基于AFM的多聚磷酸改性沥青改性机理及老化前后微观性能研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100247硕士学位论文（学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：道路与铁道工程论文题目：基于AFM的多聚磷酸改性沥青改性机理及老化前后微观性能研究英文题目：StudyonModificationmecha-nismandmicro-propertiesofpoly-phosphoricAcidmodifiedasphaltconsideringagingperformanceBasedonAFM学生姓名：任敏达导师姓名：王岚教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要随着我国公路建设事业的发展，沥青路面材料性能研究不

2、断深入。沥青的性能是关系到沥青路面使用性能及寿命的关键因素，因此对沥青材料进行深入研究十分必要。多聚磷酸是一种经济的改性剂且经其改性的沥青具有良好的技术性能和储存稳定性，因而具有较好的发展前景。但目前对其改性机制的研究还有待深入。近年来，国内外学者对沥青性能的研究多集中在宏观层面，如流变特性、粘弹特性、粘结特性等，而对沥青的微观性能研究相对较少。本文通过四组分试验（SARA）、红外光谱试验(IR)及原子力显微镜(AFM)试验研究发现，多聚磷酸（PPA）对沥青的改性为化学改性。通过对由AFM得到的基质沥青与PPA改性沥青的形貌与相位图分析发现，掺入PPA后相位图中连续相（par

3、a-phase）面积明显减小，分散相（peri-phase）面积明显增加，且蜜蜂结构（catana-phase）谷地尺寸变大，说明掺入PPA后沥青中沥青质含量将会增多而低温抗裂性将有所减弱。通过沥青试样的AFM形貌图发现，SBS改性沥青、PPA改性沥青以及PPA-SBS复合改性沥青的蜜蜂结构数量均明显多于基质沥青，其中PPA改性沥青表现出蜜蜂结构体积增大的特性，而SBS改性沥青则表现出小型蜜蜂结构数量增多的特性，而PPA复合改性沥青则同时表现出上述两种不同特性。在经过薄膜老化试验（TFOT）后，基质沥青与SBS改性沥青表面变化较为明显，峰区尺寸明显增加且更为密集，而PPA改性

4、沥青与PPA复合改性沥青则变化不大，说明PPA改性沥青及其复合改性沥青抗老化性能优于SBS改性沥青与基质沥青。在经过压力老化（PAV）后，四种沥青的蜜蜂结构均明显减少，沥青表面起伏明显减少，而PPA复合改性沥青的蜜蜂结构依旧为最多，说明经过PAV老化后，沥青由多相结构向简单相态结构过渡，相态差异逐渐减小。通过计算老化前后各沥青的粗糙度参数：均方根粗糙度（Rq）与峰密度（Sds）发现，SBS改性沥青的Rq稍大于PPA复合改性沥青，大于PPA改性沥青与基质沥青。说明SBS改性沥青与PPA复合改性沥青的表面更为粗糙，自愈合性能较好。经过TFOT老化后，四种沥青的Rq均有所增大，其中

5、基质沥青与SBS改性沥青的增幅较大，而PPA改性沥青与PPA复合改性沥青的增幅较小，说明PPA及PPA复合改性沥青的抗老化性能优于SBS改性沥青与基质沥青。经过PAV老化后，四种沥青的Rq均大幅减小，其中基质沥青与SBS改性沥青的减幅较大，而PPA改性沥青与PPA复III内蒙古工业大学硕士学位论文合改性沥青的减幅较小。通过比较各沥青的Sds发现，基质沥青的Sds最大，SBS改性沥青次之，PPA复合改性沥青最小，说明PPA复合改性沥青的表面更为均匀，有更好的抵抗变形能力。经过TFOT与PAV老化后，四种沥青的Sds均有所减小，PPA改性沥青与PPA复合改性沥青减幅较小，基质沥青

6、与SBS改性沥青减幅较大，说明PPA改性沥青与PPA复合改性沥青在抵抗变形和抗老化能力上更为突出。通过对比各沥青试样的AFM力-曲线发现，在经过TFOT与PAV老化后，四种沥青的粘附力曲线上各点数值都明显减小，并结合老化前数据发现，PPA复合改性沥青的最大分离力始终最大，PPA改性沥青的最大分离力始终大于SBS改性沥青与基质沥青，说明无论老化前后，PPA复合改性沥青粘附特性均优于PPA改性沥青、SBS改性沥青及基质沥青。另外，根据图像及相关模型计算得到粘附力，杨氏模量，接触刚度及表面能。结果表明，PPA复合改性沥青的抗变形能力稍弱于PPA改性沥青而优于SBS改性沥青与基质沥青

7、；PPA复合改性沥青的粘附特性优于其它三种沥青；而SBS改性沥青在抗变形能力与粘附特性方面均优于基质沥青。综上所述，通过AFM的微观分析，PPA复合改性沥青在自愈合与抗变形能力方面均表现出较好的特性；在粘附性能及相关方面的抗老化性能均表现出优于其它三种沥青的特性，并且可改善PPA单独改性沥青的低温性能较差及SBS单独改性沥青抗变形能力不足的缺陷，具有一定的复合改性意义。关键词：多聚磷酸改性沥青；原子力显微镜；微观结构；微观力学性能；IV内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWiththedevelo