热、光、水耦合条件下SBS改性沥青老化机理研究及高性能再生剂开发

The regenerine technology of asphalt was the key one for constructing Reclaimed asphalt pavement. Which was economical and environmental friendly.It took SBS modified asphalt as research object,got the relation between different factors under natural condition and simulative accelerated aging condition in the lab based on equivalent principle of asphalt aging.And the different factors all affect SBS modified asphalt aging performance. Developed a tester to simulate accelerated aging process of asphalt,analysed its aging mechanism under coupling condition of different temperature, different radiation of ultraviolet light, different pressure of water vapor,proposed prediction method of aging rate based on artificial neural networks.With the help of DSC、SEM、H-NMR、FTIR and GPC,it analysed physical and chemical changes in aging process , studied the influence of modifier and stabilizer on asphalt structure .which were all based on Dynamic thermal analysis theory. Set up kinetic equation of asphalt aging rate with structural parameters of SBS modified asphalt, and systematically uncover the aging mechanism.It optimized choice of components of regenerant with the the orthogonal method , Developed a new kind of high performance regenerant based on lifetime cost by evaluating the durability of regenerant,asphalt and asphalt mixture.It could provide theoretical foundation and technical guidance for the development and application of Regenerine Technology of SBS modified asphalt.

沥青混合料的再生利用是一种经济、环保、可持续发展的路面修复技术。本研究根据沥青老化等效原则，建立自然条件下环境影响因素与室内模拟加速老化的相关关系，开发沥青室内加速模拟热、光、水耦合老化试验箱，分析SBS改性沥青胶结料在不同温度、紫外光辐射强度、水蒸汽压力耦合作用下的老化规律，建立基于神经网络的沥青胶结料热、光、水耦合老化速率的预测方法；基于动力学热分析理论，采用DSC、SEM、H-NMR、FTIR和GPC等手段分析热、光、耦合老化条件下SBS改性沥青的物理与化学变化过程，以及改性剂、稳定剂对沥青结构的影响，建立SBS改性沥青结构参数与耦合老化速率动力学方程，系统揭示SBS改性沥青耦合老化机理；采用正交设计方法，优化选配再生剂组分，通过对再生剂、再生SBS改性沥青结合料和混合料的耐久性评价，提出基于全寿命周期的高性能SBS改性沥青再生剂。研究成果为SBS改性沥青再生利用奠定坚实的理论基础。

沥青路面在后期养护及翻修过程中，大量的废旧沥青混合料因铣刨后未被利用而废弃，因此开展SBS改性沥青混合料再生技术是一项经济、环保、可持续发展的路面修复技术。本文依托该项目自主开发沥青热、光、水耦合老化试验装置，对SBS改性沥青耦合老化规律及机理开展研究，研发了环保型高性能SBS改性沥青再生剂，提出了SBS沥青再生理论。. 通过调研全国太阳辐射、高温、相对湿度等气候分布状况，根据沥青“老化等效”原则自主开发沥青室内加速模拟热、光、水耦合老化试验装置；采用正交试验，确定了针对本试验装置的室内模拟耦合老化条件；采用DSR、FTIR、GPC、1H-NMR等手段探索了基质沥青、SBS改性沥青在热、光、水耦合老化条件下宏观性能及微观结构变化规律，建立了物理性能、流变特性等非线性耦合老化速率预测微分方程和芳香度微观结构老化动力学方程，利用灰色系统理论对SBS改性沥青微观结构和宏观指标变化关联度进行研究，揭示了SBS改性沥青热、光、水耦合老化机理，即太阳辐射是造成沥青相轻质组分挥发及芳构化反应、SBS聚合物氧化降解的主要因素，高温、潮湿环境则会加剧沥青耦合老化恶性循环。. 在总结分析SBS改性沥青耦合老化机理基础上，确定了沥青再生剂性能要求，从功能、安全、经济环保等原则方面提出了SBS改性沥青再生剂原材料组成和制备工艺；采用正交试验优选了轻质组分材料并确定了再生剂配比；通过对四种再生剂组分、安全性、粘度、表面张力、耐老化等方面进行性能对比分析和环境评价，首次从环保和性能方面提出了SBS改性沥青再生剂技术指标建议值。. 通过对四种再生SBS改性沥青常规物理性能、SHRP性能、四组分、热稳定性及耐老化性能展开对比分析研究，表明ZZ再生剂对老化改性沥青已具备一定的适用性，6%左右的再生剂掺量可将老化沥青各性能指标恢复至原样沥青水平；基于红外光谱对再生剂、再生沥青进行微观结构分析，表明沥青再生剂是一种典型的表面活性剂，含有极性和非极性基团，在沥青质与软沥青间形成“界面膜”，根据“相似相容”原理，首次从“分子运动学”角度提出了老化沥青 “界面活性理论”再生机理。. 论文研究成果对阐明SBS改性沥青在热、光、水耦合条件下老化机理，研发环保型高性能沥青再生剂，揭示老化沥青再生理论具有重要意义，为解决SBS改性沥青再生利用奠定了坚实的理论基础。