热固性环氧树脂沥青及沥青混合料开发与性能研究

摘要

随着我国交通事业和国民经济的不断发展，公路建设规模逐渐扩大，交通量迅速增加，车辆大型化和重载对沥青路面的质量提出了更高的要求，而且大跨径桥梁的正交异性面板由于其受力和变形较为复杂，对其铺装层的路用性能要求也较高，采用一般的重交沥青难以达到要求，越来越多的高等级路面和钢桥面铺装采用了聚合物改性沥青。常用的聚合物改性沥青采用沥青和热塑性树脂或橡胶进行共混，将改性剂分散形成颗粒状、丝状、网络状等形式以实现对基质沥青加劲和增韧，这些分散形式在荷载以及温度等作用下很容易引发破坏，本文采用热固性树脂一环氧树脂对沥青进行改性，以获得一种不可逆的化学交联的空间网络实现对沥青加劲，可以有效地抵抗外力和温度作用。 首先，本文依据热固性环氧树脂沥青的开发技术要求，分析了不同种类的环氧树脂特点，研究了路用性能、施工性能、储存稳定性等因素对固化剂选择的影响。采用化学改性法实现了环氧树脂体系柔性化，有效地防止在固化过程中由于收缩自应力的影响而发生开裂，并采用增容剂方法，可以有效地降低混和时候产生的相分，改善原材料之间的相容性。 研究了热固性环氧树脂沥青固化前体系的流变特性，分析了温度对粘度的影响，建立了粘度与温度的关系方程，提出了预测混和组分粘度的模型。建立固化进程的体系流变模型，并进行粘度增长预测，分析了促进剂的含量对体系粘度增长的影响，根据施工过程中的温度变化特点，提出了实际施工过程的体系粘度增长修正模型，建立了粘度技术指标。 其次，本文建立了热固性环氧树脂沥青的弹性力学方程，通过蠕变实验，研究了不同温度下热固性环氧树脂沥青的蠕变特性，并根据时温等效原理得到了粘弹性通用曲线，采用修正的广义Maxwell模型，建立了粘弹性方程，分析了粘弹性曲线的特征及材料的玻璃化转变温度。根据橡胶弹性原理，对其弹性性能及粘弹性能影响因素进行分析。此外，提出了玻璃化转变温度、拉伸强度和延伸率作为材料的力学性能指标。 第三，通过马歇尔、浸水马歇尔、劈裂、低温弯曲以及高温车辙、收缩系数试验研究了热固性环氧树脂沥青混合料的强度特征与抵抗荷载的变彤特征，并通过与石料的剪切粘附性试验，研究其混合料的强度机理。根据环氧树脂的固化动力学原理，建立了强度增长方程，并对强度增长影响因素进行分析。 第四，采用不同温度下的小梁弯曲蠕变试验，获得松弛模量通用曲线与曲线族。并根据广义Maxwell模型和修正的广义Maxwell模型，建立热固性环氧树脂沥青混合料的粘弹性方程，研究了热固性环氧树脂沥青混合料作为普通路面和钢桥面铺装层的温度应力。依据细观力学的理论，建立了热固性环氧树脂沥青玛蹄脂的粘弹性能预测方程。对于其混合料材料，采用随机分布模型形成骨料的空间分布，并采用ANSYS6.1进行不同骨料体分比与玛蹄脂的模量的计算，得到了基于玛蹄脂模量的混合料模量预测方程。 最后，本文根据热固性环氧树脂沥青混合料的使用范围，研究了疲劳试验参数，针对钢桥面铺装层的荷载作用时间进行分析。通过室内控制应力的小梁弯曲疲劳试验，建立了热固性环氧树脂沥青混合料的疲劳方程。此外建立了基于能量的疲劳损伤方程，并运用该方法对疲劳寿命进行了预测，结果表明预测效果较好，可以满足实际需要。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1热固性环氧树脂沥青及混合料研究的必要性

1.1.1沥青常用的聚合物改性剂

1.1.2常用聚合物改性沥青机理分析

1.1.3热固性树脂改性沥青

1.2国内外热固性环氧树脂沥青及混凝土研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章热固性环氧树脂沥青的开发与制备

2.1热固性环氧树脂沥青开发的技术要求

2.2环氧树脂的选择

2.3固化剂选择原则之一——路用性能

2.3.1官能团的影响

2.3.2化学结构的影响

2.3.3环氧树脂的柔化措施

2.3.4固化剂与增柔剂的用量

2.4固化剂选择原则之二——施工性能

2.5固化剂选择原则之三——储存稳定性

2.5.1体系相容性的条件

2.5.2增容措施与材料制备

本章小结

第三章热固性环氧树脂沥青的粘度体系

3.1固化前的体系流变特性

3.1.1单组分的粘度

3.1.2混和组分的粘度

3.1.3施工拌和与体系粘度

3.2固化进程的体系流动行为

3.2.1固化的凝胶态形成

3.2.2固化进程的流变模型

3.2.3粘度影响因素

3.2.4施工压实与固化进程的体系粘度

3.3粘度技术指标

本章小结

第四章热固性环氧树脂沥青的力学性能研究

4.1热固性环氧树脂沥青的弹性性能

4.1.1应力—应变试验方法

4.1.2弹性方程建立

4.2热固性环氧树脂沥青的粘弹性研究

4.2.1热固性环氧树脂沥青的蠕变曲线特征

4.2.2粘弹性方程的建立

4.2.3粘弹曲线特征

4.2.4玻璃化转变温度

4.3力学性能影响因素分析

4.3.1交联的影响

4.3.2沥青的影响

4.4力学性能指标

本章小结

第五章热固性环氧树脂沥青混合料强度特征及强度机理

5.1热固性环氧树脂沥青混合料的强度

5.1.1强度特征

5.1.2抵抗荷载变形特征

5.2热固性环氧树脂沥青混合料的强度机理

5.2.1热固性环氧树脂沥青与集料的粘附

5.2.2集料级配对强度的影响

5.3强度的时温依赖性

5.3.1强度时温增长的特征

5.3.2固化反应的动力学

5.3.3强度增长影响因素分析

5.3.4强度增长预测

本章小结

第六章热固性环氧树脂沥青混合料的粘弹性能研究

6.1热固性环氧树脂沥青混合料粘弹性能

6.1.1粘弹性试验

6.1.2蠕变特征

6.1.3蠕变方程

6.1.4粘弹特性分析

6.1.5温度应力研究

6.2粘弹性能的细观研究

6.2.1热固性环氧树脂沥青混合料细观研究尺度

6.2.2细观研究方法

6.2.3热固性环氧树脂沥青玛蹄脂力学性能细观研究

6.2.4热固性环氧树脂沥青混合料的粘弹性能细观研究

本章小结

第七章热固性环氧树脂沥青混合料动态特性与抗疲劳性能

7.1疲劳试验设计

7.1.1原材料及试件

7.1.2疲劳试验频率

7.2动态特性

7.3疲劳方程建立

7.3.1传统的疲劳方程

7.3.2基于能量的疲劳损伤方程

本章小结

第八章结语

8.1本文结论

8.2进一步研究设想

参考文献

附录

个人简介

致谢