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环氧大豆油温拌再生沥青混合料性能研究

环氧大豆油温拌再生沥青混合料性能研究

作者：易柳重庆交通大学

学位级别：硕士

温拌再生技术是将温拌与再生相结合的新技术,一方面能克服传统热再生技术拌和温度高,易加速沥青老化,释放有害气体的缺点;另一方面可保证再生沥青混合料的路用性能,因此,该技术具有广泛的应用前景和经济效益。但是,目前温拌再生剂常用... 详细信息

温拌再生技术是将温拌与再生相结合的新技术,一方面能克服传统热再生技术拌和温度高,易加速沥青老化,释放有害气体的缺点;另一方面可保证再生沥青混合料的路用性能,因此,该技术具有广泛的应用前景和经济效益。但是,目前温拌再生剂常用的基础油为芳烃油,它存在易致癌、抗老化性能差等问题。基于此,本文选择了植物油中环保、性能稳定以及耐老化性较好的环氧大豆油(ESO)为基础油,通过对其改性制备了性能优良的温拌再生剂,实现了对老化沥青的温拌再生。本文首先根据物理指标对ESO温拌再生沥青的基本性能进行评价,研究表明环氧大豆油对老化沥青的延度和针入度具有良好的恢复效果,且降粘能力较好,故将其用做沥青温拌再生剂的基础油是切实可行的,但是再生沥青的高温性能较差。因此,针对该问题,本文分别利用三种改性剂(丁苯橡胶SBR、C9石油树脂和PE蜡)对ESO进行改性,进而制备三种温拌再生剂。通过基本物理指标、135℃粘度、RTFOT和TG试验来评价温拌再生剂的再生效果、温拌效果和热稳定性,进而优选温拌再生剂的配方。试验结果表明,对温拌再生沥青高温性能的改善效果:ESO/PE蜡>ESO/C9石油树脂>ESO/SBR,对温拌再生沥青的低温性能的改善效果:ESO/SBR>ESO/C9石油树脂>ESO/PE蜡,温拌效果:ESO/PE蜡>ESO/SBR>ESO/C9石油树脂,且三种温拌再生剂均具有较好的耐老化性和热稳定性,其中ESO/PE蜡最优。采用FT-IR试验研究三种温拌再生剂的复配机理,结果表明三种改性剂与ESO均没有化学反应,仅为物理共混。因此,本文选取PE蜡作为ESO的改性组分。其次,通过三大指标和粘温特性研究了ESO和改性组分PE蜡的掺量对沥青物理指标和降温效果的影响规律,以此确定温拌再生剂的最佳掺量,然后利用动态剪切流变仪和FT-IR来分析温拌再生沥青的流变性能和微观特性。试验结果表明,PE蜡的增加会使得温拌再生沥青的低温性能变差,而加入ESO可对温拌再生沥青的低温性能有改善作用。通过Saal粘温模型,发现温拌再生沥青的粘度和温度呈良好的双对数关系,同时利用响应值(20.17(6·)量化评价温拌再生沥青的温拌效果。流变试验结果表明,温拌再生剂对老化沥青的粘弹特性具有一定的恢复效果,温拌再生沥青与基质沥青相比,补充了弹性组分,高温性能明显提升,且不可恢复柔量满足重交通的要求。此外,结合FT-IR分析结果可知,本文自制的温拌再生剂的作用机理为:通过物理稀释低了老化沥青的粘度以及砜基和羰基官能团的强度,从而改变了老化沥青的粘弹组成,最终表现为温拌再生沥青的各项性能接近甚至优于基质沥青。最后,采用室内试验研究了不同RAP掺量对温拌再生沥青混合料(WRAM)性能的影响规律,并利用体积参数法确定了WRAM的拌合温度。结果表明,RAP料能显著提升WRAM的高温性能。当RAP掺量为30%时,WRAM的高温性能、低温性能和水稳定性能均优于普通SBS热拌沥青混合料。但是,当RAP掺量达到50%时,WRAM的低温性能和水稳定性能显著下降,但仍能满足规范要求,因此,本研究的WRAM的RAP掺量不宜超过50%。

关键词：温拌再生技术环氧大豆油 PE蜡温拌再生机理路用性能

光催化协同疏水耐污自清洁涂层制备及性能研究

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光催化协同疏水耐污自清洁涂层制备及性能研究

作者：黄铭轩重庆交通大学

学位级别：硕士

垃圾焚烧炉渣在水泥稳定碎石混合料中的应用研究

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垃圾焚烧炉渣在水泥稳定碎石混合料中的应用研究

作者：彭硕重庆交通大学

学位级别：硕士

道路声屏障用水性阻尼降噪材料的制备及性能研究

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道路声屏障用水性阻尼降噪材料的制备及性能研究

作者：吴兴驰重庆交通大学

学位级别：硕士

噪声污染被称为世界“三大污染”之一,随着城市道路建设与轨道交通的不断发展,交通沿线两侧居民长期暴露于交通噪声之中,这不仅影响人们的学习生活,更危害身体健康,所以亟需有效降低交通噪声的措施。作为一种常见的降噪设施,直立吸声型... 详细信息

