摘要

当前,我国大量己建成通车的公路进入维修养护期,急需研究推广经济、有效、便于操作的预防性养护方法。微表处技术是一种经济环保的预防性养护措施,它有施工方便、开放交通快、可有效修复车辙、节能环保以及使用寿命长等特点。然而,微表处用改性乳化沥青品种单一,微表处技术还不是很成熟,预防性养护技术还有待被公路业主认可和接受。本文的创新之处是尝试采用水性环氧树脂改性乳化沥青,此研究在国内外还是一片空白。水性环氧树脂是把环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定树脂材料。它最大的特点是该材料是一种亲水性的高分子聚合物,具有VOC含量低、无刺激性味道、对人体无任何危害以及使用简单、可用水清洗、无污染等诸多优点,且具有稳定好、高固含量、低粘稠度、粘结性能强等优良性能。根据改性乳化沥青和微表处技术研究现状和存在的问题,本论文对以下几个问题进行了较为深入的研究。1.在乳化沥青生产过程中加入水性环氧树脂乳液进行改性,利用先进的自动化沥青乳化和高速剪切设备,开发了一种新型的聚合物改性乳化沥青即水性环氧树脂改性乳化沥青,提高了乳液的粘结和高低温性能。2.研究了改性乳化沥青的乳化和改性机理,以及乳化剂种类对改性乳化沥青的影响;探讨了改性乳化沥青乳液制备的生产工艺以及乳化工艺主要技术条件的影响。3.分析了乳液储存稳定性的机理,评价了乳化剂剂量及稳定剂的种类对改性乳化沥青稳定性及其它性能的影响,并提出了合理有效的改善措施。对改性乳化沥青蒸发残留物进行了性能分析和评价,以进一步研究提高改性乳化沥青的路用性能。4.对微表处原材料的选用及其技术指标进行了探讨及对微表处设计方法进行了研究,包括微表处沥青用量的确定及分析混合料的路用性能的影响因素。5.微表处是一种脆弱的体系,它随温度、湿度、材质特点等因素的变化显著。因此,微表处试验研究具有一定地域性。本试验是在华南地区中进行,尝试加入多种填料,如水泥、粉煤灰,使它不仅能提高微表处混合料的拌和时间,而且还有缩短开放交通时间的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 乳化沥青的发展简史和研究现状
• 1.3 路面预防性养护及微表处技术的研究现状
• 1.3.1 路面预防性养护
• 1.3.2 国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容、方法和技术路线
• 1.5 本文创新之处
• 第二章 水性环氧树脂改性乳化沥青的乳化和改性机理分析及生产工艺研究
• 2.1 概述
• 2.2 乳化机理
• 2.2.1 界面张力
• 2.2.2 界面能的作用
• 2.2.3 界面膜的稳定作用
• 2.2.4 界面电荷的稳定作用
• 2.2.5 胶束溶液的增溶，微乳液的形成
• 2.3 改性机理
• 2.3.1 环氧树脂的固化反应
• 2.3.2 环氧树脂网络的形成
• 2.3.3 沥青在环氧树脂网络中的分布
• 2.3.4 环氧树脂用量对沥青的影响
• 2.4 乳化剂的基本性质与分类
• 2.4.1 乳化剂的基本性质
• 2.4.2 乳化剂的分类
• 2.5 改性乳化沥青生产工艺
• 2.5.1 乳液制备过程
• 2.5.2 改性乳化沥青乳化工艺的主要技术条件
• 2.5.2.1 沥青和乳化剂水溶液的温度
• 2.5.2.2 剪切时间
• 2.6 本章小结
• 第三章 水性环氧树脂改性乳化沥青的配伍性研究
• 3.1 研究方案及原材料性质
• 3.1.1 研究方案
• 3.1.2 原材料
• 3.1.2.1 基质沥青
• 3.1.2.2 乳化剂
• 3.1.2.3 改性剂
• 3.2 改性乳化沥青的技术要求和指标
• 3.2.1 改性乳化沥青的技术要求
• 3.2.2 改性乳化沥青的主要技术指标
• 3.3 乳化剂剂量对改性乳化沥青性质的影响研究
• 3.4 水性环氧树脂掺入量对改性乳化沥青性质的影响研究
• 3.5 PH值对改性乳化沥青性质的影响研究
• 3.6 本章小结
• 第四章 水性环氧树脂改性乳化沥青的储存稳定性研究
• 4.1 研究方案与试验方法
• 4.1.1 研究方案
• 4.1.2 试验方法
• 4.2 沥青乳液稳定机理
• 4.2.1 DLVO稳定理论
• 4.2.2 胶体理论
• 4.2.3 界面膜理论
• 4.2.4 Stokes公式
• 4.2.5 布朗运动
• 4.2.6 Fisher理论—渗透效应
• 4.2.7 聚沉的动力学—Van Somluchowski理论
• 4.3 影响改性乳化沥青储存稳定性的因素
• 4.3.1 乳化剂剂量对乳液储存稳定性的影响
• 4.3.2 改性剂与沥青对乳液储存稳定性的影响
• 4.3.3 稳定剂对乳液储存稳定性的影响
• 4.3.3.1 稳定机理
• 4.3.3.2 试验内容
• 4.3.4 PH值对乳液储存稳定性的影响
• 4.3.5 油水比例对乳液储存稳定性的影响
• 4.3.6 储存温度对乳液储存稳定性的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 微表处设计方法及路用性能研究
• 5.1 微表处的设备及原材料
• 5.1.1 微表处混合料设备
• 5.1.2 原材料
• 5.2 研究方案
• 5.3 微表处路用性能要求及评价方法
• 5.3.1 负荷轮碾压实验（LWT）
• 5.3.2 湿轮磨耗试验（WTAT）
• 5.3.3 抗裂试验
• 5.3.4 配伍性分级试验
• 5.4 微表处混合料设计方法
• 5.4.1 各国微表处级配范围
• 5.4.2 微表处混合料设计方法
• 5.4.3 材料用量
• 5.5 集料性质对混合料设计的影响
• 5.5.1 粘附砂量的确定
• 5.5.2 油石比的确定
• 5.6 微表处路用性能的影响因素
• 5.6.1 耐磨耗能力
• 5.6.1.1 级配及油石比的影响
• 5.6.1.2 改性剂的影响
• 5.6.1.3 水泥对耐磨耗能力的影响
• 5.6.2 抗车辙能力
• 5.6.2.1 级配及油石比的影响
• 5.6.2.2 改性剂的影响
• 5.6.2.3 水泥的影响
• 5.6.3 沥青胶浆低温弯曲能力
• 5.6.4 水稳定性
• 5.7 本章小结
• 第六章 微表处混合料施工性能研究
• 6.1 破乳机理
• 6.2 微表处施工性能评价指标
• 6.2.1 稠度
• 6.2.2 可拌和时间
• 6.2.3 初凝时间
• 6.2.4 粘结力
• 6.3 影响混合料施工性能的因素
• 6.3.1 乳化剂对施工性能的影响
• 6.3.1.1 剂量的影响
• 6.3.2 用水量对施工性能的影响
• 6.3.3 乳液用量对施工性能的影响
• 6.3.4 填料对施工性能的影响
• 6.3.4.1 水泥
• 6.3.4.2 粉煤灰
• 6.3.4.3 石灰
• 6.3.5 拌和条件对施工性能的影响
• 6.3.6 其他影响因素
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 主要结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