老化沥青介入下SBS改性沥青特性研究

目的通过分析不同老化沥青掺量(0%、10%、20%、30%)的再生沥青的温度敏感性、高低温性能、蠕变疲劳性能和微观分析等,系统地研究老化沥青介入下SBS改性沥青的特性.方法对不同沥青的动力黏度、黏温指数(VTS)进行测定和分析;采用高温动态剪切流变仪、弯曲梁流变仪、直接拉伸仪对样品试验,利用荧光显微镜分析了沥青样品成分.结果在高低温下,再生沥青的黏度变化不一致;当老化沥青掺量大于30%时,才能改善再生沥青的温度敏感性;随着老化沥青掺量的增加,再生SBS改性沥青具有更好的高温抗车辙性能,临界开裂温度温度则不断升高;老化沥青少量掺加有利于提高再生沥青的疲劳寿命,大量掺加会降低沥青的蠕变疲劳性能.结论随着老化沥青掺量的增加,再生SBS改性沥青具有更好的高温抗车辙性能,但再生沥青的低温开裂性降低,蠕变疲劳性能下降,SBS分布变得不均匀且粒径大小不一.     

SBS改性生物沥青结合料高温流变特性

目的分析以木屑为原材料获取的生物质重油与基质沥青混溶制备的改性生物沥青的高温流变特性,寻求可替代石油沥青的再生材料.方法采用布氏黏度仪(RV)和动态剪切流变仪(DSR),探究不同生物质重油掺量、不同温度下,SBS改性生物沥青的黏度、车辙因子、相位角和复数模量的变化情况,分析SBS改性生物沥青S110的拌和与压实温度的确定问题.通过重复蠕变恢复试验(RCRT),研究应力水平、作用次数对蠕变劲度的黏性成分和累积应变的影响.结果生物质重油掺量不大于10%时,随着生物质重油掺量的增加,生物沥青的高温性能有所降低;掺量大于10%时,老化作用使得其高温性能增加.生物质重油的加入使得改性生物沥青的黏度有一定程度的下降,且在生物质重油掺量不大于10%时,其黏度较基质沥青的黏度有所提高,对其黏附性有一定的改善作用.应力水平对生物沥青的黏性性能影响较小,但对其累积应变的影响显著.结论通过试验得到了改性生物沥青结合料高温流变特性的变化规律,为进一步研究与工程实践提供了数据支持.     

不同老化沥青掺量下的温拌再生沥青性能研究

目的研究在不同温拌剂、不同老化沥青掺量下的温拌再生沥青性能,分析温拌剂和老化沥青对温拌再生沥青的性能影响.方法对不同温拌再生沥青的旋转黏度、动态剪切流变试验的高温性能及抗疲劳性能、弯曲梁流变试验的低温性能进行分析.结果随老化沥青掺量的增加,沥青的旋转黏度、车辙因子及疲劳因子升高,低温蠕变速率下降;降黏型温拌再生沥青A与普通再生沥青相比,黏度下降20%~30%,高温性能和抗车辙能力降低,其抗疲劳性能和低温性能均有不同程度的提高;表面活性型温拌再生沥青B与普通再生沥青相比,其黏度、高温性能和抗车辙能力基本不变,抗疲劳性能和低温性能略有提高.结论老化沥青提高温拌再生沥青施工温度和高温性能,降低其抗疲劳和低温性能.不同温拌剂对再生沥青的性能影响不同,应根据实际需要选择相应温拌剂.     

