聚氨酯改性沥青开发与性能研究

热塑性聚氨酯弹性体（TPU）作为一种新兴高分子材料，其配方灵活、性能范围广泛可调，用作沥青改性剂前景良好。其中，聚氨酯固-固相变材料（PUSSP）作为沥青改性剂时能有效降低温度对沥青路面性能的影响。研究和应用聚氨酯改性沥青不应局限于单质材料的性能和简单的配比设计，应将复杂多变的异相材料间界面相也作为研究对象，而对PUSSP的相变行为和调温特性进行深入研究有助于促进其在道路工程领域中的应用。为此，本书重点介绍了研发的TPU和PUSSP两种沥青改性剂以及两种改性沥青的制备工艺、流变特性、自愈合性能和引起沥青宏观性能转变的作用机理。 本书可作为土木工程、交通工程专业本科生和研究生的参考书，也可为从事路用聚氨酯改性沥青开发的科研人员提供借鉴和参考。

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第1章绪论1 1.1研究背景与意义1 1.2国内外研究现状3 1.2.1PU的发展概述3 1.2.2PU改性沥青的研究现状3 1.2.3相变材料（PCMs）沥青路面调温原理8 1.2.4PCMs储热特性研究8 1.2.5PUSSP储热特性研究12 1.2.6PCMs改性沥青调温特性研究14 1.2.7PCMs沥青路用性能研究15 1.3本章小结16 第2章TPU沥青改性剂的合成及物理化学性能表征18 2.1TPU沥青改性剂的合成与表征18 2.1.1试验材料18 2.1.2TPU沥青改性剂的合成参数设计18 2.1.3TPU沥青改性剂的合成工艺20 2.2TPU沥青改性剂的化学结构表征21 2.2.1FTIR分析21 2.2.2EA分析23 2.2.3GPC分析24 2.2.4NMR分析27 2.3TPU沥青改性剂的热性能与物理力学性能表征29 2.3.1VST分析29 2.3.2TG30 2.3.3DSC分析32 2.3.4物理力学性能测试34 2.4TPU沥青改性剂的物化性能与热性能的关联分析36 2.5本章小结36 第3章TPU沥青改性剂的主要合成参数及掺量对改性沥青路用性能影响38 3.1TPU改性沥青的制备38 3.1.1试验材料38 3.1.2TPU改性沥青的制备工艺39 3.1.3基于正交设计法与灰色关联度的TPU改性沥青制备参数确定39 3.2TPU改性沥青路用性能影响因素分析42 3.2.1软段结构、Ch、r及TPU掺量对TPU改性沥青路用性能影响42 3.2.2分子量对TPU改性沥青路用性能影响46 3.3TPU改性沥青的改性机理研究48 3.3.1FTIR分析48 3.3.2荧光扫描分析51 3.3.3SEM分析54 3.3.4AFM分析55 3.4TPU改性沥青的热性能研究64 3.4.1TG测试64 3.4.2DSC测试66 3.5本章小结68 第4章TPU改性沥青的流变特性70 4.1TPU改性沥青的高、低温流变特性70 4.1.1高温流变特性70 4.1.2低温流变特性71 4.1.3PG分级75 4.2TPU改性沥青的黏弹性主曲线75 4.2.1Black曲线的构建及分析76 4.2.2G*主曲线的构建及分析76 4.3TPU改性沥青的抗永久变形能力84 4.3.1MSCR测试85 4.3.2应力敏感性变化规律87 4.4TPU改性沥青的疲劳性能88 4.4.1TPU改性沥青疲劳破坏指标88 4.4.2TPU改性沥青的疲劳寿命评价93 4.4.3适用于TPU改性沥青的疲劳破坏指标分析94 4.4.4TPU改性沥青的自愈合性能研究96 4.5本章小结104 第5章PUSSP沥青改性剂的合成及物理化学性能表征105 5.1PUSSP沥青改性剂的合成105 5.1.1原材料105 5.1.2合成工艺105 5.1.3化学结构式106 5.2PUSSP沥青改性剂的物理表观及物化特性107 5.2.1物理表观及特性107 5.2.2化学特性108 5.3PUSSP沥青改性剂相变行为及储热特性110 5.3.1相变行为110 5.3.2相变机理111 5.3.3储热特性113 5.3.4热稳定性114 5.4PUSSP沥青改性剂的微观力学特性115 5.4.1微观形貌116 5.4.2力学特性116 5.5本章小结118 第6章PUSSP改性沥青的制备与调温特性研究119 6.1PUSSP改性沥青制备119 6.1.1试验材料119 6.1.2PUSSP改性沥青的制备流程120 6.1.3PUSSP改性沥青制备参数120 6.2PUSSP改性沥青基础物理性能123 6.2.1PUSSP改性沥青主要物理性能123 6.2.2PUSSP改性沥青黏度124 6.2.3PUSSP改性沥青拌合温度125 6.3PUSSP改性沥青调温特性127 6.3.1沥青调温试验127 6.3.2PUSSP改性沥青调温试验127 6.3.3掺量对PUSSP改性沥青调温特性的影响129 6.3.4PUSSP改性沥青调温特性与储热特性的相关性130 6.4PUSSP改性沥青储热特性132 6.4.1储热特性132 6.4.2热稳定性133 6.5本章小结134 第7章PUSSP改性沥青的改性机理研究136 7.1PUSSP改性沥青的高低温流变特性136 7.1.1试验方法及参数136 7.1.2高温抗车辙性能137 7.1.3低温蠕变性能139 7.1.4PG分级141 7.2PUSSP改性沥青的黏弹特性142 7.2.1频率扫描试验142 7.2.2Black曲线142 7.2.3复数模量G*主曲线144 7.2.4G*主曲线与CA模型的相关性145 7.3PUSSP改性沥青的抗永久变形能力147 7.3.1多应力重复蠕变试验147 7.3.2抗永久变形性能147 7.3.3应力敏感性分析149 7.4PUSSP改性沥青的储存稳定性150 7.4.1试验方法150 7.4.2高温离析现象150 7.4.3DSR离析率评价沥青高温储存稳定性151 7.4.4软化点差值评价沥青高温储存稳定性152 7.5本章小结153 第8章PUSSP改性沥青的流变特性研究155 8.1PUSSP改性沥青反应机制155 8.1.1FTIR试验155 8.1.2FTIR指数157 8.2PUSSP改性沥青微观形貌157 8.2.1荧光扫描分析158 8.2.2SEM观测分析159 8.2.3AFM微观形貌及特征参数162 8.3PUSSP改性沥青微观力学特性166 8.4本章小结169 第9章结论与展望170 9.1结论170 9.2展望172 参考文献173