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本文针对现阶段桥面铺装材料难以适应钢桥面变形大的不足,旨在研发一种适用于桥面铺装结构的新型材料─聚氨酯(PU)改性沥青,并通过一系列室内试验对聚氨酯改性沥青及其混合料涉及的关键技术问题:改性沥青体系的最佳组成、流变性能、改性机理及路用性能进行了系统研究,验证其是否适用于桥面结构。本文选用两种不同类型的聚氨酯树脂对70#基质沥青进行改性,通过拉伸试验、离析试验、荧光显微镜试验分析及布式黏度试验分别确定了两种PU改性沥青中各组分的最佳掺量及固化温度,最终确定两种PU改性沥青体系各材料的最佳掺量分别为:45%JM-PU、4%相容剂、12%扩链交联剂、3%偶联剂、3%稀释剂;40%JZ-PU、3%相容剂、12%扩链交联剂、4%偶联剂、4%稀释剂。确定两种PU改性沥青的固化温度为130℃。本文通过DSR试验和BBR试验对不同掺量PU改性沥青的流变性能进行对比研究。研究发现,聚氨酯的加入能够改善沥青的高温性能、低温性能、温度敏感性及荷载作用频率的敏感性;但随着树脂掺量的增加两种改性沥青的高温性能不断增长,而低温性能会出现一定程度的下降。综合高、低温性能两方面,JM-PU改性沥青聚氨酯的最佳掺量为45%,JZ-PU改性沥青聚氨酯的最佳掺量为40%。本文通过红外光谱分析(FTIR)、热重分析(TGA)、原子力显微镜分析(AFM)对两种PU改性沥青的改性机理、热稳定性及微观形貌进行了研究。FTIR分析结果表明,两种PU改性沥青FTIR图中均有新的吸收峰产生,说明两种PU改性沥青在改性过程中发生了反应;TGA分析结果表明,两种聚氨酯的加入能够改善了沥青的热稳定性,其中JZ-PU对其改善效果更好;AFM分析结果表明,两种聚氨酯的加入改变了沥青分子的组成,导致两种PU改性沥青的“蜂形”结构整体长度变大,高度减小,同时提高了沥青体系的刚性。通过一系列的室内试验对两种PU改性沥青混合料的强度及路用性能进行了研究,试验结果表明,JM-PU改性沥青混合料具有较高的抗弯拉强度,良好的高温稳定性、低温抗裂性、耐疲劳开裂及耐老化性能;与JM-PU改性沥青混合料相比JZ-PU改性沥青混合料有较高的强度及高温稳定性。但两种PU改性沥青混合料的水稳定性较差,通过在改性沥青中加入适量的液态抗剥落剂能够改善二者的水稳定性。