蓖麻基生物油对不同老化程度沥青的再生作用

为探究蓖麻基生物油对不同老化程度沥青的再生作用,首先,制备了TFOT 2.5 h(T2.5)、TFOT 5.0 h(T5.0)和PAV 20 h(P20)这3种老化沥青,以针入度恢复至未老化水平为依据,确定了不同老化沥青再生所需的生物油最佳掺量;然后,分析了老化及再生沥青的基本路用性能与流变特性;最后,借助傅里叶变换红外光谱(FTIR)与原子力显微镜(AFM),分析老化及再生沥青的特征官能团及微观结构特性,阐述了蓖麻基生物油对老化沥青的再生机理。研究结果表明：3种老化沥青针入度和软化点指标均可恢复至未老化水平,但延度偏小且黏度、活化能偏大;在流变特性方面,与未老化沥青相比,在保证高温性能的前提下,生物油再生沥青具有较低的蠕变劲度S和较高的蠕变速率m;其中,P20老化沥青经生物油再生后,低温等级降至PG-28,表现出良好的低温柔韧性;生物油对老化沥青疲劳性能同样具有较强的再生及恢复能力,其中,P20经生物油再生后的疲劳寿命已显著大于未老化沥青的疲劳寿命。生物油中的脂肪酸含有大量羰基,因此,FTIR羰基指数无法用于评价生物油对老化沥青的再生作用;生物油富含的轻质组分会有效溶解和稀释沥青中的...     

萃取法生物油基再生沥青性能及再生机理

为了研究萃取法生物油作为再生剂的可行性,采用自行研制的萃取法生物油基再生剂(SW)分别制备生物油基再生基质沥青和生物油基再生SBS改性沥青。通过常规性能试验、动态剪切流变和弯曲梁流变对2种再生沥青的性能进行评价,采用傅里叶红外光谱、凝胶渗透色谱分析2种沥青的再生机理。研究结果表明：添加掺量(质量分数)为8%、10%的SW再生剂均可将老化基质沥青和老化SBS改性沥青的三大指标和黏度恢复至原样沥青水平;在SW再生剂的作用下,老化基质沥青和老化SBS改性沥青的高温稳定性显著下降,低温抗裂性显著提升,且均能恢复至原样沥青水平;SW再生剂在老化沥青中主要以物理共混形式存在,但仍存在苯酚与甲醛缩聚和烯烃类物质氧化裂解等化学反应;SW再生剂富含大量轻质组分,对老化沥青具有显著的稀释作用;其所含的酚基化合物可促使老化沥青中的高分子量组分转化为小分子量组分,从而导致大分子物质和中分子物质质量分数降低,小分子物质质量分数增加,分散性指数减小,进而改善老化沥青组分的相容性和分子量分布。     

木屑液化产物合成的生物沥青性能及机理分析

为促进废物利用及绿色道路材料开发,结合我国木质材料固体废弃物特性及生物沥青发展的需要,将杨木屑液化产物合成树脂,然后加入基质沥青制备生物沥青。分析了合成树脂掺量对生物沥青针入度、软化点、延度及黏度的影响,确定了合理的合成树脂掺量。并探讨了生物沥青的复数剪切模量、相位角、车辙因子在30~80℃温度范围内的变化规律;通过短期与长期老化试验,采用老化前后的针入度比、软化点增值、延度比、黏度老化指数指标分析了生物沥青的耐久性,并与基质沥青及SBS(5%)改性沥青进行对比分析。通过红外光谱分析,讨论了生物沥青的作用机理。结果表明,生物沥青中合成树脂的合理掺量为10%,该掺量的生物沥青复数剪切模量、相位角、车辙因子与SBS(5%)改性沥青较为接近,即生物沥青具有较优良的高温抗车辙性能;生物沥青抗长期老化能力与SBS改性沥青接近,远高于基质沥青。分析认为,生物沥青中的合成树脂可吸收沥青的轻组分使沥青质相互之间的距离缩小,从而改变沥青的黏度;合成树脂在生物沥青中可形成网络结构,提升其高温黏性及低温弹性;合成树脂与沥青交互作用,可增强沥青内部的黏聚力,进而提高了沥青的高温性能及抗老化性能。     

