基于数字图像分析的改性沥青微观结构量化分析现状及发展

论文总字数：20097字

摘 要

改性沥青以其优良的使用性能而得到了广泛的应用,作为一种混合体系,改性沥青是聚合物溶胀于沥青中,从而将聚合物的性能传递到沥青中去,其宏观性能上表现出来的不同,究其根本都是改性剂在沥青中的相态、形状、尺寸和均匀性等微观形态共同作用的结果。因此对改性沥青的显微结构加以研究，揭示其微观结构与宏观性能的相互关系已势在必行。通过多方搜集归纳资料，本文从改性沥青原材料的技术性能及其所依据的试验方法、改性沥青显微分析及图像处理方法、微观结构与宏观性能关系的探索三个方面入手，探究改性沥青的微观结构与宏观性能之间的关系。

关键词：数字图像处理技术、改性沥青、微观结构

Abstract

Modified asphalt with good performance has been widely used, as a kind of hybrid system,it is a polymer swelling in asphalt, so as to transfer the performance of the polymer in the asphalt,the difference of the macroscopic properties is the result of joint action of themicrostructure such as phase state,shape, size and uniformity. Therefore, studying the microstructure of modified asphalt, revealing the relationship between microstructure and macro properties is already imperative. Through the multi collects data, this paper from modified asphalt raw materials of technical performance and on the basis of test method, modified asphalt microscopic image analysis and processing method, to explore the relationship between microstructure and macroscopic properties of three aspects, to explore the change the relationship between microstructure and properties of asphalt.

Keywords：Digital Image Processing Technology;Modified Asphalt;Microstructure.

目录

摘要 ……………………………………………………………………………………………… Ⅰ

Abstract …………………………………………………………………………………………… Ⅱ

第一章 绪论 ……………………………………………………………………………………… 1

1.1 课题研究的背景和意义 …………………………………………………………………… 1

1.2 国内外研究现状 …………………………………………………………………………… 2

1.3 研究内容 …………………………………………………………………………………… 3

第二章 原材料的技术性质 ……………………………………………………………………… 4

2.1 原材料的技术性质 ………………………………………………………………………… 4

2.2 技术性能及所依据的试验方法 …………………………………………………………… 5

第三章 改性沥青微观结构分析 ……………………………………………………………… 7

3.1 制备工艺对改性沥青性能及其显微结构的影响 ……………………………………… 7

3.2 改性沥青制备 …………………………………………………………………………… 8

3.3 改性沥青微观观测方法 ………………………………………………………………… 9

3.4 改性沥青显微形态结构及与改性沥青性能关系研究 ………………………………… 12

3.5 结论 ……………………………………………………………………………………… 15

第四章 结语 …………………………………………………………………………………… 16

4.1 结论 ……………………………………………………………………………………… 16

4.2 展望 ……………………………………………………………………………………… 16

致谢 …………………………………………………………………………………………… 17

参考文献（References） ……………………………………………………………………… 18

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

公路交通建设是国家经济发展的重要基石。沥青路面作为一种可以使路面平整少尘、不透水、经久耐用的新型材料自发现至今一直受到大家的广泛关注。然而，在追求效率和质量的今天，传统沥青路面已经无法满足要求，交通量的迅速增长导致沥青路面面临着车辙、坑槽、裂缝、松散等早期损坏现象。鉴于这种情况，沥青材料的研究一直是世界研究热点，而沥青改性作为一种能够提高沥青的适用性、稳定性并且延长沥青使用寿命的提高沥青质量问题的方法，研究人员一直对其趋之若鹜。改性沥青以其出色的使用性能也逐步替代传统沥青成为了高等级公路建设的首选路面材料。

改性剂在改性沥青中的作用原理是，借助于树脂、橡胶、研磨后的橡胶粉、聚合物或其他填料改性剂与基质沥青进行某种程度上的交联，更有甚者对沥青进行如轻度氧化等进一步的加工，以达到提高成品沥青的使用性能^[1]。聚合物改性沥青（PMA）作为一种混合系统，一般情况下改性剂主要是依靠物理分散、混合、吸附、交联等形式以两种或者两种以上的方式相混合，达到将聚合物改性剂的目标特性传递到成品沥青中去的目的，所以改性剂颗粒在改性沥青中的分布状态关乎最终成品沥青的物理性能。通过怎么样的手段能够评价改性剂在改性沥青中起到的作用，建立起一套改性沥青作用的评价体系是当代改性沥青研究的一个关键；改性沥青的改性效果与改性剂颗粒之间存在什么样的关系？这一系列问题始终困扰这研究人员，改性沥青的微观研究迫在眉睫^[2]。荧光显微镜以其在观测大分子聚合物的研究中的优良表现，成为了当今世界研究改性沥青的改性机理和效果最直接的手段^[3]。

沥青和作为改性剂的聚合物的分子量和化学结构差异使得两者的相容性不高。所谓相容性指的是沥青和作为改性剂的聚合物混合过程中，各组成部分的相对稳定性的程度。沥青与改性剂相容的程度，直接影响搅拌的时间和成本，沥青与改性剂的相容性较差则会造成改性剂的结块，改性剂与沥青相分离最终导致分层从而达不到改性的目的^[4]甚至效果不如传统沥青混合料。Sam maccarrone^[5]认为沥青-聚合物的体系中最理想的效果是作为改性剂的聚合物能够均匀的分布在沥青混合料中。因此，有必要对聚合物改性沥青的物理意义进行研究。工艺在改性过程中也是很重要的，因为好的改性工艺能够保持沥青和改性剂良好的相容性，保证其相容性的前提是聚合物能够在保持良好物理性能的情况下尽量细小而均匀的分布于沥青混合料中，这也是为了让改性沥青能够达到最终的施工使用效果的保证。生产工艺的调整主要依据机械、温度、时间等关键因素^[6]。

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