沥青和沥青混合料的硅藻土改性机理研究

摘要

适应高速公路网建设的需求，近十年来聚合物改性沥青在中国有着超常的发展，虽然缓解了高速、重载交通对路面功能多指标、高性能要求与粗放式作业的工艺水平之间的矛盾，但其供应与价格受石油危机的影响，时时困扰着工程。我国具有丰富的硅藻土资源，云南、吉林两省的工程实践，表明外掺硅藻土，沥青路面的使用性能得以提高。硅藻土由硅藻类动物和其它生物的硅质骨骼部分的堆积而成的矿物，它的结构与特性均不同于聚合物，为了把握住硅藻土资源利用的正确方向，充分发挥硅藻土的作用，研究硅藻土改性沥青的机理，代表着矿物改性的一个发展方向，必将改变局限于聚合物改性沥青的现状，丰富改性沥青的内涵。 硅藻土是一种矿物，硅藻土改性沥青的机理不同于聚合物的改性机理，必须从硅藻土的特性出发，抓住硅藻土的物理、矿物成分特点，来分析硅藻土的改性机理。因此硅藻土的物理及矿物成分分析是本论文的一个研究重点。电镜扫描、X射线衍射、N2吸附等方法，分析了硅藻土的主要物理特性及矿物组成。硅藻土的主要特性是巨大的比表面积和硅藻土的多孔结构以及非晶体的SiO2结构组成，这是硅藻土改性沥青的机理分析的基础。灰色系统关联度分析，表明硅藻土改性沥青的性能是非晶体的SiO2的含量、硅藻土的比表面积、硅藻土的平均粒径等综合作用的结果，硅藻土的矿物组成是沥青改性的基础，发挥硅藻土对沥青的改性作用，必须注重矿物组成，这是提纯要求的根据。现代化的测试分析表明，硅藻土改性沥青重要的在于硅藻土活性的非晶体SiO2矿物成分，硅藻土具有巨大的比表积和微孔结构，稳定地分散在沥青介质中，与沥青互相吸收与互相吸附的作用，改变了沥青性能，也改善了沥青胶浆与沥青混合料的路用性能，而其良好的分散性有利于简化施工工艺，便于工程推广应用。 用红外光谱、电镜扫描、紫外分光光度等方法，分析了硅藻土改性沥青改性的微观机理，证明了硅藻土加入沥青中，能够均匀地分布在沥青中，硅藻土的多孔结构能有效地吸附沥青，硅藻土对沥青具有较大的吸附能力，硅藻土与沥青发生物理吸附，没有新的官能团形成。硅藻土在沥青中的均匀地分散性为简化施工工艺创造了条件。 用DSC试验，证明硅藻土改性沥青与基质沥青相比，玻璃化转变温度降低，说明加入硅藻土后，改善了沥青的低温性能。动态热力分析进一步测定了硅藻土改性沥青的剪切弹性模量、剪切损耗模量及损耗角，证实了硅藻土改性沥青的高温性能与低温性能均好于基质沥青，也证实了硅藻土加入沥青中所起到的作用是改性作用，说明了硅藻土的改性机理的实质。 通过硅藻土改性沥青的机理分析，可以为硅藻土应用打下坚实的基础，为硅藻土改性沥青混合料设计、施工等提供理论依据，也为矿物改性沥青的机理分析提供一种新的方法。硅藻土改性沥青路面施工简便，不需要专用设备，现有的国产和进口沥青拌合设备均可生产，从拌合到摊铺、碾压等工序与普通的沥青路面的施工完全相同，可操作性强，便于推广应用。硅藻土改性沥青混合料造价低，与SBS改性沥青路面和SMA路面相比，具有显著的经济效益，可以广范应用于高等级公路建设工程中，也可以应用于大修、改建工程，应用前景十分光明，发展硅藻土改性沥青，能够充分利用国内丰富的硅藻土资源，对促进经济发展具有极其重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1论文背景

1.2国内外改性沥青研究现状

1.2.1国外改性沥青研究概况

1.2.2国内改性沥青研究概况

1.2.3改性沥青机理的研究

1.3本项目在国内外的研究概况

1.4本论文的目的、意义及主要研究内容

第2章硅藻土的特性

2.1我国硅藻土资源概况

2.2硅藻土的主要特性

2.2.1硅藻土的物理特性

2.2.2硅藻土孔结构和孔径分布

2.2.3硅藻土的粒径分析

2.2.4硅藻土的矿物特性

2.3硅藻土的性质对改性沥青的影响

2.4本章小结

第3章硅藻土改性沥青及沥青混合料试验

3.1硅藻土改性沥青试验

3.2硅藻土改性沥青混合料试验

3.2.1硅藻土改性沥青混合料配合比设计

3.2.2沥青混合料高温稳定性试验

3.2.3硅藻土改性沥青混合料低温抗裂性能试验

3.2.4硅藻土改性沥青混合料疲劳试验

3.2.5硅藻土改性沥青混合料水稳性试验

3.2.6硅藻土改性沥青混合料的老化试验

3.2.7混合料导热系数试验

3.2.8硅藻土改性沥青试验路简介

3.3本章小结

第4章硅藻土改性沥青的动态热力分析

4.1动态热力分析

4.2动态热力分析试验(DMA试验)

4.2.1不同硅藻土DMA试验

4.2.2硅藻土与矿粉的作用

4.3差示扫描量热分析

4.4本章小结

第5章扫描电镜分析

5.1硅藻土电镜分析

5.2硅藻土改性沥青的电镜分析

5.3硅藻土改性沥青洗脱电镜分析

5.4本章小结

附图

第6章红外光谱分析

6.1红外光谱工作原理

6.2试验结果及分析

6.3本章小结

第7章硅藻土改性沥青化学组分分析

7.1基质沥青的基本性质

7.2硅藻土及其改性沥青灰分测定

7.2.1硅藻土改性沥青中硅藻土含量的测定

7.2.2硅藻土改性沥青的化学组分分析

7.3本章小结

第8章硅藻土改性沥青紫外分光光度分析

8.1方法原理

8.2硅藻土改性沥青吸光度分析

8.3本章小结

第9章硅藻土对沥青改性作用的机理分析

9.1硅藻土与沥青的相容性

9.2硅藻土在沥青中的分散度

9.3硅藻土与沥青的吸附作用

9.4硅藻土增强沥青水稳定性的机理

9.5硅藻土对沥青其它性能的影响

9.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明及哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致 谢

个人简历