【摘要】：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性瀝青因其優(yōu)越的低溫抗裂性與高溫穩(wěn)定性已被廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)。然而,受熱、氧和紫外光等環(huán)境因素的影響,SBS改性瀝青會(huì)發(fā)生老化,導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)病害。通過銑刨后對(duì)路面進(jìn)行重鋪,由此會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊SBS改性瀝青混合料。這些廢舊料若得不到有效利用,不僅會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大的影響,而且會(huì)導(dǎo)致瀝青和石料等資源的極大浪費(fèi)。膠結(jié)料的老化是導(dǎo)致瀝青混合料性能的劣化主因,而SBS改性瀝青膠結(jié)料的老化則包括瀝青的脫氫、氧化等反應(yīng)引起的化學(xué)組分變化與聚合物改性劑降解引起的分子結(jié)構(gòu)破壞。目前老化SBS改性瀝青的再生主要是對(duì)瀝青基體的組分進(jìn)行還原,而對(duì)于改性劑分子結(jié)構(gòu)的恢復(fù)尚未有有效手段,以致老化SBS改性瀝青及其混合料性能難以得到很好的改善。因此,研究廢舊SBS改性瀝青混合料再生利用具有極其重要的意義。為全面恢復(fù)SBS改性瀝青及其混合料的性能,本文提出采用反應(yīng)性化合物對(duì)老化SBS分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建的研究思路。論文首先研究了熱、氧等老化條件下SBS分子結(jié)構(gòu)的變化,探討了SBS的老化機(jī)理;進(jìn)而研究了反應(yīng)性化合物1,4-丁二醇二縮水甘油醚(BUDGE)與4,4-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)對(duì)老化SBS分子結(jié)構(gòu)的重建作用,并進(jìn)行了機(jī)理分析;然后將瀝青組分還原劑(FCC油漿)與環(huán)氧類或/和異氰酸酯類化合物復(fù)合形成反應(yīng)再生體系(BUDGEs,MDIs與BUDGE-MDIs等),研究了反應(yīng)再生對(duì)老化SBS改性瀝青分子結(jié)構(gòu)、物理與流變性能的影響;最后評(píng)價(jià)了反應(yīng)再生SBS改性瀝青混合料的路用性能。主要結(jié)論如下:(1)紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)分析表明,SBS在老化過程中會(huì)發(fā)生氧化降解,形成-OH、C=O、-COOH等含氧基團(tuán)的降解產(chǎn)物。短期熱氧老化僅使SBS主鏈結(jié)構(gòu)中PB段發(fā)生斷鏈,不會(huì)對(duì)PS段結(jié)構(gòu)造成顯著影響,而隨著老化時(shí)間的延長,除PB段會(huì)繼續(xù)發(fā)生斷鏈外,PS段也會(huì)發(fā)生降解。凝膠滲透色譜(GPC)與熱分析(TGA)測(cè)試顯示熱老化會(huì)導(dǎo)致SBS分子量明顯減小,分子量分布變寬,熱穩(wěn)定性大大降低。(2)FTIR分析表明,BUDGE能與老化SBS發(fā)生反應(yīng),形成具有醚基與酯基結(jié)構(gòu)的反應(yīng)產(chǎn)物,而MDI則能與老化SBS發(fā)生反應(yīng),生成具有酰胺結(jié)構(gòu)的反應(yīng)產(chǎn)物。GPC測(cè)試表明,BUDGE或MDI與老化SBS反應(yīng)生成的產(chǎn)物分子量均得到了較為明顯的提高,分子量分布變窄,說明了BUDGE與MDI均能將具有反應(yīng)活性的SBS老化產(chǎn)物連接起來,一定程度上使老化SBS的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建。(3)物理與流變性能測(cè)試表明,環(huán)氧反應(yīng)再生體系(BUDGEs)可有效改善老化SBS改性瀝青的低溫延展性、柔韌性和耐疲勞性,但對(duì)其高溫穩(wěn)定性有較明顯的降低,而異氰酸酯反應(yīng)再生體系(MDIs)則有利于改善老化SBS改性瀝青的高溫穩(wěn)定性,但對(duì)低溫延展性、柔韌性與耐疲勞性的改善效果不明顯。BUDGE-MDIs復(fù)合再生體系不僅可顯著改善老化SBS改性瀝青的低溫延展性、柔韌性和耐疲勞性,又能較好地恢復(fù)其高溫穩(wěn)定性。(4)二次老化SBS改性瀝青反應(yīng)再生試驗(yàn)表明,BUDGE-MDIs對(duì)二次老化SBS改性瀝青的再生效果有所減弱,但仍能對(duì)其低溫延展性、柔韌性、抗疲勞性和高溫抗變形性有較好的改善效果。采用BUDGE-MDIs對(duì)二次老化SBS改性瀝青再生后,再生SBS改性瀝青彈性模量處于較低水平,彈塑性轉(zhuǎn)變速度明顯減緩,當(dāng)拉伸應(yīng)變超過彈塑性轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí),其逐漸向粘性形變轉(zhuǎn)變。(5)再生SBS改性瀝青混合料路用性能測(cè)試表明,BUDGEs和BUDGE-MDIs均能顯著改善老化SBS改性瀝青混合料的抗水損害性,且再生SBS改性瀝青混合料經(jīng)過二次水損害試驗(yàn)后仍具較好的抵抗荷載與抗水破壞的能力,尤其是BUDGE-MDIs再生體系能較好地改善老化SBS改性瀝青混合料的低溫抗裂性,并保持較高的高溫穩(wěn)定性。(6)再生SBS改性瀝青混合料斷面形貌觀察表明,BUDGEs與BUDGE-MDIs均能提高老化SBS改性瀝青膠結(jié)料與集料之間的低溫粘結(jié)力,有效降低混合料在低溫?cái)嗔褧r(shí)發(fā)生大面積膠結(jié)料脫落式的破壞。
【圖文】：

粘結(jié)性和柔韌性，將其與集料拌、低噪音等優(yōu)點(diǎn)的柔性路面，因路的建設(shè)[1-3]。截至 2016 年底，面占 90%以上[4]。早期國內(nèi)外外光、熱、氧氣、雨水等）的作、車輛大型化、嚴(yán)重超載等現(xiàn)象裂縫和剝落等病害，，瀝青路面的了延長瀝青路面的使用年限，筑路面。SBS 是一種由丁二烯性共聚物，分為線型結(jié)構(gòu)與星型分子結(jié)構(gòu)中的聚苯乙烯硬段（P聯(lián)點(diǎn)（圖 1-2），使 SBS 表現(xiàn)出橡，將其用于瀝青改性，可顯著改因此 SBS 改性瀝青已被廣泛應(yīng)用

圖 1-2 SBS 的物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)Figure 1-2 Physical crosslinking structure of SBS SBS 能夠顯著改善基質(zhì)瀝青的高低溫性能，但是隨著服役時(shí)BS 與瀝青基體一樣也會(huì)受到外界環(huán)境的影響而發(fā)生自然老化瀝青鋪筑的路面路用性能劣化，以致在一定使用年限后，需的路面進(jìn)行維修或重筑來恢復(fù)路面的服役性能，由此會(huì)產(chǎn)生性瀝青混合料。近些年來，隨著 SBS 改性瀝青在公路建設(shè)中
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U414

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2628724