多聚磷酸改性沥青微观结构表征与化学改性机制研究

The traditional polymer modified bitumen mostly are the physical modification, the modifier has a poorer compatibility with the base asphalt and the thermal storage stability is insufficient, meanwhile, the processing technology is sophisticated, so, to a certain extent, the modified asphalt efficiency is restricted by the processing technology. However, the polyphosphoric acid has the advantages of reaching the requirement of the chemical modifier, low cost and simple mix technology. This project uses Fourier Transform Infrared(FTIR) Spectrometry, Thin Layer Chromatography (TLC) and other modern phase analysis means to research the chemical modified property of the phosphoric acid modified asphalt; uses combination of the qualitative and quantitative methods to explore the influence of different combination factors on the asphalt modification effect; uses Atomic Force Microscope(AFM) to study the microcosmic morphology of the phosphoric acid modified asphalt ,with morphological and mathematical statistics methods to quantitatively determine the microstructure of parameters of many phosphoric acid modified asphalt; studies the storage stability mechanism of the phosphoric acid modified compound asphalt based on the principle of phosphoric acid protonation; develops improved cone penetration test method and characterizes the rheological properties of modified asphalt base on the research of the rheological property of the phosphoric acid modified asphalt. This paper proposes a reasonable evaluation system of the technical performance of phosphoric acid modified asphalt, which is being gathered the theoretical foundation on large-scale application of phosphoric acid modified asphalt, to improve performance and service level of the phosphoric acid modified asphalt and make it used widely in China and around the world.

传统的聚合物改性沥青大多为物理共混改性，存在改性剂与基质沥青相容性差，热稳定性不足等问题，同时加工工艺复杂，在一定程度上制约了改性沥青效能发挥。而多聚磷酸可以实现对沥青的化学改性，且成本低廉，工艺简单。本项目利用傅里叶红外光谱法、薄层色谱法等现代物相分析手段探析多聚磷酸改性沥青的化学改性机制，采用定性与定量相结合的方法分析不同组合因素对沥青改性效果的影响；利用原子力显微镜测定表征多聚磷酸改性沥青微观形态结构，通过形态学和数理统计方法定量确定多聚磷酸改性沥青微观形态参数；基于多聚磷酸质子化原理，探讨多聚磷酸复配改性沥青储存稳定性机理；在对多聚磷酸改性沥青流变性能研究基础上，开发简易的可表征改性沥青流变性能的改良锥入度试验方法，提出多聚磷酸改性沥青技术性能的合理评价体系，为多聚磷酸改性沥青的大规模应用奠定理论基础，从而改善沥青路面的使用性能与服务水平。

多聚磷酸改性沥青与传统的聚合物改性沥青相比，具有价格低廉、 储存稳定性好、加工工艺简单等优点，鉴于此，针对多聚磷酸改性沥青开展化学改性机理、微观结构形态和路用性能特性研究，在此基础上提出合理评价多聚磷酸改性沥青技术性能的指标，对其在我国推广应用具有重要的现实意义。.本项目采用傅里叶红外光谱、热分析、凝胶渗透色谱和核磁共振试验等从不同角度揭示了多聚磷酸改性沥青化学改性机理。红外光谱试验表明多聚磷酸通过改变沥青分子官能团结构，即沥青组成双酚A中的羟基-OH会与多聚磷酸发生反应，生成磷酸酯。热分析试验表明，多聚磷酸可以明显改善沥青以及SBS改性沥青的热稳定性。核磁共振试验结果表明，多聚磷酸与沥青发生了接枝、磷酸酯化和环化反应，从而改变了沥青的碳链结构和化学结构，宏观上使沥青变的更加粘稠。.采用原子力显微镜定量观测了改性前后多聚磷酸改性沥青的分子结构变化，并通过自主开发的图像处理软件，研究了改性沥青特征参数的变化，建立了改性沥青的微观结构与使用性能之间的关系。结果表明：沥青质面积、胶质面积、分散介质面积、沥青质长度、沥青质个数和最大胶团半径等微观结构参数与多聚磷酸剂量及多聚磷酸改性沥青的技术性能之间均有较好的相关性。.多聚磷酸及其复配聚合物改性沥青流变及路用性能试验结果表明：掺加多聚磷酸后对基质沥青的高温、低温、耐疲劳以及感温性能均有所改善；多聚磷酸复合SBS、SBR改性沥青具有更好的高温性能、温度敏感性、低温抗裂性和抗老化性能，并且大幅改善其储存稳定性。开发的简易压痕试验可以较好地表征沥青胶结料的粘弹性特征。.提出了多聚磷酸改性沥青以及复配改性沥青的合理评价指标。采用软化点和累积应变评价多聚磷酸改性沥青胶结料高温性能，其中累积应变为SBS复配PPA高弹改性沥青胶结料的最佳评价指标。而现有的沥青胶结料低温性能评价指标不能准确反映其实际低温性能。