基于分子结构修复的SBS改性沥青再生剂的制备与性能研究

摘要

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(Styrene-Butadiene-Styrene, SBS)改性沥青会随着使用年限的增加而老化降解，路面会出现各种病害。当对其铣刨重修后，大批废旧沥青混合料(Reclaimedasphaltpavement,RAP)有待处理。应用沥青再生技术不仅可以对RAP材料中所包含的集料及沥青进行循环利用，大大降低工程成本，还可以减少环境污染。为了实现对RAP有效的再生利用，首先要探明SBS改性沥青的老化行为和老化机制。当前，探索SBS改性沥青老化机理大多是以沥青胶结料作为整体进行研究，或分别对基质沥青和纯净SBS聚合物进行研究，并未将SBS聚合物从沥青中分离出进行老化性能表征，从而消除基质沥青的影响。此外，对于老化SBS改性沥青，当前的再生剂仍只考虑对基质沥青的组分调和再生，而未对降解后的SBS聚合物进行修复，这使得再生沥青的性能得不到全面恢复，严重影响了再生沥青的使用性能。　　针对以上问题，本论文拟探索一种全新的提取方法将SBS改性沥青中的改性剂分离出，消除基质沥青的影响，直接揭示SBS改性剂的老化规律并建立改性剂和改性沥青老化规律之间的联系；研发一种可以修复SBS聚合物的再生剂，恢复老化SBS改性沥青中失效的聚合物网状结构，进而全方位恢复改性沥青的性能，主要研究结论如下：　　对SBS改性沥青进行室内模拟老化，通过测试沥青在不同老化程度下的物理、流变指标以及微观组成和结构，发现SBS聚合物在老化过程中的降解会影响老化后改性沥青的物理、流变性能；为了消除基质沥青的影响，基于SBS分离体系，研究发现长期热氧老化对聚丁二烯的降解最严重，紫外老化对SBS大分子降解的影响最为明显；同时提出甲基指数(MI)可以作为评价SBS改性剂老化程度的微观指标。　　基于SBS的老化机理及老化后的产物，本论文研发出了由环氧大豆油(Epoxidized soybean oil, ESO)和三苯基膦(Triphenyl phosphine, TPP)配制的可以修复SBS聚合物的反应型再生剂，通过物理、流变性能试验进行表征，结果表明SBS改性沥青的三大指标和流变指标都得到明显提升，并确定出再生最佳拌和时间为30分钟，三苯基膦的最佳掺量为1%。为了进一步提升再生SBS改性沥青的性能，采用芳烃油(Aromaticoil,AO)对反应型再生剂进行复配，确定出复配反应型再生剂的最佳复配比例为AO∶ESO(TPP)=50%∶50%。　　应用微观结构测试技术对沥青再生前后官能团及分子量的变化进行分析，红外光谱试验发现应用反应型再生剂再生的沥青中出现环氧基团与羟基发生聚合反应的产物(醚键吸收峰)，凝胶渗透色谱试验结果表明应用复配反应型再生剂再生的沥青中SBS大分子峰明显增大，进一步证实了反应型再生剂的再生修复能力和修复机理。

目录

第 1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 沥青再生技术优势

1.2.1 经济优势

1.2.2 环境优势

1.3 SBS 改性沥青及混合料老化及再生研究进展

1.3.1 SBS 改性沥青老化研究进展

1.3.2 沥青热再生机理

1.3.3 SBS 改性沥青及混合料热再生研究进展

1.4 SBS 改性沥青老化与再生研究中存在的问题与不足

1.5 本文的主要研究内容

第2章SBS聚合物及SBS改性沥青的老化机理

2.1 实验部分

2.1.1 试验原料与试验仪器

2.1.2 SBS 改性沥青制备

2.1.3 SBS 改性沥青实验室老化模拟方法

2.1.4 SBS 改性剂分离方法

2.1.5 SBS 及 SBS 改性沥青老化前后性能测试

2.1.6 SBS 改性沥青老化性能评价指标

2.2 结果与讨论

2.2.1 老化对 SBS 改性沥青物理性能的影响

2.2.2 老化对 SBS 改性沥青流变性能的影响

2.2.3 红外光谱分析

2.2.4 凝胶渗透色谱分析

2.2.5 相关性分析

2.3 本章小结

第 3 章 反应型再生剂的制备与性能研究

3.1 实验部分

3.1.1 试验原料与试验仪器

3.1.2 老化 SBS 改性沥青及 SBS 聚合物制备

3.1.3 再生 SBS 改性沥青制备

3.1.4 SBS 改性沥青物理及流变性能测试

3.1.5 红外光谱分析

3.2 结果与讨论

3.2.1 SBS 改性剂红外光谱分析

3.2.2 最佳拌和时间的确定

3.2.3最佳催化剂掺量的确定

3.2.4 红外光谱分析

3.2.5 反应型再生剂的反应机理

3.3 本章小结

第 4 章 复配反应型再生剂的制备与性能研究

4.1 实验部分

4.1.1试验原料与试验仪器

4.1.2 老化 SBS 改性沥青制备

4.1.3 再生 SBS 改性沥青制备

4.1.4 SBS 改性沥青物理及流变性能测试

4.1.5 凝胶渗透色谱分析

4.2 结果与讨论

4.2.1 再生 SBS 改性沥青物理性能测试

4.2.2 再生 SBS 改性沥青流变性能测试

4.2.3 凝胶渗透色谱分析

4.3 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A攻读学位期间所发表的学术论文

致谢