基于高温固化的环氧沥青开发及性能表征

介绍了一种自主开发的新型高温固化环氧沥青,利用旋转黏度仪、万能试验机、扫描电镜(SEM)、动态热机械分析仪(DMTA)分别测试环氧沥青的黏度、拉伸性能、微观形貌特征及动态机械性能,并测试环氧沥青混合料的马歇尔强度、高温抗车辙及低温抗开裂性能。结果表明,在施工温度下,环氧沥青黏度增长较缓慢,能够满足施工要求;环氧沥青拉伸性能良好,其拉伸强度及断裂伸长率均明显高于技术要求;环氧沥青固化后形成沥青分散在环氧树脂中的海岛结构,沥青与环氧树脂相容性良好;环氧沥青的玻璃化转变温度比纯环氧树脂的低,且随着温度的升高,其储能模量比环氧树脂的降低更快。环氧沥青混合料高温抗车辙能力及低温抗开裂能力均十分优异,其强度形成快,可缩短养护时间,实现快速通车。     

短期老化对木质素改性沥青高温流变性能的影响

基于动态剪切流变仪(DSR)实验,对经过短期老化前后不同木质素掺量的改性沥青高温流变性能进行分析。对比老化前后流变参数发现:木质素的掺入可显著增加老化前后沥青的储存模量G′,而对损失模量G″的降低影响较小,使得沥青的复数剪切模量(G*)增加,相位角(δ)减小,有助于提高沥青的高温稳定性;老化前木质素改性沥青的损耗因子(tanδ)小于基质沥青,而经过短期老化后tanδ小于基质沥青,表明短期老化后木质素改性沥青较基质沥青仍具有良好的黏性,木质素提高了沥青的抗老化性能;老化前后木质素改性沥青均具有较高的车辙因子(G*/sinδ),抗变形能力增强。此外,对不同木质素掺量下老化前后各流变参数分析,认为存在最佳掺量,木质素掺量在12%(wt,质量分数)时改性沥青具有较高的高温稳定性和抗老化性。     

基于改进车辙因子的泡沫沥青高温性能评价

为研究泡沫沥青的高温性能,对老化前后的发泡70号基质沥青和SBS改性沥青进行动态剪切流变试验,得出车辙因子,并计算出改进车辙因子(G*/(sinδ)9),分别拟合出fail temperature值,据此评价泡沫沥青的高温性能。结果表明:改进车辙因子G*/(sinδ)9及其拟合出的fail temperature值更高,使两种泡沫沥青的高温性能明显改善;在发泡用水量为1%的条件下,70号基质沥青的G*/(sinδ)9及其fail temperature值增加较为明显,在发泡用水量为3%的条件下,SBS改性沥青的G*/(sinδ)9及其fail temperature值增加较为明显。     

水性环氧乳化沥青固化条件和最佳配方研究

受品种繁杂的影响,目前对水性环氧乳化沥青的研究尚不够深入,应用也不多。以针入度和延度为指标,以室内试验为基础,系统地研究了水性环氧乳化沥青固化条件以及水性环氧树脂和固化剂掺量对乳化沥青性能的影响,以此确定水性环氧乳化沥青的固化条件和最佳配方。结果表明:在120℃的温度条件下,水性环氧乳化沥青的固化时间为6h;水性环氧乳化沥青的最佳配方为乳化沥青85%、水性环氧树脂11.1%~11.5%、固化剂3.5%~3.9%,在此条件下,水性环氧乳化沥青蒸发残留物的针入度(25℃)为88.0(0.1mm)、延度(5℃)为96mm、软化点为49.8℃。     

纳米Al2O3磷杂菲改性环氧树脂的制备与阻燃耐温性能研究

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、对羟基苯甲醛、4,4′-二氨基二苯甲烷(DDM)为原料合成了新型磷杂菲阻燃固化剂DOPO-DDM;使用表面处理过的纳米Al₂O₃、DOPO-DDM和普通固化剂DDM作用于环氧树脂，研究改性前后环氧树脂的阻燃耐温性能。利用红外光谱(FT-IR)、差示量热(DSC)对DOPO-DDM的结构和固化条件进行表征分析；通过DSC、极限氧指数、垂直燃烧实验探究改性前后环氧固化物的热性能和阻燃性能；通过扫描电镜(SEM)观察燃烧实验后残炭形貌，研究其阻燃机制。结果表明：DOPO-DDM的加入会提升环氧固化物的阻燃性能，但同时会降低其热性能，在此基础上加入纳米Al₂O₃可以提高环氧固化物的耐温性。当纳米Al₂O₃添加质量为3%时，环氧固化物的玻璃化转变温度较未添加时提升13℃;用DOPO-DDM取代28%环氧当量的DDM时，LOI值为32.3%,UL-94测试等级达到V-0级。     

