碎石封层结合料的制备及关键性能研究

作     者：梁鹏 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：范维玉

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：碎石封层 PPA/SBR复合改性沥青 动态力学性能 黏韧性 脱石率 

摘      要：本文针对碎石封层常用的SBR改性沥青结合料高温性能和黏韧性能不足的特点,通过添加多聚磷酸(PPA)制备PPA/SBR复合改性沥青对其进行进一步的改性以全面提高其使用性能,同时利用聚合物改性沥青常规指标试验、黏韧性试验、动态剪切流变仪(DSR)、弯曲量流变仪(BBR)和荧光显微镜对沥青结合料的常规性能、黏韧性和韧性、动态力学性能、低温抗开裂性能、相容性和微观结构进行了系统的研究。运用vialit试验分析了碎石封层的脱石率,同时通过线性关联分析和灰色关联分析的方法对沥青结合料性能与碎石封层脱石率之间的相关性进行了研究。PPA/SBR复合改性沥青结合料的常规性能和黏韧性的研究结果表明:纯SBR能够显著的提升沥青低温延展性,掺量为3 wt%时SBR改性沥青的5℃延度即达到150 cm,但对软化点、黏韧性和韧性的提升不大。随着PPA掺量的增加,沥青结合料的软化点、温度敏感性、黏韧性、韧性、拉力峰值等指标均显著增加,表明了PPA能全面提高SBR改性沥青的高低温性能及黏韧性能。PPA/SBR复合改性沥青结合料的动态力学性能、低温劲度、相容性和微观结构的研究结果表明:PPA的加入使得沥青结合料的储存模量G′、损失模量G″、车辙因子G*/sinδ、Failure Temperature、弹性恢复率R%均大幅提高,不可恢复蠕变柔量Jnr则明显降低,表明沥青结合料的弹性性能和高温抗车辙能力因而得到显著的改善。随着PPA掺量从0wt%增加至2.0 wt%,沥青结合料的低温劲度先降低后升高,而m值则恰好与之相反。说明了SBR改性沥青的低温抗裂性能随着PPA掺量增加先升高后降低。Cole-Cole图和荧光显微的分析结果表明了PPA的加入显著降低了体系中SBR的颗粒尺寸,使其在沥青中分散的更为均匀,SBR改性沥青的相容性随之改善,当PPA掺量为1.5 wt%时,改性沥青结合料的相容性最佳。此外,对比两种不同基质沥青的改性效果表明:相对更高的沥青质含量有利于PPA改性效果的发挥。vialit试验结果表明SBR在一定程度上提高了沥青与集料之间的粘结强度,但脱石现象依然比较严重;随着PPA掺量的增加,以PPA/SBR改性沥青为结合料的碎石封层样品的脱石率显著降低,表明PPA的加入对SBR改性沥青结合料和集料之间的粘附性能有显著的提升作用。从关联分析的结果来看,沥青结合料的黏韧性能和高温性能与碎石封层脱石率有着较好的相关性,沥青结合料的针入度越低,不可恢复蠕变柔量、软化点、黏韧性越大,则碎石封层的脱石率越低;而沥青的低温性能与脱石率之间关联性较差,没有明显的规律性。