生物炭改性沥青的路用性能

为改善沥青的路用性能并兼顾环境效益,选择生物炭对沥青进行改性,采用高速剪切法制备不同掺量的生物炭改性沥青,通过沥青三大指标试验、60℃动力黏度试验、布氏旋转黏度试验(RV)、旋转薄膜烘箱老化试验(RTFOT)等对其进行性能评价。试验结果表明,生物炭可有效提高沥青材料的高温性能及温度稳定性,其掺量达到12.5%时改性效果为最佳;生物炭改性沥青的动力黏度和布氏黏度均随生物炭掺量的增加而不断增大,表明生物炭改性剂具有显著的增稠作用,可提高改性沥青的黏结及抗流动变形能力;不同生物炭掺量的残留针入度比均高于基质沥青的,软化点增量均小于基质沥青的,生物炭改性沥青的抗老化性能得以改善。此外,生物炭沥青的应用具有良好的环境效益和经济效益。     

再生沥青中高温流变性试验研究

为了评价回收沥青来源和掺量对再生沥青中高温流变性的影响,基于美国公路战略研究计划(Strategic Highway Research Program,SHRP)沥青试验方法,选取Δη、ΔG*/sinδ、ΔG*sinδ为评价指标,表征中高温条件下,每增加1%回收沥青,再生沥青的相对黏度、相对车辙因子及相对疲劳因子对其流变性的影响。研究结果表明:加入回收沥青后,再生沥青的黏度、车辙因子及疲劳因子都增大;3个指标依赖于回收沥青来源、掺量、温度及老化条件;高温条件下Δη和ΔG*/sinδ随温度升高线性减小;中温条件下ΔG*sinδ随温度升高线性增大,3个指标的线性变化趋势与回收沥青的来源、掺量及再生沥青老化无关;选取的3个指标能较好地评价回收沥青来源和掺量对再生沥青中高温流变性的影响。     

不同热氧老化强度对沥青及其再生性能的影响

为了探究热氧老化强度对沥青性能的影响,对沥青进行了不同次数的旋转薄膜烘箱老化实验(RTFOT)和不同次数RTFOT+压力老化箱老化(PAV)实验,分别测试了老化前后沥青样品的常规物理性能和动态剪切流变性能.为了使不同热氧老化强度下的沥青性能能够恢复到基质沥青水平,采用了黏度调和法来确定再生剂掺量.实验结果表明:不同热氧老化强度下的沥青其物理性能存在较大的差异;动态剪切流变实验发现,达到一定老化强度后沥青复数模量的增量明显减少,且最终沥青复数模量趋近于一个稳定值.通过物理性能和流变性能均能发现:对于长炼70#沥青,3次RTFOT的老化强度与1次RTFOT+PAV的老化强度相当.通过黏度调和法选取再生剂掺量时,发现各老化再生沥青的沥青复数模量均能恢复到基质沥青的水平,针入度略低于基质沥青,延度都有明显的提高,且软化点都高于基质沥青;同时,中低温下相位角能恢复到基质沥青的水平,但高温下却无法恢复到原基质沥青的水平.     

泡沫温拌再生沥青抗疲劳性能

为了研究回收沥青掺量对泡沫温拌再生沥青抗疲劳性能的影响,采用三大指标试验、动态剪切流变试验和扫描电镜试验,测试了不同回收沥青掺量下的泡沫温拌再生沥青抗疲劳性能的变化。试验结果表明:随着回收沥青掺量的增加,泡沫温拌再生沥青的疲劳因子和极限疲劳温度值逐渐增大,疲劳寿命值不断减小,抗疲劳性能不断变差;当回收沥青掺量大于等于60%(质量分数)时,泡沫温拌再生沥青的抗疲劳能力显著变差。回收沥青使泡沫温拌再生沥青的表面由光滑细腻逐渐变为清晰的褶皱,刚性增强。     

渗透型再生剂对再生沥青性能影响的实验分析

为改性老化沥青,恢复老化沥青的路用性能,综合相容性和胶体调和原理,用回收食用油和扩散剂制备渗透型再生剂,对比分析普通型再生剂与渗透型再生剂用量对再生沥青粘滞性和低温性能的影响,并采用动态剪切流变试验测定再生沥青的车辙因子。结果表明,随着再生剂掺量的增加,再生沥青的针入度和延度呈近似的线性增大,软化点、动力粘度和低温蠕变劲度则降低;相比于普通型再生剂,渗透型再生剂的再生效果更好,当渗透型再生剂的用量为6%时,再生沥青的以上性能均可恢复至基质沥青的指标水平,且再生沥青具有合适的车辙因子以满足高温稳定性的要求。     