TLA掺量对湖沥青改性沥青高、低温性能的影响

为研究不同TLA掺量对湖沥青改性沥青高温、低温性能的影响,对TLA掺量为15%、25%、35%的湖沥青改性沥青分别采用动态剪切流变试验、蠕变及蠕变恢复试验来研究其高温性能;采用延度试验和BBR试验研究其低温性能。试验结果表明:老化前的湖沥青改性沥青以及RTFO老化后的湖沥青改性沥青的车辙因子G*/Sinδ值和破坏温度(fail temperature)都得到较大的提高,TLA掺量为35%比掺量为15%的湖沥青改性沥青的PG分级至少提高一个高温等级;随着TLA掺量的增加,湖沥青改性沥青的零剪切粘度逐渐变大,高温性能得到显著改善;但是湖沥青改性沥青的延度值和蠕变速率m却在减小,蠕变劲度s值在不断增大,表明TLA的加入对其低温性能是不利的。综合考虑高温、低温性能,建议TLA的合理掺量控制在25%~35%之间。     

基于差示扫描量热分析和流变探究环氧大豆油增韧环氧树脂的固化过程

以聚醚胺D230为固化剂,研究了不同环氧大豆油含量(占双酚A型环氧树脂E-44的5%,10%,15%)增韧环氧树脂固化体系的反应动力学理论及流变行为。通过升温非模型中的KAS法对环氧树脂固化体系的差示扫描量热分析数据进行了研究,得出了固化动力学参数随体系环氧大豆油含量和升温速率的变化规律,并发现该反应由初期的无催化转向自催化反应,最后阶段则由化学控制转为扩散控制。通过旋转流变仪对环氧树脂固化过程进行流变分析,升温流变结果表明,体系中含有的环氧大豆油含量越多,凝胶点出现的时间越早;等温流变结果则表明,温度越高,凝胶点出现的时间越早;同时流变分析也表明,反应后期由于体系黏度过大,反应会由化学控制转变为扩散控制。通过计算,可得出环氧大豆油质量占环氧树脂10%的固化体系凝胶活化能为54.75kJ/mol。     

老化作用下SDYK型温拌胶粉改性沥青高低温性能研究

通过动态剪切流变试验(DSR)和低温弯曲蠕变试验(BBR),对短期老化前后不同SYDK掺量(0.4%,0.6%,0.8%)的温拌胶粉改性沥青高低温性能进行研究。DSR试验结果表明,短期老化前后,掺入SDYK温拌剂的胶粉改性沥青的复数剪切模量G~*增大、相位角δ减小、改进车辙因子G~*/sin~9δ增大,说明SDYK温拌剂的掺入改善了胶粉改性沥青的高温性能,SDYK温拌剂掺量为0.6%时胶粉改性沥青高温性能最好;BBR试验结果表明,掺入SDYK温拌剂的胶粉改性沥青劲度模量S值增大,蠕变速率m值减小,优化指标m/S值减小,说明SDYK温拌剂的掺入降低了胶粉改性沥青低温抗开裂性能。综合考虑高低温性能,质量分数为0.6%SDYK温拌剂掺量为最佳掺入量。     

环氧沥青的固化反应和微观结构

采用傅里叶红外变换光谱(FT-IR)、介电分析(DEA)和差示扫描量热分析(DSC)研究了环氧沥青等温固化反应过程中固化反应速率和转化率的变化。并利用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)研究了环氧沥青固化反应过程中微观形貌的变化。实时FT-IR、DEA和DSC研究表明,120℃时环氧沥青固化2.5h后,反应完全结束,介电分析结果证明环氧沥青固化反应属于自催化反应。LSCM结果表明,沥青在环氧树脂交联网络中形成相分离,沥青聚集形成分散相,均匀地分散在环氧树脂形成的交联网络中。     

