多聚磷酸改性沥青微观结构及技术性能研究

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1、ResearchontheMicrostructureandTechnicalPerformanceofPolyphosphoricAcidModifiedAsphaltADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：ZhangMingmingSupervisor：Prof.HaoPeiwenChang’anUniversity,Xi’an,China摘要传统聚合物改性沥青通常是物理共混改性，普遍存在改性剂与基质沥青相容性差、热稳定性不足、加工工艺复杂等问题，这在一定程度上制约了改性沥青效能的发挥。多聚磷酸通过对沥青的化学改

2、性可明显改善其路用性能，且成本低廉、工艺简单，具有良好的应用前景。但目前多聚磷酸改性沥青在我国的工程应用还很少，对其材料设计、技术标准、机理分析和微观结构等缺乏系统深入的研究，在一定程度上限制了其推广应用。本文采用试验研究与理论分析相结合的方式，从不同角度对多聚磷酸改性沥青及其混合料的技术性能、改性机理和微观结构进行了深入研究。本文从基质沥青类型、多聚磷酸等级和剂量、复配聚合物类型和复配聚合物剂量等方面，研究了多聚磷酸改性沥青的技术性能。试验结果表明，多聚磷酸可以有效改善基质沥青的高温稳定性和抗老化性等，其合理掺量应在0.5%--1%。通过掺加SBS和SBR聚合物，可有效提高老化

3、后多聚磷酸改性沥青的低温抗裂性。采用红外光谱分析法研究了多聚磷酸改性沥青的化学改性机理。结果表明，随着-1多聚磷酸掺量的逐渐增大，红外谱图中800—1300cm附近谱带发生了大幅度迁移，生成了新的混合吸收峰。通过高斯和洛仑兹复合函数进行分峰拟合，并根据分峰数据结果分析新生成官能团的特征，发现沥青组成双酚A中的羟基-OH会与多聚磷酸发生反应，生成磷酸酯。通过热重试验定量测定了不同剂量下多聚磷酸改性沥青热分解参数；利用差示量热法测定温度变化时多聚磷酸对沥青的放(吸)热峰、热分解温度等的影响，结果表明多聚磷酸可以明显改善沥青的热稳定性；采用凝胶渗透色谱分析法测定了多聚磷酸改性沥青分子量

4、大小及分布，表明当加入多聚磷酸后，沥青的重均分子量、数均分子量和分散系数均有不同程度的提高，说明多聚磷酸可以有效改善沥青的高温稳定性。采用原子力显微镜定量观测了改性前后多聚磷酸改性沥青的分子结构变化，并通过自主开发的图像处理软件，研究了改性沥青特征参数的变化，建立了改性沥青的微观结构与使用性能之间的关系。结果表明：沥青质面积、胶质面积、分散介质面积、沥青质长度、沥青质个数和最大胶团半径等微观结构参数与多聚磷酸剂量及多聚磷酸改性沥青的技术性能之间均有较好的相关性。i选用不同级配类型（AC-13和AC-20）、不同聚合物类型（SBS和SBR）多聚磷酸改性沥青混合料进行配合比设计及路用

5、性能试验研究；采用统计方法分析了多聚磷酸、聚合物和级配等对混合料路用性能的影响。结果表明：掺加多聚磷酸对提高沥青混合料的高温稳定性有显著效果；对混合料的水稳定性无显著影响；沥青混合料的低温抗裂性能略微下降；而0.75%多聚磷酸复配3%SBS改性沥青混合料和0.75%多聚磷酸复配2.5%SBR改性沥青混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。关键词：多聚磷酸、多聚磷酸改性沥青、沥青混合料、化学改性机理、微观结构表征、路用性能iiAbstractThetraditionalpolymermodifiedasphaltisusuallyphysicalmodification,

6、hassomewidespreadproblemssuchaspoorcompatibilitybetweenmodifierandasphalt,insufficientthermalstoragestability,complexprocessingtechniqueetc.Themodifiedasphaltefficiencyisrestrictedinacertainextentbecauseoftheseproblems.Basedonthechemicalmodifiedontheasphalt,thepolyphosphoricacidsignificantlyi

7、mprovesitsroadperformance,hastheadvantagesoflowcostandsimpleprocessingtechnique,sothegoodpromisingapplicationcanbeexpected.However,thepolyphosphoricacidmodifiedasphaltisrarelyusedonengineeringinChina,becauseitislackofsystematicandin-depthstud