基于统计学的再生沥青混合料疲劳性能试验研究

为研究再生沥青混合料(reclaimed asphalt pavement,RAP)掺量、温度、行车速度、车辆轴重对再生沥青路面疲劳寿命的影响,通过开展多因素(RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变)多水平的再生沥青混合料小梁四点弯曲疲劳试验,采用统计学方法分析了RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变对再生沥青混合料疲劳寿命与疲劳方程的关系,并改进了疲劳方程.结果表明:RAP掺量、控制应变、加载频率、试验温度对疲劳寿命影响的显著性较高,但RAP掺量与其他三因素的交互效应显著性不明显;四因素对再生沥青混合料疲劳寿命的影响程度为控制应变>试验温度>RAP掺量>加载频率;佩尔疲劳模型适用于再生沥青混合料疲劳寿命研究,此模型中的系数与RAP掺量、试验温度、加载频率相关度较高,此三因素可通过非线性拟合引入疲劳模型,且改进后的疲劳模型可靠度较高.     

废机油再生SBS改性沥青性能及再生机理

为研究废机油对老化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene, SBS)改性沥青的再生效果及再生机理。采用沥青加速老化试验模拟长期老化过程制备老化SBS改性沥青,分别添加不同含量的废机油制备再生沥青,并结合沥青物理性能、流变性能试验评价再生SBS改性沥青性能。在此基础上,采用红外光谱试验、四组分分析试验、荧光显微分析试验探究废机油再生SBS改性沥青机理。研究结果表明：老化后SBS改性沥青针入度与延度降低,软化点与粘度增加,废机油的掺入将会增加老化SBS改性沥青针入度与延度,降低软化点与粘度,且与废机油掺量呈正比;废机油的使用将会降低再生SBS改性沥青的高温流变性能,提高再生SBS改性沥青的疲劳寿命;废机油能够降低老化SBS改性沥青劲度模量,对蠕变速率指标影响不显著;SBS改性沥青在老化过程中SBS发生破坏,沥青中的羰基与亚砜基含量增加,而废机油的掺入将会降低老化沥青中羰基与亚砜基含量,属于物理再生过程;SBS改性沥青老化后,饱和分、芳香分含量减少,胶质、沥青质含量增加,而废机油掺入后影响则反之;废机油的掺加将会使断裂的SBS分子部分溶胀,恢复沥青性能。     

表征高温性能的沥青纯粘性稠度

利用自行研发的沥青稠度测试仪,对沥青高温流动和粘弹特性进行分析可知,粘性成分是沥青抵抗变形的关键.为此引入了0.1 s-1剪变率时的纯粘性稠度,并提出了计算方法.将高温时0.1 s-1纯粘性稠度与沥青常规高温指标和沥青混合料动稳定度进行了比较分析,结果表明:高温时0.1 s-1纯粘性稠度克服了常规指标不适宜评价改性沥青的缺点,适合作为沥青高温性能新指标.最后,分析并推荐了沥青高温0.1 s-1纯粘性稠度标准的建议值.     

沥青胶结料性能评价新指标的研究

针对中国常用的沥青高温指标和温度敏感性指标的不足,首先运用自行研发的稠度测试仪进行了沥青粘弹性分析,发现沥青粘性部分是影响沥青高温性能的关键,由此提出了沥青纯粘性稠度及其计算方法;与沥青混合料动稳定度的比较分析表明：纯粘性稠度克服了中国现有高温指标不适宜评价改性沥青的缺点,可以作为沥青的高温指标。然后,通过稠度与温度关系的分析,提出了表征沥青感温性的稠度－温度指数及其计算方法。最后,给出了沥青纯粘性稠度和稠度－温度指数标准的建议值。     

