丁苯橡胶改性乳化沥青及其与纳米SiO_2复合改性乳化沥青研究

【摘要】：近年来,随着车流量与重载车辆的迅速增加,对路面的磨耗和损害等较以前大大加剧,导致公路在使用年限内较早出现病害。因此,公路主管部门的当务之急是提高路况质量和减少路面病害,而在公路修筑与修补方面具有很大优势的改性乳化沥青便成为了首选材料。本课题选取丁苯橡胶(SBR)胶乳和纳米SiO2作为改性剂,通过大量实验成功地研制了SBR改性乳化沥青和性能优异的纳米SiO2/SBR复合改性乳化沥青,并对其制备工艺、改性机理及相关主要性能进行了初步研究。 首先,采用液体阳离子(慢裂快凝型)与非离子乳化剂按质量比7∶3配制复合乳化剂,通过适当的乳化工艺,制备了SBR改性乳化沥青。考察了改性剂对乳化沥青蒸发残留物三大性能指标的影响,发现SBR的加入可明显提高其软化点和4℃时的延度,但也使其25℃针入度有所下降。借助显微镜,观察了SBR在沥青中的分散状态,并探讨了SBR对沥青的改性机理。 其次,为了增加纳米SiO2在沥青中的相容性与分散性,充分发挥其优异的性能,本文采用自制的偶联剂对其表面进行了化学改性,并对其改性效果进行了表征。FT-IR、TG的检测结果表明偶联剂成功对纳米SiO2进行了表面改性;TEM表征发现自制偶联剂可以改善纳米SiO2在水中的分散性,且在其用量为纳米SiO2的1%时分散效果较好;XRD分析说明表面改性对纳米SiO2的晶型、晶体结构影响不大,同时紫外-可见分析表明,纳米SiO2在表面改性前后其紫外-可见吸收光谱也变化不大。 再次,制备了纳米SiO2/SBR复合改性乳化沥青,分析了复合改性机理,并对其蒸发残留物的有关性能进行了研究。结果表明,复合改性对沥青4℃时的延度有非常显著的改善作用,仅用0.25‰纳米SiO2+1%SBR、0.5%SBR+0.5‰纳米SiO2少量两组分复合改性后就可使其延度150;而加入纳米SiO2复合改性后还进一步提高了沥青的软化点,但同时使沥青的针入度有所下降。改性乳化沥青蒸发残留物的DSC测试结果表明在所研究的配比范围内,改性剂纳米SiO2和SBR均能有效提高沥青的温度稳定性和耐高温性能,且随SBR含量的增加提高的幅度越大;采用两者复合改性沥青后,这种效果更佳。此外,由RTFOT实验考察了复合改性对沥青耐老化能力的影响,发现复合改性剂能够明显提高沥青的耐老化能力。 最后,探讨了相同的改性条件对不同基质沥青改性效果的影响。本研究具体选用埃索70#沥青代替高富70#沥青,实验结果表明品质较为优秀的埃索70#沥青复合改性后的综合性能比国产高富70#沥青更为出色。