基于量子化学方法的树脂生物沥青固化机理及性能研究.pdf

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1、硕士学位论文基于量子化学方法的树脂生物沥青固化机理及性能研究STUDYONCURINGMECHANISMANDPROPERTIESOFRESINBIOASPHALTBASEDONQUANTUMCHEMICALMETHOD诸一鸣哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：U416.217学校代码：10213国际图书分类号：625.8密级：公开工学硕士学位论文基于量子化学方法的树脂生物沥青固化机理及性能研究硕士研究生：诸一鸣导师：冯德成教授申请学位：工学硕士学科：交通运输工程所在单位：交通科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U

2、416.217SchoolCode:10213U.D.C:625.8SecurityClassification:PublicDissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONCURINGMECHANISMANDPROPERTIESOFRESINBIOASPHALTBASEDONQUANTUMCHEMICALMETHODCandidate：ZhuYimingSupervisor：Prof.FengDechengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Transpor

3、tationEngineeringAffiliation：SchoolofTransportationScienceandEngineeringDateofDefence：June，2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要环氧树脂沥青作为一种新型的道路建筑材料，由于其优良的使用性能，近年来在桥面铺装、机场道面维修等领域得到越来越多的重视。作为典型的复合型材料，环氧树脂和沥青如何能更好的相容且发挥各自的优势，一直是国内外科研人员关注的重点。此外，作为造价相对昂贵的筑路材料

4、，如何降低环氧树脂沥青的成本，响应国家构建绿色和可持续交通的号召，是进一步推动树脂沥青更广泛应用的关键。基于如上研究背景，采用量子化学的方法对树脂生物沥青的固化过程进行研究，并采用试验手段对树脂生物沥青的制备工艺及其路用性能进行研究。这些成果有助于更好的指导设计与制备树脂生物沥青材料，为树脂生物沥青逐步产业化奠定了很好的技术基础。首先，采用量子化学模拟解释了固化反应的机理。根据各原材料的已有资料和红外光谱确定其分子结构，然后在MaterialsStudio程序中的Dmol3模块中构建各个分子的模型并进行构型优化，接下来对基于单步法和两步法的两种反应方法分别进行了优化搜索过渡态，得到了

5、反应中自由能的变化，对比自由能的大小从而确定了两步法为最合适的反应方法。最后通过三维图像解释了反应中电子的转移过程以及化学键断裂与形成的过程，从而解释了两步法固化反应的机理。其次，采用单步法和两步法来探索树脂生物沥青的制备工艺并对分子模拟进行验证。验证结果表明，基于两步法的制备工艺确实能得到预期的产品。此外，还从红外光谱图的角度验证了模拟的正确性。再通过大量试验探究了反应温度、反应时间等对产品产率的影响，最后确定了树脂生物沥青配方中各类原料的掺量并给出了适合不同条件下的制备温度和时间。然后，根据前述制备工艺制备不同的配比的树脂生物沥青并进行性能测试。采用动态剪切流变试验和弯曲梁流变试

6、验着重探究了该材料3种不同配方的车辙因子、相位角和低温蠕变劲度等性能指标，并确定了最适宜的配方。测试结果表明在最适宜配方下的树脂生物沥青相较于石油沥青有着优异的高温抗变形性能、较低的温度敏感性和极好的低温抗裂性。最后，选用90#基质沥青、SBS改性沥青和最优配方的树脂生物沥青成型混合料进行性能研究。主要进行了动态模量试验、蠕变试验和低温状态下的半圆弯曲试验用于探究3类沥青混合料的动态模量主曲线、相位角、蠕变时间、断裂能、断裂韧度以及刚度等性能指标。从不同频率、不同温度等各个条件下证明了相对于普通石油沥青混合料，自主研发的树脂生物沥青混合料具有优异的低温抗裂性-I-哈尔滨工业大学工学硕

7、士学位论文能、中温抗疲劳性能和高温抗变形性能。关键词：树脂生物沥青；量子化学方法；固化机理；沥青混合料；路用性能-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsanewtypeofroadbuildingmaterial,epoxyresinasphalthasreceivedmoreandmoreattentioninrecentyearsinthefieldsofbridgedeckpavementandairportpavementmain