基于材料复合理论的老化沥青再生规律

通过复合材料的性能模型及相关沥青组分调合模型的研究,从理论上说明了再生沥青材料性能的可设计性及其材料复合效应.以老化沥青和新沥青及再生剂为基质组分,设计复合再生试验,通过常规物理指标、SHRP指标和感温指标分析新沥青、再生剂对老化沥青的复合再生规律,并推导了再生沥青的复合性能模型.试验结果表明:再生沥青与新沥青掺量在针入度、软化点、高温车辙因子、低温劲度模量及针入度指数指标方面具有良好的对数线性或线性复合关系;再生剂与旧沥青的复合针入度符合Grunberg方程,且再生剂对老化沥青的再生规律与新沥青对老化沥青的再生规律基本相同;尽管在低温延度方面,新沥青及再生剂与旧沥青的复合规律均较差,但再生剂对旧沥青延度及其他性能的改善远优于新沥青.     

橡胶-硅藻精土复合改性沥青的制备及机理

为了改善沥青的高温性能,采用橡胶和硅藻精土制备多种掺量的复合改性沥青。利用针入度、软化点、延度、旋转粘度试验,对不同改性沥青性能进行表征,通过曲面响应法得出改性剂最佳掺量比例,并对比橡胶沥青、橡胶-SBS复合改性沥青进行改性效果评估。采用旋转薄膜烘箱老化试验、热重分析法、差示扫描热量法、红外光谱扫描试验、扫描电镜试验、研究了橡胶-硅藻精土复合改性沥青的老化性能、高温性能、微观结构和反应机理。结果表明,22%橡胶和4%硅藻精土的复合改性沥青综合性能最好。与橡胶沥青、橡胶-SBS复合改性沥青相比,橡胶-硅藻精土复合改性沥青表现出了更好的高温稳定性;橡胶粉、硅藻精土与基质沥青之间主要存在物理共混,沥青与两者形成了相互稳定的整体。     

基于介电性质的沥青抗疲劳性能试验研究

为了研究不同老化阶段沥青疲劳性能,通过对热、氧、紫外线、水耦合老化前后的90#基质沥青、SBS改性沥青进行线性振幅扫描（LAS）和介电常数测试,从损伤累积和相位角变化两个角度讨论了不同老化阶段沥青疲劳性能变化情况,并分析了基于介电性质的沥青组分与疲劳应变曲线斜率绝对值B、基于损伤的疲劳破坏参数、基于相位角的疲劳破坏参数之间的关联性。结果表明：老化程度越深,沥青疲劳寿命越短,且沥青基于抗疲劳性能的应变敏感性越大;采用基于损伤的疲劳破坏准则所定义的破坏应变和疲劳寿命评价沥青的抗疲劳性能是合理可行的,且与基于相位角的疲劳破坏准则所定义的破坏应变和疲劳寿命的分析结果一致;可见基于介电性质对沥青组分进行划分的方法合理可行,并可与沥青路用性能进行关联,进一步指导沥青改性工艺。     

Sasobit对温拌橡胶沥青及沥青混合料高温性能影响

采用温拌添加剂Sasobit改性而成的温拌橡胶沥青是一种新材料,通过对不同Sasobit掺量下的温拌橡胶沥青进行常规性能、粘度性能以及混合料的高温性能试验,分析Sasobit对温拌橡胶沥青及其混合料高温性能的影响及其规律.试验结果表明:Sasobit的最佳掺量为3%,其降粘效果约为20℃.     

DMA在沥青流变性能研究中的应用

沥青具有显著的流变性,动态力学分析（Dynamic Mechanical Analysis,简称DMA）恰是用流变学指标来评价材料的各种性能。简要阐述了DMA的原理,论述了用DMA方法进行沥青材料性能研究的优越性,结合具体实例阐述该方法在研究沥青及沥青结合料的粘弹性、高温性能、疲劳性能和低温性能等方面的应用,以及DMA方法用于测定沥青零剪切粘度的方法介绍。结果表明,动态力学分析方法可以在相对较短的时间内获得较丰富的粘弹信息,是全面研究沥青性能的有效方法。