路用水性环氧改性乳化沥青组成优化及耐久性能评价

为提升改性乳化沥青在道路领域的使用品质和耐久性，制备了多种水性环氧改性乳化沥青，基于拉伸性能优化了改性乳化沥青配比，研究了水性环氧改性乳化沥青的黏附性能、黏度、干燥时间、相容性和粘结性能，分析了水性环氧改性乳化沥青粘结性能与其拉伸性能、黏附性能的关联性，采用湿热老化、冻融循环和氙灯光照老化等方式模拟复杂气候条件对水性环氧改性乳化沥青的破坏作用，以经老化处理后的残留拉伸、黏附和粘结性能及处理前后各项性能的变化率作为评价指标，基于熵权的理想点法综合评价了水性环氧改性乳化沥青的耐久性能。结果表明：水性环氧树脂能够有效提升乳化沥青的拉伸强度和黏附性能，水性环氧改性乳化沥青具备较好的流动性和适宜的干燥时间，且水性环氧树脂与乳化沥青具有较好的相容性，建议水性环氧树脂掺量为15%～25%(质量分数，下同)。水性环氧改性乳化沥青的粘结性能与其力学强度和黏附性能具有较强的关联性。水性环氧改性乳化沥青经湿热老化、冻融循环或氙灯光照老化处理后拉伸、黏附和粘结等性能保持率为84%～92%,聚氨酯改性后的水性环氧改性乳化沥青表现出更好的耐久性能，聚氨酯改性双酚A型E-51水性环氧改性乳化沥青的综合耐久性能最佳。     

环氧沥青的热分析

采用差示扫描量热仪(DSC)和热失重分析仪(TGA)研究了环氧沥青的固化行为,玻璃化转变和热稳定性,并与纯沥青进行了比较。DSC研究表明,环氧沥青的121℃等温固化反应属于自催化反应,自制的环氧沥青要比进口的环氧沥青固化速度快。经过环氧树脂固化后,沥青的玻璃化温度升高,在高温时出现的熔融峰消失。TGA结果表明,在热失重达到1%时,环氧沥青的热稳定性要高于纯沥青的热稳定性,并且自制环氧沥青的热稳定性要高于进口环氧沥青的热稳定性。     

有机化累托石对沥青动态流变性能的影响

采用熔融共混法制备了有机化累托石(OREC)改性沥青,以X射线衍射(XRD)表征了改性沥青的微观结构,并通过动态剪切流变仪(DSR)研究了OREC的用量对改性沥青流变性能的影响。XRD分析表明,OREC可与沥青熔融插层形成插层/剥离型纳米复合结构。DSR结果显示,OREC对沥青的低温(25℃~50℃)流变性能影响很小,而对沥青高温流变性能有显著改善。在高温区(50℃~80℃),OREC明显增大了沥青的复数模量,减小了其相位角,显著提高了沥青高温抗车辙能力。     

国产高温拌合型环氧沥青的固化行为与性能

利用荧光显微镜、差示扫描量热仪(DSC)、万能试验机、布氏黏度仪研究国产高温拌合型环氧沥青的微观固化形态、非等温条件下的固化行为、力学性能及施工和易性。观察发现,环氧沥青60℃固化4 d期间是"点-线-交联网状"的微观变化过程。DSC研究显示升温速率越高,环氧沥青固化热越小,沥青并不参与环氧树脂的自催化反应,但对环氧树脂固化体系有稀释作用。拉伸试验结果表明,环氧沥青结合料150℃容留1 h、2 h、3 h、4 h后,环氧树脂与基质沥青的相容性均较好,拉伸强度最大6.46 MPa,断裂伸长率265%。布氏黏度试验得到高温拌合型环氧沥青结合料在160℃、 2 h时黏度为1750 mPa·s。     

多聚磷酸改性沥青老化前后高温流变性能

基于动态剪切流变(DSR)试验,对老化前后三种改性沥青:多聚磷酸(PPA)改性沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青及SBS-PPA复合改性沥青的高温性能进行分析。结果表明:在不同温度及老化作用下,与SBS改性沥青相比,PPA改性剂对沥青高温流变性能的改善更为突出,沥青中黏性成分减小,弹性成分增加。在SBS改性沥青中添加PPA可以明显增强改性沥青的弹性,降低其黏性,SBS-PPA复合改性沥青的高温性能优于SBS改性沥青。在长期老化下,PPA和SBS-PPA复合改性沥青中由储存模量G′占主导作用转变为损失模量G″占主导作用的温度转化点都较高,温度转化点:PPASBS-PPASBS。对于SBS改性沥青,温度和频率比老化作用对复数模量G*和相位角δ的影响更大,而PPA和SBS-PPA复合改性沥青受老化影响较大,随着老化程度的加深,可以在较宽的温度和频率范围内保持一定的弹性来抵抗变形。PPA改性沥青在老化前后,不同温度和频率下都具有较高的车辙因子G*/sinδ,且老化后G*/sinδ增加的最多,高温抗车辙能力更强,其次是SBS-PPA复合改性沥青。     

