沥青混合料油石界面研究

摘要

油石界面是沥青混合料结构的重要组成部分,对混合料的力学性能、高温稳定性和水稳定性有着重要的关系,与低温性能、抗疲劳性能以及抗老化性能也有着一定的关系.由于当前沥青路面早期损坏、酸性石料在道路工程使用的问题等实际工程以及理论研究的需要,加强对油石界面的研究具有重要的意义.根据表界面理论,由于沥青与石料物理性质、化学性质以及结构的差异,导致油石界面张力较大,无法达到热力学最佳润湿条件;沥青粘度与沥青在石料表面的润湿时间成线性关系,即与润湿速度成反比,对于沥青这种感温性材料来说,温度的突然有可能导致动力学的不完全润湿;沥青中的极性组分数量少对于界面吸附层的性能有着不利的影响.结合沥青油石界面的特点以及复合材料的有关成果,提出复合型油石界面改性剂的三个可能组成部分:偶联组分(C)、润滑组分(L)和表面活性组分(SU).并通过试验对各种组分进行选择,偶联组分选择C-Ⅰ偶联剂,润滑组分选择L-Ⅱ润滑剂,在表活性组分的选择过程中,由于表面活性剂抗老化性能不好,因此表面活性组分空缺.通过正交试验分析,综合考虑界面粘附性能、力学性能、水稳定性能、短期老化后性能变化和经济性因素,确定复合界面改性剂的配比为40％的C-Ⅰ和60％L-Ⅱ,界面改性剂占沥青总用量的0.5％.对比界面改性剂对普通沥青和改性沥青以及不同类型的混合料品种的马歇尔稳定度、马歇尔模数、残留稳定度以及多次冻融循环劈裂强度等指标证明:添加0.5％的界面复合改性剂可以显著提高沥青混合料性能,如使用界面改性剂的混合料残留马歇尔稳定度均超过90％,3次冻融循环TSR超过80％,说明界面改性剂的效果略优于国产抗剥落剂.界面改性剂的作用机理:界面改性剂中的偶联组分与石料表面发生化学反应并发生缩聚反应生成坚固的偶联化层-聚硅氧烷;界面改性剂的润滑组分有效地降低了沥青的高温粘度,有效的提高了润湿速度;润滑组分中极性结构提高了沥青的极性组成,降低了接触角,提高了界面粘附功;同时润滑组分中的极性成分增强了界面处的吸附层.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1沥青混合料中的油石界面

1.2油石界面对沥青混合料性能的影响

1.2.1沥青混合料结构

1.2.2沥青混合料的强度理论

1.2.3油石界面对沥青混合料路用性能的影响

1.3国内外研究概况以及存在的问题

1.4本文研究内容及研究意义

1.4.1本文研究内容

1.4.2研究意义

第二章沥青混合料油石界面理论分析

2.1沥青的化学组分

2.2油石界面与润湿

2.2.1润湿与油石界面的关系

2.2.2油石界面张力与粘附功

2.2.3关于沥青粘附的最佳可润湿性条件

2.2.4润湿的动力学因素

2.3沥青在石料表面的吸附

2.4沥青与石料表面的粘附力

2.4.1机械结合力

2.4.2物理吸附力

2.4.3化学键结合力

2.4.4油石界面结合力与机械结合力、物理吸附力和化学键结合力之间的关系

第三章油石界面改善措施试验研究

3.1油石界面改性剂的研制思路

3.1.1增加化学键结合力

3.1.2改善沥青在石料表面的润湿状况

3.1.3增强界面吸附层

3.2油石界面改善的标志、评价参数以及组分选择流程

3.2.1油石界面改善的标志

3.2.2评价参数探讨

3.2.3组分选择流程

3.3原材料性能、试验指标与方法

3.3.1原材料性能

3.3.2试验指标与方法

3.4偶联组分对油石界面改善试验研究

3.4.1简介

3.4.2试验方案、结果与分析

3.4.3本节小结

3.5润滑组分对油石界面改善试验研究

3.5.1简介

3.5.2试验方案、结果与分析

3.5.3本节小结

3.6表面活性组分对油石界面改善试验研究

3.6.1简介

3.6.2试验方案、结果与分析

3.6.3本节小结

3.7界面改性剂的组分优化与正交试验研究

3.7.1简介

3.7.2正交试验方案、结果和分析

3.8本章小结

第四章界面改性剂对沥青混合料性能的影响

4.1简介

4.2原材料性能、试验指标与方法

4.2.1原材料性能

4.2.2试验指标与方法

4.3沥青混合料的配比设计

4.3.1 AC-13I型沥青混合料配比设计

4.3.2 PA-13多孔沥青混合料配比设计

4.4试验结果分析与讨论

4.4.1马歇尔稳定度和马歇尔模数

4.4.2残留马歇尔稳定度

4.4.3冻融循环劈裂强度比

4.4.4肯塔堡磨耗值

4.5本章小结

第五章油石界面改善机理研究

5.1界面改性剂在石料表面的反应

5.1.1红外光谱分析

5.1.2界面改性剂在石料表面上的反应

5.2界面改性剂对沥青粘度的影响

5.2界面改性剂对沥青润湿性能的影响

5.2.1沥青在石料表面的接触角

5.2.2沥青的表面张力

5.2.3油石界面粘附功

5.3油石界面的亚微观结构研究

5.4界面改性剂机理分析

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致 谢

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