温拌沥青结合料降粘剂的制备与性能研究

论文摘要

我国交通事业正处于快速发展期,每年都要生产数以亿吨级的热拌沥青混合料,在这过程中排放了大量的污染气体。我国作为《京都议定书》的签约国,在未来面临多项来自能源和环境方面的压力,其中就包括降低温室气体及大气污染物的排放。所谓温拌沥青技术（WMA）就是通过一定的技术措施,降低沥青的粘度,从而使沥青能在相对较低温度下进行拌和及施工,同时保持其不低于热拌沥青混合料（HMA）使用性能的沥青混合料技术。本文对现有的温拌技术进行了较深入的调研分析,同时结合油溶性稠油降粘技术,实验室自制丙烯酸十八酯-苯乙烯-马来酸酐（SSM）共聚物,将共聚物添加到基质沥青中并研究共聚物对基质沥青的作用机理以及技术性能的影响,并对SSM共聚物温拌改性效果也做了一定评价。研究表明：实验室制备SSM共聚物,通过红外光谱对所合成的共聚物进行分析,表征了聚合物中各种官能团能存在,证明共聚反应的存在；将SSM共聚物加入基质沥青后,沥青粘度发生明显降低并且粘度差随掺量及配比变化而发生改变；通过试验测定改性沥青三大指标相比基质沥青,软化点有所降低,针入度变大,针入度指数变大,延度增加；灰关联分析表明,SSM共聚物单体中马来酸酐量变化对粘度差、软化点和延度影响最大,丙烯酸十八酯、苯乙烯的关联排序受针入度及延度试验温度的影响有所改变；模糊数学分析结果表明,SSM共聚物最佳配比为5：2：5,最佳掺量为5%；通过红外光谱和示差扫描量热法（DSC）分析可知,SSM共聚物与基质沥青之间没有发生化学反应,SSM共聚物在40℃开始软化,SSM共聚物的作用机理是拆散胶质沥青质的重叠层状结构而降低沥青的粘度；SSM共聚物可降低基质沥青粘度,掺量为5%改性沥青的拌和与压实温度与基质沥青相比降低了4℃-6℃,将SSM共聚物与SBS对基质沥青进行复合改性,可降低SBS改性沥青的拌和压实温度20℃左右。本文在研究过程中,将SSM共聚物加入基质沥青中,分析了不同掺量不同配比对改性沥青粘度、性能的影响,并评价各技术参数随掺量和配比变化的规律,提供了SSM共聚物的合理掺量及合理配比,对降粘机理也有一定探讨。本文将稠油降粘技术引入石油沥青降粘,丰富了温拌沥青技术手段,为开发新的温拌改性技术提供了指导,以便于有机降粘型产品在温拌沥青技术中的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 温拌改性沥青国内外研究现状
• 1.2.1 温拌沥青改性技术国外应用现状
• 1.2.2 温拌沥青改性技术国内应用现状
• 1.2.3 温拌沥青改性机理概述
• 1.3 基于油溶性稠油降粘机理的沥青温拌可行性分析
• 1.3.1 稠油粘度的影响因素
• 1.3.2 油溶性稠油降粘机理
• 1.3.3 有机添加剂类沥青温拌降粘机理概述
• 1.3.4 基于稠油降粘机理的沥青温拌可行性分析
• 1.4 本文研究的内容和技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 第二章 SSM共聚物降粘剂的合成及表征
• 2.1 丙烯酸十八酯反应原理
• 2.2 丙烯酸十八酯试验制备部分
• 2.2.1 试验试剂
• 2.2.2 试验仪器设备
• 2.2.3 酯的合成方法与产物的分离
• 2.3 试验结果与分析
• 2.3.1 甲苯用量对酯化产率的影响
• 2.3.2 阻聚剂用量对酯化产率的影响
• 2.3.3 催化剂用量对酯化产率的影响
• 2.3.4 反应温度对酯化产率的影响
• 2.3.5 丙烯酸十八酯的结构表征
• 2.4 SSM共聚物反应原理
• 2.5 SSM共聚物制备试验与方法
• 2.5.1 试验药品
• 2.5.2 试验仪器
• 2.5.3 SSM共聚物合成步骤
• 2.6 试验结果与分析
• 2.6.1 SSM共聚物单体配比的影响
• 2.6.2 引发剂用量影响
• 2.6.3 反应温度影响
• 2.6.4 SSM共聚物反应时间影响
• 2.6.5 三元共聚物结构表征
• 2.7 本章小结
• 第三章 SSM共聚物改性沥青的粘度分析
• 3.1 沥青粘度测定及其基本理论
• 3.1.1 沥青粘度的定义
• 3.1.2 沥青粘度的实验室测定概述
• 3.1.3 布洛克菲尔德（Brookfield）粘度计测粘原理
• 3.2 SSM共聚物改性沥青的制备
• 3.2.1 试验仪器
• 3.2.2 试剂与材料
• 3.2.3 试验方法与过程
• 3.3 共聚物改性沥青的粘度试验研究
• 3.3.1 试验设备
• 3.3.2 试剂与材料
• 3.3.3 试验方法与过程
• 3.3.4 试验注意事项
• 3.3.5 粘度结果分析
• 3.4 小结
• 第四章 SSM共聚物改性沥青的常规路用性能试验研究
• 4.1 灰色系统理论简介
• 4.2 掺SSM共聚物沥青针入度试验
• 4.2.1 试验仪器
• 4.2.2 试验材料
• 4.2.3 方法与过程
• 4.2.4 结果与讨论
• 4.2.5 针入度指数分析
• 4.3 掺SSM共聚物沥青软化点试验
• 4.3.1 试验仪器
• 4.3.2 试剂与材料
• 4.3.3 方法与过程
• 4.3.4 结果与讨论
• 4.4 掺SSM共聚物沥青延度试验
• 4.4.1 试验仪器
• 4.4.2 试剂与材料
• 4.4.3 方法与过程
• 4.4.4 结果与讨论
• 4.5 小结
• 第五章 SSM共聚物的优化设计研究
• 5.1 模糊数学介绍
• 5.2 基于模糊数学SMM共聚物最佳配比的确定
• 5.2.1 模糊数学初级评判矩阵
• 5.2.2 模糊数学二级评价
• 5.2.3 二级因素重要系数的确定
• 5.2.4 模糊数学二级评判结果
• 5.3 基于模糊数学的SSM共聚物掺量优选
• 5.4 小结
• 第六章 SSM共聚物改性沥青的结构分析及改性机理分析
• 6.1 基于灰关联分析SSM共聚物降粘机理
• 6.1.1 基于灰关联法对不同单体配比的布氏粘度分析
• 6.2 SSM共聚物改性剂DSC试验研究
• 6.2.1 DSC试验简介
• 6.2.2 SSM共聚物DSC分析
• 6.3 红外光谱分析
• 6.3.1 沥青红外光谱分析简介
• 6.3.2 SSM共聚物改性沥青及共聚物红外光谱试验研究
• 6.4 SSM共聚物改性沥青改性机理
• 6.5 小结
• 第七章 基于SSM共聚物的温拌沥青性能研究
• 7.1 SSM共聚物改性沥青粘温特征分析
• 7.1.1 SMM共聚物改性沥青粘温关系
• 7.1.2 最优配比及掺量下拌和与压实温度的确定
• 7.2 掺SBS的SSM共聚物改性沥青粘度分析
• 7.2.1 掺SBS的SSM共聚物改性沥青粘度实验室评价
• 7.2.2 掺SBS的SSM共聚物改性沥青粘温特征分析
• 7.3 小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