丁基橡胶/聚异丁烯交联网络松弛行为与力学性能

选用丁基橡胶(IIR)和聚异丁烯(PIB)为原材料，研究了PIB含量和相对分子质量、交联剂含量和IIR中异戊二烯(IP)双键含量对交联IIR/PIB复合体系力学性能的影响。结果发现，在交联IIR网络中，非交联的PIB降低了IIR的交联密度和定伸应力，但应变硬化程度和拉伸强度提高，当IIR-H和PIB-H比例为1:1时，其拉伸强度达到3.5 MPa，比纯IIR-H提高60%以上。由应变硬化参数(E_H)对断裂伸长率关系可知，E_H随断裂伸长率增加先增加后降低，在350%时达到最大值。通过非相似滑移管模型对应力应变曲线进行分析，获得了交联和缠结作用分别对拉伸应力的贡献(G_x和G_e)，对比聚合物在高温下的动态模量(G′，G′′和G^*)可知，在PIB-H质量分数不超过10%时，(G_x²+G_e²)^1/2随着G^*降低变化不大；而PIB质量分数不低于30%时，G*与...     

基于活性增韧剂改善冷拌环氧混合料路用性能

针对国内钢桥面铺装快速养护对高性能冷拌环氧树脂的迫切需求,本文通过添加活性增韧剂(RTA)对环氧树脂进行改性,并选用常温固化剂对改性环氧树脂进行固化.通过拉伸性能、DSC、反应温度、粘时曲线等综合分析了RTA掺量及固化剂种类对环氧树脂的影响,并优选两种冷拌环氧树脂(CE)进行混合料路用性能验证.结果表明:RTA的掺入可显著改善CE的断裂延伸率及微观相结构;G1和G2型固化剂均能满足施工和易性要求;Z15-G1和Z15-G2型冷拌环氧树脂混合料(CEM)的路用性能与热拌环氧沥青混合料(HEAM)及温拌环氧沥青混合料(WEAM)相当,但其低温抗裂性能和四点弯曲疲劳性能远优于HEAM和WEAM.     

环氧树脂体系复合材料固化流变性研究

本文以环氧基(AG-80/DDS-MEA·BF₃)复合材料为对象,借助RMS(Rhe Ometric Mechanical specgrometry)流变仪,研究了复合材料树脂基体的流变特性:储能模量G'、损耗模量G"、损耗角正切tanδ和动态粘度η*的温度谱、时间谱,充分反映出国化过程中树脂体系微观分子运动与其流变特性之间的关系,并且为合理制定固化工艺参数提供了科学依据。     

硅藻土负载环氧改性沥青的制备及其与TAF环氧改性沥青性能的对比

选用双酚A型环氧树脂E44和一种多胺类固化剂对基质沥青进行改性:以硅藻土为载体,负载环氧树脂E44后与沥青、固化剂混合,制备出硅藻土负载环氧改性沥青.对比了硅藻土负载环氧改性沥青和日本TAF环氧改性沥青的流变性能、低温性能、微观结构及经济成本,结果表明硅藻土负载环氧改性沥青具有优异的相容性和高温性能,低温抗裂性能相对较差但完全能满足规范要求,其经济性要远优于TAF环氧沥青.     

增韧型环氧树脂含量对沥青混合料性能的影响

针对环氧沥青材料在钢桥面铺装中的应用,制备了增韧型环氧沥青混合料。测试了树脂用量对沥青混合料马歇尔稳定度和施工可操作时间的影响,并评价了不同树脂用量下增韧型环氧沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性能及抗疲劳性能。结果表明:增韧型环氧树脂用量对沥青混合料的性能有显著影响,当其用量为40%时,增韧型环氧沥青混合料具有优异的路用性能,且施工可操作时间较长。增韧型环氧沥青混合料能够满足钢桥面铺装对材料性能的要求。     

相变调温材料对沥青及沥青混合料高温性能及控温性能的影响探究

通过原位界面水解-聚合法制备出相变调温材料(PCMs),对其进行差示量热(DSC)和热重(TG)热性能测试,再将其掺入到70#基质沥青中,研究不同掺量的相变调温材料对沥青常规指标、高温流变性能的影响;最后分析比较了AC-16与SAC16两种不同级配的相变沥青混合料的高温稳定性与调温性能。结果表明:制备的相变调温材料具有适宜的相变温度与较高的相变焓,且热稳定性良好,可用于沥青工程中;相变调温材料的掺入可改善基质沥青的高温性能,但对低温性能有着不利影响,且随相变材料掺量的增大,相变沥青的高温抗车辙性能显著提升;级配类型对相变沥青混合料的高温稳定性有着重要影响,因此在实际应用中,在考虑相变调温材料对沥青混合料起到调温作用的同时,还要考虑级配类型对其物理性能的影响。