不同嵌段比的SBS改性沥青流变性能研究

论文摘要

交通流量日益增长、车速不断提升、车辆日益大型化、重载超载的比例不断增加以及交通渠化,对高等级公路主要路面形式——沥青路面提出了更高的要求,如安全、舒适、耐久等,这就需要提高沥青的路用性能。而我国大部分原油属于石蜡基原油,含蜡量比较高,芳香度比较低,沥青质比较低,国产基质沥青已经不能满足沥青路面的建设要求,所以促成了在沥青或沥青混合料中添加各种添加剂对沥青或沥青混合料进行改性研究的发展。对于目前越来越广泛使用的沥青路面,如何加强和改善沥青路面的使用品质,延长路面的使用寿命和提高投资效益是各国道路工作者所面临的重要课题。本文首先对动态剪切流变仪的试验平行板进行了分析,借助于动态频率扫描试验,研究了温度对于不同平行板进行试验时所得结果的影响,采用不同的平行板在一定的温度范围内对沥青试样进行试验,对频率模量主曲线进行拟合并通过WLF公式来计算沥青的基准温度值,从而确定在不同温度条件下动态剪切流变仪不同尺寸平行板的选择,为进一步的试验研究做准备。然后在实验室采用具有不同嵌段比S/B值的聚合物改性剂制备了特种SBS改性沥青。通过对特种聚合物改性沥青进行试验研究,分析了改性沥青中S链段和B链段各自的作用,由此得出建议,低速行车区采用低S/B制备的SBS改性沥青有更好的路用性能,高速行车区采用高S/B制备的SBS改性沥青显示出更优越的性能。对不同嵌段比S/B的SBS改性剂制备的改性沥青的复数模量、相位角和粘度进行了研究。基于实验室制备的不同嵌段比S/B的改性沥青的特点,在实际生产中制备出了具有高、低嵌段比S/B的特种聚合物改性沥青即高模量、高弹性改性沥青,并已申请专利。通过CAM模型对不同的SBS改性沥青进行拟合,获得的流变参数对改性剂改善基质沥青感温性进行了研究,分析不同嵌段比S/B对改性沥青流变性能的变化影响。从流变学的角度出发,通过不同加载模式下得到的ZSV,阐述了不同流变模型拟合的相关性以及对不同类型沥青的适用范围,结合不同嵌段比S/B的改性沥青在不同加载模式下拟合的零剪切粘度进行了评价。基于对Burgers流变模型的研究,分析了基于重复蠕变试验拟合的Gv指标在评价沥青高温性能的合理性和缺陷所在,并通过对Burgers流变模型的改进,在Gv指标的基础上提出了Gv(t)指标用以评价沥青性能。改进了流变模型对于沥青胶结料应力应变响应的本构关系的描述,提出了包含延迟弹性在内的新指标来评价改性沥青。采用累计耗散能量比对改性沥青的疲劳性能进行了对比,评价了不同嵌段比S/B对改性沥青疲劳性能的影响。从工程实际应用的角度考虑,提出了针对特种SBS改性沥青的工程指标,以便于在实际应用中能够简易地检测出其性能特点。最后在工程实际中采用具有不同嵌段比S/B的高模量、高弹性改性沥青应用于不同场合,与常用的普通SBS改性沥青进行对比,实践验证了其在工程实际中的应用效果。通过室内试验和试验段的跟踪检测,将三种改性沥青进行了实际工程效果的对比,说明在不同类型的沥青路面上有针对性地选用具有不同嵌段比S/B的SBS改性沥青具有很好的效果。本论文从对不同S/B的SBS改性剂研究出发,基于试验基础和工程检验来进一步评价改性效果,为实际生产选择提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 关于聚合物改性沥青的研究
• 1.2.2 关于沥青流变性能评价指标的研究
• 1.3 主要的研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 基于时温等效原理确定DSR的试验条件
• 2.1 动态剪切流变试验原理
• 2.2 试验方案
• 2.3 试验数据分析与处理
• 2.4 时温等效原理的应用
• 2.5 拟合模量主曲线
• S'>2.6 采用WLF公式计算基准温度T_S
• 2.7 本章小结
• 第3章 不同嵌段比SBS改性沥青制备与评价
• 3.1 SBS聚合物的性能特点
• 3.2 SBS改性沥青的加工流程
• 3.2.1 原材料的选择
• 3.2.2 SBS改性沥青的加工工艺
• 3.3 不同嵌段比改性沥青的模量、相位角、粘度与频率关系
• 3.4 不同嵌段比改性沥青的应力应变响应
• 3.5 本章小结
• 第4章 不同嵌段比SBS改性沥青的性能分析
• 4.1 基于拟合动态模量主曲线的研究
• 4.1.1 CAM模型的参数评价
• 4.1.2 动态模量主曲线拟合结果及分析
• 4.2 基于累计耗散能量比的评价
• 4.2.1 累计耗散能量的理论基础
• 4.2.2 试验结果及分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 改性沥青的指标评价与改进
• */sinδ用于评价改性沥青高温性能的不足'>5.1 G^*/sinδ用于评价改性沥青高温性能的不足
• 5.1.1 基础理论的缺陷
• 5.1.2 加载方式的不足
• 5.2 基于不同加载模式的零剪切粘度的研究
• 5.2.1 ZSV的试验方法评价
• 5.2.2 试验方案
• 5.2.3 动态频率扫描试验及分析
• 5.2.4 静态单循环蠕变恢复试验与分析
• v指标的研究'>5.3 基于重复蠕变试验的G_v指标的研究
• 5.3.1 试验方案
• v值的拟合'>5.3.2 G_v值的拟合
• v指标的分析'>5.3.3 G_v指标的分析
• v指标的改进'>5.3.4 G_v指标的改进
• 5.4 工程上的应用指标
• 5.5 本章小结
• 第6章 不同嵌段比改性沥青的工程应用研究
• 6.1 高模量改性沥青的工程应用研究
• 6.1.1 工程上提高抗车辙能力的常用方法
• 6.1.2 试验方案
• 6.1.3 车辙试验
• 6.1.4 间接拉伸试验
• 6.1.5 试验段跟踪检测
• 6.2 高弹改性沥青的工程应用研究
• 6.2.1 工程上防治反射裂缝的常用方法
• 6.2.2 试验方案
• 6.2.3 室内疲劳试验
• 6.2.4 试验段跟踪检测
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历