复合改性冷拌沥青材料制备及其性能研究

摘要

随着道路工程建设及路面维修养护工程的迅猛发展，环保问题越来越受到世界各国政府及组织的高度重视。为此，国内外道路行业不断把降低温室气体排放和减少能源消耗寄托在冷拌沥青（Cold Mix Asphalt，CMA）混合料的研究上来。针对热拌沥青在施工方面污染大、耗能多等缺点，本文在现有研究成果的基础上先后开发制备两种适应于不同用途的冷拌沥青材料，分别是岩沥青改性聚氨酯（MDI）型CMA材料和复合离子乳化沥青材料。为成功研制出这两种CMA材料并验证其混合料性能，本文主要开展了以下工作： （1）利用MDI湿固化反应原理制备MDI改性沥青。通过对改性沥青三大指标、旋转黏度和流变性的试验测试，确定合理的MDI掺入量为15%。试验表明：MDI的加入对沥青的低温性能有较好的改善作用，但高温性能方面较差。文中通过掺入岩沥青进行复合改性，以提升改性沥青的高温性能。 （2）开展基质沥青、MDI、MDI改性沥青及岩沥青改性MDI沥青的荧光显微镜试验和钨丝灯扫描电镜试验。通过SEM试验观察得出：在改性沥青中，纤维素主要呈三维网状结构，石油树脂和岩沥青均呈固体小颗粒状态；FM试验验证了MDI与水等成分在沥青中发生结构变化的过程，能够将分散的沥青粘结在一起，是强度增大的主要原因。 （3）开展岩沥青改性MDI冷拌沥青混合料的设计和性能评价。室内试验表明：所制备的岩沥青改性MDI沥青混合料的力学性能、高温性能和抗水损害性能均符合规范要求。室外修补试验表明：长达半年的观察期内路面状况良好。 （4）研究制备高固含量阳离子型和非离子型乳化沥青。试验研究表明：非离子型的稳定性高于阳离子型；二者按比例复配的乳化沥青其稳定性和乳化性能都能有所改善。复合离子乳化沥青混合料的强度能满足规范要求，且高于阳离子乳化沥青混合料。 （5）复合乳化沥青与岩沥青改性MDI沥青混合料综合性能对比。结果表明，岩沥青改性MDI沥青虽然在环保性方面比复合离子乳化沥青差，但在初期强度、终期强度和制备工艺方面均优于复合离子乳化沥青，本文推荐采用岩沥青改性MDI沥青混合料作为CMA混合料使用。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 冷拌料的研究现状

1.2.2 MDI的研究现状

1.2.3 乳化沥青的研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

2 MDI改性冷拌沥青的制备

2.1 MDI的优点

2.2 MDI湿固化原理

2.3 MDI湿固化的配制

2.3.1 试验仪器与实验材料的选择

2.3.2 试验配方

2.3.3 制备方法

2.3.4 试验原理

2.4 MDI的基本性能

2.5 MDI的改性

2.5.2 岩沥青的改性方法

2.5.3 改性沥青性能及对比

2.5.4 旋转黏度试验分析

2.6 动态剪切流变（DSR）试验分析

2.7 本章小结

3 MDI改性沥青的微观结构试验

3.1 钨丝灯扫描电镜试验SEM

3.1.1 试验原理

3.1.2 试验试样制备

3.1.3 三种沥青形态对比

3.2 荧光显微(FM)试验

3.2.1 试验原理及方法

3.2.2 试验结果分析

3.3 本章小结

4 MDI改性冷拌沥青混合料的设计与性能分析

4.1 混合料设计

4.1.1 集料的性能评价

4.1.2 MDI沥青混合料级配设计

4.1.3 矿粉含量的确定

4.1.4 最佳油石比确定

4.2 马歇尔稳定度试验

4.3 高温性能试验

4.4 抗水损害性能试验

4.4.1 浸水马歇尔试验

4.4.2 冻融劈裂试验

4.5 室外试验

4.6 本章小结

5 复合离子乳化沥青制备及混合料设计

5.1 阳离子乳化沥青的制备

5.1.1 阳离子乳化剂的选择

5.1.2 稳定剂的选择

5.1.3 试验装置

5.1.4 制备方法

5.1.5 试验结果对比

5.1.6 蒸发残留物含量试验

5.1.7 技术指标

5.2 非离子乳化沥青的制备

5.2.1 试验装置

5.2.2 非离子乳化沥青乳化机理

5.2.3 制备方法

5.2.4 试验结果对比

5.2.5 乳化沥青蒸发残留物含量试验

5.2.6 非离子乳化沥青技术指标

5.3 阳离子乳化沥青混合料

5.3.1 乳化沥青破乳过程

5.3.2 混合料试验

5.3.3 试验调整

5.3.4 试验结论

5.4 阳离子与非离子复配

5.4.1 非离子乳化剂复配的原因

5.4.2 改善对比

5.5 复合乳化沥青混合料试验

5.6 本章小结

6 两种制备方式下冷拌沥青性能对比总结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 展望

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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