噪声污染被称为世界“三大污染”之一,随着城市道路建设与轨道交通的不断发展,交通沿线两侧居民长期暴露于交通噪声之中,这不仅影响人们的学习生活,更危害身体健康,所以亟需有效降低交通噪声的措施。作为一种常见的降噪设施,直立吸声型声屏障凭借内部的吸声材料或隔声材料,可以吸收或隔绝大部分高频率噪声,但对于以中低频(0～2000HZ)为主的交通噪声,降噪性能不佳。阻尼材料可以凭借材料内部分子链的摩擦将声波传入的机械能转化为热能消散掉,材料的损耗因子越大,阻尼温域(损耗因子大于0.3的温度范围)越宽,阻尼性能越好。因此,为了提升声屏障对低频噪声的吸收、阻隔能力,制备了具有优良阻尼性能(最大损耗因子0.97,阻尼温域150℃)的水性聚氨酯/水性聚丙烯酸酯复合乳液(WPUA),以WPUA为基料制备水性阻尼涂料提升声屏障的中低频降噪性能。本研究可为降低城交通噪声提出一种思路。首先,本以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和分子量为2000的聚丙二醇(PPG)为主要原料,通过添加水性扩链剂双羟甲基丙酸(DMPA)引入亲水基团,通过小分子扩链剂1,4丁二醇(1,4-BDO)增大分子量,制备出水性聚氨酯乳液(WPU)。研究了交联剂三羟甲基丙烷(TMP)、硅氧偶联剂KH550、R值(-NCO/-OH)对WPU性能的影响,并将WPU与商用水性聚丙烯酸酯(WPA)共混,制备出水性聚氨酯/水性聚丙烯酸酯乳液(共混WPUA),研究共混比例、共混方式对共混WPUA乳液性能的影响。结果表明,交联剂、硅氧偶联剂、R值的增大可以提升WPU乳液胶膜的耐水性能但会降低稳定性。随着WPA掺量的增加,共混WPUA乳液胶膜的耐水性能和损耗因子提升,阻尼温域变窄且逐渐向高温方向移动,当质量比WPU:WPA=8:2时,共混乳液损耗因子最大为0.91,阻尼温域(损耗因子大于0.3的温度范围)为69.1℃,有效阻尼温度区间为46.8℃～115.9℃。当在聚氨酯合成过程中加入聚丙烯酸酯时,阻尼温域提升至95℃,但损耗因子明显降低。其次,将合成WPA的单体丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)溶胀在WPU分子结构中,引发丙烯酸酯单体聚合,形成具有互穿网络聚合物结构(IPN)的水性聚氨酯/水性聚丙烯酸酯乳液(IPN-WPUA)。探究PU/PA、交联度、分子侧链长度、氢键数量对IPN-WPUA乳液胶膜性能的影响。通过分子模拟计算WPU、WPA、IPN-WPUA的溶解度参数、结合能,判断两种树脂的相容性,计算各乳液的自由体积分数、氢键数量,从微观角度探究阻尼性能的变化。结果表明,WPU、WPA溶解度参数相近且具有吸附作用,表明两者具有良好的相容性,PU比例、交联度、氢键数量的增大会提升IPN-WPUA乳液胶膜的损耗因子,但过大的交联度和氢键数量反而会将损耗因子降低。分子链侧链长度可以影响分子链柔性、氢键数量和分子内自由体积的大小,合适的侧链长度可显著影响乳液胶膜的阻尼温域,当以丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸丁酯为PA单体时,合成的IPN-WPUA乳液拥有最宽的阻尼温域(100℃),最大损耗因子为0.72。与共混型WPUA乳液相比,IPN-WPUA乳液的阻尼温域显著拓宽,并在常温下有更高的损耗因子。最后,将商用WPA乳液与IPN-WPUA乳液共混,进一步提升损耗因子和力学性能,得到了阻尼温域为150℃(-50℃～100℃),损耗因子0.98的共混乳液。并以该乳液为基料、以云母粉、空心玻璃微珠、滑石粉为填料,通过添加合适的助剂调节性能,制备出水性阻尼涂料,将阻尼涂料涂敷在声屏障用聚酯纤维吸声材料上,制备成复合降噪材料。通过正交试验探究了填料配比对涂料阻尼性能的影响,并测试水性阻尼涂料、聚酯纤维吸声材料、复合降噪材料的吸声系数和隔声量,同时研究了涂料厚度与材料降噪性能的关系。研究表明填料的加入会降低损耗因子,同时使损耗因子峰值向低温方向移动;云母粉对涂料损耗因子的影响最大,滑石粉对涂料TA值(材料的损耗因子-温度曲线中,损耗因子在0.3以上部分的积分面积))和玻璃化转变温度的影响最大;厚度变化对材料吸声系数没有影响,但较厚的材料可以隔绝更多的声音。1cm厚的涂料有最佳的降噪效果,在中低频的吸声系数在0.25至0.35之间,隔声量在3d B至12.5d B之间。聚酯纤维吸声材料的吸声系数均在0.58附近,隔声量为1d B,复合降噪材料吸声系数最大可达0.62,最大隔声量可达23d B,表明制备的水性阻尼涂料可以有效提升声屏障的降噪性能。

