聚合物改性沥青阻尼特性与机理研究

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研究表明,路用聚合物改性沥青是一种阻尼性能良好的粘弹性材料。然而,当前针对其阻尼特性与机理、不同温域及老化条件的影响研究偏少。本文结合文献调研、室内试验等方法,对聚合物改性沥青阻尼特性与机理、老化对沥青阻尼特性的影响、沥青阻尼减震层工程应用开展研究,主要工作和结论如下:对不同分子构型、不同掺量的SBS改性沥青阻尼性能研究表明:两种构型SBS掺量在5%、6%时阻尼性能都得到显著提高;线型SBS改性沥青阻尼峰值及峰值温度都比星型改性沥青低。这是由于星型分子结构内部交联程度较大,进而导致较高的玻璃化转变温度和阻尼耗能能力。采用物质结构分析(红外光谱、扫描电镜等)发现,SBS主链的柔顺性与侧链弹性阻滞作用决定其阻尼性能,外加剂通过影响改性沥青体系的相容性进而影响阻尼性能。对不同掺量、目数的胶粉改性沥青阻尼性能研究表明:胶粉能有效降低沥青阻尼的温度敏感性;胶粉目数越大阻尼效果越好;胶粉掺量逐渐增多,沥青弹性成分贡献增加,粘性阻尼耗能减小。聚乙烯改善了胶粉沥青的阻尼温度敏感性,但是相容性不佳。微观分析可知,胶粉分子良好的阻尼耗能性质来源于主链不饱和双键或支链苯环;聚乙烯长链上烷基侧链有弹性阻滞作用,进而提高阻尼性能。温度对沥青阻尼性能影响较大,低温域下,沥青处于玻璃态区,大分子链段运动被冻结,阻尼较小。温度较高时,处于橡胶态区,分子链受外力拉伸时,表现很大的形变;沥青阻尼性能在较高频率下才能出现。中温域下,沥青分子“解冻”,出现链段运动,表现出阻尼作用。路用温度范围在-20-60℃之间,因此玻璃化转变温度在20℃附近时,有较高阻尼的同时拓宽了有效温度范围。老化对基质沥青、改性沥青的试验研究表明:沥青四组分分析发现,随着老化程度的加深,沥青弹性成分增加而粘性成分降低,聚合物网络结构破坏难以维持,进而导致阻尼性能衰减。物质结构分析发现,老化后的改性沥青分中大分子链的断裂会形成小的分子链,材料变软变粘阻尼性能受到了极大的影响。采用有限元方法,对旧混凝土板加铺阻尼减震层动力分析。研究表明:设置阻尼层能降低面层底部的最大拉应力,有利于削弱集中应力。阻尼层厚度增加到4cm时,耗散能提高了1.5倍,减少了路面振动时间,延长路面使用寿命。综合上述,SBS和胶粉聚合物改性沥青具有较好的阻尼性能,具有良好工程应用前景。
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