PE-脱硫橡胶复合改性沥青制备及改性机理分析

摘要

随着橡胶沥青被广泛应用，其自身易离析、高黏度等缺陷日益突出。选用脱硫胶粉制备脱硫橡胶沥青，不仅可以改善普通橡胶沥青的不足，同时也可以提高沥青低温性能，但脱硫橡胶沥青在高温性能方面还存在明显不足，从而制约了其发展与应用。聚乙烯(PE)是一种性能良好的改性材料，尤其对沥青高温性能具有明显改善。综合考虑这两种改性材料的特点，选用脱硫胶粉和线型低密度聚乙烯(LLPE)作为改性剂，制备PE-脱硫橡胶复合改性沥青，确定了其组成及最佳制备工艺，并系统研究了该复合改性沥青及混合料的路用性能，进而探究了其复合改性机理。本文的主要内容如下:
　　(1)、首先，选用壳牌70＃基质沥青，通过控制单一变量的试验方法，分别研究两种改性剂掺量、粒径及制备工艺等主要因素对PE-脱硫橡胶复合改性沥青三大指标的影响规律，最终确定了复合改性制备工艺参数为:在剪切速率5000r/min，剪切温度170℃～180℃的条件下，先掺入基质沥青质量分数2.0％的聚乙烯高速剪切30min，再加入质量分数为18％的脱硫胶粉继续剪切45min，最终在160℃下发育45min至气泡消失，即制得PE-脱硫橡胶复合改性沥青样品。
　　(2)、其次，从沥青的常规性能、流变性能及老化性能三方面对PE-脱硫橡胶复合改性沥青的性能进行了评价。结果表明，经脱硫胶粉与聚乙烯复合改性后的沥青不仅具备脱硫橡胶沥青良好的储存稳定性、低温柔韧性、低黏度和抗老化能力，同时其高温性能得到显著提升，高温抗变形能力明显增强。
　　(3)、基于上述性能测试，本研究进一步从改性机理出发，采用一系列现代微观技术分析了脱硫胶粉、聚乙烯和沥青间的相互作用机理。荧光显微图像显示，在高温高速剪切作用下，脱硫胶粉与聚乙烯均匀分散在沥青中，并形成了以细小胶粉为核心聚乙烯分散在周围的结构形态;红外光谱(IR)表明，脱硫胶粉、聚乙烯与沥青间的作用机理既存在物理共混，又存在一定的化学改性，两种改性机理同时存在且随制备温度与时间而变化;差示扫描量热试验(DSC)表明，复合改性沥青具有良好的温度稳定性，其玻璃化转变温度指标印证了复合改性沥青良好的低温性能。
　　(4)、最后，选取SMA-13和AC-13型级配进行沥青混合料配合比设计，分别确定了其最佳沥青用量，并通过高温车辙、低温小梁弯曲、浸水马歇尔及冻融劈裂试验来对混合料路用性能进行评价。结果表明，SMA-13和AC-13型沥青混合料均具有良好的高低温性能及水稳定性，满足规范使用要求，相比而言，复合改性沥青在SMA间断级配中性能表现更优。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 主要研究内容与技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 PE-脱硫橡胶复合改性沥青的制备

2．1 实验原材料性能

2．1．1 基质沥青

2．1．2 胶粉

2．1．3 聚乙烯

2．2 PE-脱硫橡胶复合改性沥青的制备

2．3 实验方案

2．4 脱硫胶粉对改性沥青性能的影响

2．4．1 脱硫胶粉掺量对改性沥青性能的影响

2．4．2 脱硫胶粉粒径对改性沥青性能的影响

2．4．3 制备温度对脱硫橡胶沥青性能的影响

2．4．4 剪切时间对脱硫橡胶沥青性能的影响

2．5 聚乙烯(PE)对复合改性沥青性能的影响

2．5．1 PE掺量对复合改性沥青性能的影响

2．5．2 剪切时间对复合改性沥青性能的影响

2．6 本章小结

第三章 PE-脱硫橡胶复合改性沥青性能研究

3．1．1 黏度

3．1．2 储存稳定性

3．1．3 弹性恢复

3．2 PE-脱硫橡胶复合改性沥青流变性能

3．2．1 复数模量G*

3．2．2 相位角δ

3．2．3 车辙因子G*／sinδ

3．3 PE-脱硫橡胶复合改性沥青老化性能

3．4 本章小结

第四章 PE-脱硫橡胶复合改性沥青改性机理分析

4．1 改性沥青荧光显微镜试验

4．2 改性沥青红外分析

4．3 改性沥青差示扫描量热分析

4．4 本章小结

第五章 PE-脱硫橡胶复合改性沥青混合料性能研究

5．1 SMA间断级配混合料配合比设计

5．1．1 集料、矿粉

5．1．2 级配选择

5．1．3 最佳沥青用量的确定

5．2 AC连续级配混合料配合比设计

5．2．1 连续级配选择

5．2．2 最佳沥青用量的确定

5．3 复合改性沥青混合料路用性能研究

5．3．1 高温稳定性试验

5．3．2 低温抗裂性试验

5．3．3 水稳定性试验

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 进一步研究和展望

致谢

参考文献