多聚磷酸及多聚磷酸_聚合物复合改性沥青的性能和机理分析

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1、分类号：U41410710-2010021007博士学位论文多聚磷酸及多聚磷酸/聚合物复合改性沥青的性能和机理分析董刚导师姓名职称郑南翔教授申请学位类别工学博士学科专业名称道路与铁道工程论文提交日期2018年4月24日论文答辩日期2018年6月4日学位授予单位长安大学PerformanceandMechanismofAsphaltModifiedwithPolyphosphoricAcidandPolyphosphoricAcid/PolymerADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：D

2、ongGangSupervisor：Prof.ZhengNanxiangChang’anUniversity,Xi’an,China摘要多聚磷酸作为一种沥青改性剂，因价格较低和改性工艺简单等优势，近几年在国内引起了一些学者的关注。目前在多聚磷酸改性沥青低温性能和水稳定性研究方面存在较大的争议，其对沥青的改性机理还有待进一步研究。本文采用微观分析和室内试验针对多聚磷酸改性沥青和多聚磷酸/聚合物复合改性沥青开展微观作用机理和技术性能的研究。制备不同掺量的多聚磷酸改性沥青和多聚磷酸/聚合物改性沥青，通过组分分析、傅里叶变换红外光谱分析、凝胶渗透色谱分析和热

3、重红外联用测试技术等方法研究多聚磷酸对沥青的作用机理。结果表明：多聚磷酸对沥青的组分有明显影响，促进了沥青中的胶质逐渐向沥青质转化；红外光谱分析显示沥青在多聚磷酸的强吸收峰处出现轻微吸收峰，且多聚磷酸导致沥青特征峰吸收强度出现明显变化，表明加入多聚磷酸使沥青出现了物理和化学双重改性作用，产生了化学交联反应，从而改善了沥青的高温稳定性；加入多聚磷酸提高了沥青的重均分子量、分子量分散程度及大分子量组分的含量；热红联用分析结果显示，多聚磷酸的加入，提高了沥青热分解过程的起止温度和最大反应量对应的峰值温度，增大了反应残余量等参数，表明多聚磷酸会与沥青中的小分

4、子反应，改变沥青的组成结构和化学性质，使沥青变得比较粘稠，改善其力学性能和热稳定性。借助荧光显微镜和原子力显微镜观测了不同多聚磷酸掺量下基质沥青、SBS改性沥青和SBR改性沥青在不同尺度上的形貌。荧光显微图像显示加入多聚磷酸可明显改善聚合物改性剂和基质沥青的相容性，从而改善了聚合物改性沥青的高温稳定性和存储稳定性。原子力显微镜图像分析结果显示沥青表面蜂形结构的结构尺寸和分布均匀性随多聚磷酸掺量变化出现复杂的变化过程，采用沥青中沥青质和蜡微晶体之间复杂的吸附和破坏作用解释了原子力显微镜的观测结果。采用三大指标、不同条件下的多重应力蠕变恢复试验、线性振幅

5、扫描试验和粘附功测试，研究了不同掺量的多聚磷酸改性沥青、多聚磷酸/SBS和多聚磷酸/SBR复合改性沥青的技术性能，发现多聚磷酸对沥青的高温性能和疲劳性能改善效果明显，对低温性能有不同程度的减弱，对SBS改性沥青和基质沥青的粘附性改善较明显，而对SBR改性沥青的粘附性无明显影响。综合分析多聚磷酸掺量对沥青性能的影响，认为不同种类沥青的多聚磷酸合理掺量均应为0.5%~1%之间。关键词：多聚磷酸改性沥青，线性振幅扫描，粘附功，微观分析，热红联用技术IAbstractPolyphosphoricAcid(PPA)asakindofasphaltmodifie

6、risattractingtheattentionofmanydomesticresearchersbecauseofitsadvantagessuchaslowcostandsimplemodificationprocess.Fornow,therearestillsomecontroversiesneededfurtherresearch,suchasthemodificationmechanismofPPAandhowPPAaffectsthelow-temperatureperformanceandthewaterstabilityofPPA

7、modifiedasphalt.InthispapersomeexperimentsandmicroanalysisarecarriedouttoresearchthemodificationmechanismandperformancesoftheasphaltseparatelymodifiedbydifferentcontentsofPPAandPPA-polymercompositemodifier.Theasphaltcompositionanalysis,FourierTransformInfraredSpectroscopy(FTIR)

8、,GelPermeationChromatography(GPC),Thermogravimetry-FTI