关键词：道路声屏障阻尼降噪 IPN-水性聚氨酯/丙烯酸酯乳液损耗因子隔声量

基于分子模拟的木屑生物油与沥青混溶机理研究

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基于分子模拟的木屑生物油与沥青混溶机理研究

作者：李小宇重庆交通大学

学位级别：硕士

生物沥青作为一种环保型沥青材料,近年来在道路工程领域广泛受到关注,该技术是将液态生物油作为改性剂或添加剂与沥青进行混溶,从而改性或替代沥青。目前,生物油与沥青之间的相互作用机理尚不明晰,限制了生物沥青技术的进一步发展。本... 详细信息

生物沥青作为一种环保型沥青材料,近年来在道路工程领域广泛受到关注,该技术是将液态生物油作为改性剂或添加剂与沥青进行混溶,从而改性或替代沥青。目前,生物油与沥青之间的相互作用机理尚不明晰,限制了生物沥青技术的进一步发展。本文选取木屑作为研究对象,开展了生物油制备工艺、生物油平均分子模型以及生物油与沥青间相互作用机理的研究,对于完善生物油模型构建方法、阐释木屑生物油与沥青的混溶微观机理具有重要意义,能够为生物沥青在道路工程中的应用提供一定的理论基础。选取杨木木屑作为生物质原料,将木屑与反应溶剂按照一定比例投入反应釜中,在不同的试验条件下提取生物油与木屑残渣的混合物,通过减压旋转蒸馏对混合物进行处理,获取木屑生物油。以产油率为响应值,设计单因素和正交试验,研究工艺参数(反应溶剂类型、料液比、反应时间、反应温度、添加剂用量)对产油率的影响,获取生物油的最佳制备工艺。结果表明:当木屑与溶剂质量比为1:10、反应时间为100 min、反应温度为290℃、Na OH用量24%时可得最佳油产率为49.62%。采用C-NMR与XPS等微观手段对木屑生物油进行表征,根据表征数据计算生物油的结构参数,借助Chem Office软件绘制出木屑生物的平均分子结构模型;进一步利用Gaussian软件对模型进行构型与能量优化,并计算生物油分子模型的FITR和NMR谱图,通过与实验谱图进行对比,对模型进行优选,并验证模型的合理性。结果表明:木屑生物油整体的交联结构主要由苯、萘、醚键、亚甲基以及羧基构成,平均分子结构模型的分子式为CHO,经构型优化,模型总能量显著下降,分子构型达到稳定状态,计算谱图与实验谱图能够较好吻合。采用Material Studio分子模拟软件构建出基质沥青模型、生物油模型以及生物沥青模型,并对模型进行弛豫优化及合理性验证,寻找全局能量最低构象;对弛豫结构进行分子动力学模拟,以溶解度参数、相互作用能、自由体积分数、径向分布函数以及回转半径为指标,分析了木屑生物油与沥青间的相互作用机理。研究发现:生物油与沥青的溶解度参数较为接近,所以二者具有较好的相容性;生物油仅对沥青进行了物理改性,且会与沥青中的轻质组分产生物理吸附,但这种吸附并不会影响沥青分子的极性,也不会改变沥青的胶体结构;在生物沥青中,生物油分子附近自由体积分布较少,这种微观结构有助于提升生物沥青的稳定性;沥青与生物油同属无定形物质,生物油不会与沥青各组分产生明显聚集效应;生物沥青模型与基质沥青模型相比,各组分的回转半径相近,表明加入生物油后,沥青黏度并未发生明显改变。

关键词：道路工程生物油生物沥青分子模拟混溶机理