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超薄磨耗层在得到广泛应用的同时也因服役环境、交通荷载等因素凸显出层间粘结性不足的问题。本文利用C9石油树脂及SBR对基质沥青改性而制备高粘乳化沥青,将其作为粘层材料应用于超薄磨耗层层间,并研究其性能。论文主要工作及结论如下:
首先,从宏观角度分别对改性乳化沥青的储存稳定性、粘滞性及蒸发残留物的弹性恢复、软化点、针入度、延度等指标进行试验,结果表明,蒸发残留物含量与C9石油树脂掺量的关系不明显;当树脂掺量增加时,乳化沥青的储存稳定性降低,弹性恢复率减小,恩格拉粘度增大;通过DSR试验的温度扫描模式和频率扫描模式分析C9石油树脂掺量对体系蒸发残留物粘弹性的影响,结果表明C9石油树脂和SBR复合改性能改善体系的高温性能及弹性性质;采用BBR试验分析了树脂掺量及改性剂对体系低温性能的影响,单一添加树脂的用量越多,低温性能越差,而SBR的加入能改善其低温性能。
其次,在微观方面采用粒径分析仪对C9石油树脂/SBR改性乳化沥青颗粒粒径进行测试,结果表明体系的稳定性较好;从DSC测试体系的玻璃化温度结果看出,树脂掺量对体系低温性能的影响规律与BBR试验相似。结合红外光谱及荧光显微镜图像分析推测SBR与C9石油树脂之间可能有网络交联作用,在树脂掺量为8%时,趋于饱和状态。
随后,以层间接触理论、摩尔-库伦定律、粘弹性理论、表面自由能理论分析了超薄磨耗层层间强度组成以及层间破坏表现形式,并总结了影响层间强度的因素。
然后,以拉拔试验、斜剪试验作为层间强度的研究手段进行试验,结果表明,粘层材料存在一个最佳用量使得层间强度最大,而层间强度随温度升高而降低;C9石油树脂/SBR改性乳化沥青在层间形成的强度优于SBR乳化沥青;在组合结构中的强度关系为:SMA-13/超薄磨耗层>AC-13/超薄磨耗层。结合环境特点,引入湿度、加载角度、加载速率以及原路面磨耗程度等因素进行斜剪试验。结果表明,C9石油树脂/SBR复合改性乳化沥青的抗剪强度随浸水时间的延长而增大,且在温、湿度共同作用下层间强度降低更快;加载角度的增加会导致层间抗剪强度的降低;增大加载速率使得层间抗剪强度增大;在粘层材料相同用量下,原路面磨耗程度越大则层间抗剪强度越低。
最后,通过疲劳试验结果表明,层间疲劳寿命随应力比的增加而降低,C9石油树脂/SBR复合改性乳化沥青的疲劳寿命优于SBR乳化沥青和基质乳化沥青。由对数疲劳寿命与应力比回归关系可知,C9石油树脂/SBR复合改性乳化沥青对外加荷载的变化最不敏感,不洒布粘层材料对外加荷载的变化最敏感。组合结构中AC-13对外加荷载变化的敏感程度大于SMA-13。
首先,从宏观角度分别对改性乳化沥青的储存稳定性、粘滞性及蒸发残留物的弹性恢复、软化点、针入度、延度等指标进行试验,结果表明,蒸发残留物含量与C9石油树脂掺量的关系不明显;当树脂掺量增加时,乳化沥青的储存稳定性降低,弹性恢复率减小,恩格拉粘度增大;通过DSR试验的温度扫描模式和频率扫描模式分析C9石油树脂掺量对体系蒸发残留物粘弹性的影响,结果表明C9石油树脂和SBR复合改性能改善体系的高温性能及弹性性质;采用BBR试验分析了树脂掺量及改性剂对体系低温性能的影响,单一添加树脂的用量越多,低温性能越差,而SBR的加入能改善其低温性能。
其次,在微观方面采用粒径分析仪对C9石油树脂/SBR改性乳化沥青颗粒粒径进行测试,结果表明体系的稳定性较好;从DSC测试体系的玻璃化温度结果看出,树脂掺量对体系低温性能的影响规律与BBR试验相似。结合红外光谱及荧光显微镜图像分析推测SBR与C9石油树脂之间可能有网络交联作用,在树脂掺量为8%时,趋于饱和状态。
随后,以层间接触理论、摩尔-库伦定律、粘弹性理论、表面自由能理论分析了超薄磨耗层层间强度组成以及层间破坏表现形式,并总结了影响层间强度的因素。
然后,以拉拔试验、斜剪试验作为层间强度的研究手段进行试验,结果表明,粘层材料存在一个最佳用量使得层间强度最大,而层间强度随温度升高而降低;C9石油树脂/SBR改性乳化沥青在层间形成的强度优于SBR乳化沥青;在组合结构中的强度关系为:SMA-13/超薄磨耗层>AC-13/超薄磨耗层。结合环境特点,引入湿度、加载角度、加载速率以及原路面磨耗程度等因素进行斜剪试验。结果表明,C9石油树脂/SBR复合改性乳化沥青的抗剪强度随浸水时间的延长而增大,且在温、湿度共同作用下层间强度降低更快;加载角度的增加会导致层间抗剪强度的降低;增大加载速率使得层间抗剪强度增大;在粘层材料相同用量下,原路面磨耗程度越大则层间抗剪强度越低。
最后,通过疲劳试验结果表明,层间疲劳寿命随应力比的增加而降低,C9石油树脂/SBR复合改性乳化沥青的疲劳寿命优于SBR乳化沥青和基质乳化沥青。由对数疲劳寿命与应力比回归关系可知,C9石油树脂/SBR复合改性乳化沥青对外加荷载的变化最不敏感,不洒布粘层材料对外加荷载的变化最敏感。组合结构中AC-13对外加荷载变化的敏感程度大于SMA-13。