溶解性胶粉改性沥青的微细观结构与流变性能研究

Terminal blend rubberized asphalt has shown great advantages on performance, environmental protection and costing, but current research mainly focuses on performance validation and evaluation. Terminal blend rubberized asphalt has complex composition, complicated chemical reaction and exhibits more complex rheology than SBS modified asphalt, therefore it is difficult to understand the complex rheology properties from single scale. First of all, distribution of molecular mass and molecular structure of polymers as well as their changes in terminal blend rubberized asphalt will be analysed from micro scale. Secondly, morphology properties of polymers in asphalt will be measured from meso scale . Thirdly, rheology properties will be tested from macro scale. Furthermore, anti-aging properties, storage stability and mixture performance of terminal blend rubberized asphalt will be studied. The objective of this study is to find out how variables affect rheological properties, distribution of molecular mass and morphology structure in the process of reacting, thus identifing the formula and production process of terminal blend rubberized asphalt, and build up a constitutive equation between rheological properties, distribution of molecular mass and morphology structure of terminal blend rubberized asphalt, so as to build a bridge between macro rheological properties and meso-micro structure. The research can provide an useful guide for terminal blend rubberized asphalt producing, formula design, performance evaluation and its construction. Moreover, this research will make a step forward to asphalt technology development and waste tire consumption.

溶解性胶粉改性沥青在性能、环保、成本等方面有较好的优势，但目前研究主要集中于性能验证与评价方面。溶解性胶粉改性沥青作为一种复杂的混合物，伴随复杂的化学反应，呈现出比SBS改性沥青更复杂的流变特性，从单一尺度或角度都不足以把握其复杂的流变特性。 本项目从微观角度研究聚合物在沥青中分子量分布与分子结构及其变化，从细观角度研究聚合物在沥青中的相态结构，从宏观角度研究流变性能，并对老化、热存贮性能及混合料性能进行评价。通过研究揭示流变性能、分子量分布、相态结构在复杂反应过程中的变化规律，建立流变性能、分子量分布、相态结构与各影响因素之间的关系，提出溶解性胶粉改性沥青的制备工艺与配比组成,建立流变性能与分子量分布、相态结构的本构方程，以期沟通宏观材料流变性质与微细观结构参数之间的联系。研究成果可用于指导性能评价与工程应用，并可推动改性沥青的技术进步，为废旧轮胎的处理找到一条解决之道。

溶解性胶粉改性沥青具有合适的粘度，优异的存贮稳定性，较为良好的工程性能，但在反应机理、流变性能方面的研究还相对薄弱。本项目从反应机理上对溶解性胶粉改性沥青进行本质的把握，从宏观力学性能上对其流变行为进行研究，为理解溶解性胶粉改性沥青的性能提供全新的视角。胶粉与沥青在时间、温度作用下，发生了脱硫、降解、去芳香化、芳香化等化学反应。建立了表观沥青质含量与流变性质指标的关系，揭示了胶粉中聚合物组分降解至沥青质分子尺寸的流变学本质。提出胶粉中聚合物组分降解生成的共轭烯烃参与交联反应的假设，溶解性胶粉改性沥青、SBS聚合物、硫磺之间的交互作用，改善了溶解性胶粉改性沥青的高温流变性质、弹性性质，特别在临界硫磺用量下，流变性质发生显著变化。推荐使用0.2%或0.3%硫磺用量用于生产存贮稳定的溶解性胶粉复合SBS改性沥青，以获得合理的存贮稳定性，合适的粘度，均衡的高低温性能。提出了聚合物弹性增效具有分子量依赖性，二者的经验回归关系阐释了聚合物重均分子量对相位角平台值的贡献作用。溶解性胶粉改性沥青耐长期氧化老化性能优于基质沥青，相应地胶粉类复合SBS改性沥青的耐长期氧化老化性能也优于基质SBS改性沥青。硫磺在一定程度上有助于维持老化过程中聚合物在主曲线低频区（对应高温）对弹性的贡献。溶解性胶粉复合SBS改性沥青在长期老化后中高频模量低于SBS改性沥青的特性得以维持，有利于抗开裂。基于车辙试验、四点弯曲小梁疲劳试验对混合料的高温性能、疲劳性能进行了评价，成功地铺筑了试验路。溶解性胶粉复合SBS改性沥青混合料在高温性能、抗水损性能方面与SBS改性沥青混合料相当；在疲劳性能方面则优于SBS改性沥青混合料，疲劳寿命为后者的1.5～4.5倍，对耐久性具有重要意义。