基于线黏弹范围的改性沥青动态流变性能

为了比较改性沥青在较宽频率范围内的流变性能,选择SBS、高弹、高黏和高强等4种改性沥青与基质沥青进行动态力学分析通过应变扫描试验,发现在相同复数模量时,4种改性沥青的线黏弹范围均小于基质沥青.在线黏弹范围内进行频率扫描试验,并应用时温等效原理分别构建复数模量和相位角主曲线,可区分不同改性沥青的性能差异.结果表明:高弹改...     

多聚磷酸复合SBS改性沥青流变性能及抗老化特性

采用动态剪切流变和弯曲梁流变试验,对多聚磷酸(PPA)复合SBS改性沥青在高、低温下的流变特性进行了研究,并与硫磺复合SBS改性沥青进行了对比分析.通过傅里叶红外光谱分析仪对不同原样沥青、旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT)以及压力加速老化试验(PAV)后沥青中含有的与老化有关的官能团进行了分析.结果表明:添加适量的PPA可明显改善沥青的高温性能;相对于硫磺复合SBS改性沥青,PPA复合SBS改性沥青具有较好的高温性能,但低温性能相对较差;随着SBS掺量的增加,PPA复合SBS改性沥青的低温性能随之增强;经过短长期老化后PPA复合SBS改性沥青的亚砜基指数变化很小,其抗老化性能得到改善.     

荒漠地区橡胶改性沥青老化性能试验分析

沥青老化性能试验是评价沥青路面材料使用寿命的重要方法.通过采用旋转薄膜烘箱实验(RTFOT)后残留针入度、延度试验、动态剪切流变试验(DSR)方法,得到了荒漠地区橡胶改性沥青短期、长期老化规律.结果表明:RTFOT短期老化残留针入度:橡胶改性沥青苯乙烯一丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)克拉玛依(克)90号基质沥青;相位角δ:橡胶改性沥青DSR试验SBS改性沥青基质沥青.抗老化性能压力老化实验(PAV):橡胶改性沥青SBS改性沥青克90号基质沥青.研究得出掺入橡胶粉可明显提高沥青的抗变形、抗老化性能,可为废旧橡胶粉掺入路用沥青提供科学的理论支撑与技术指导.     

SBS、橡胶和高黏改性沥青流变性能对比

为充分认识在同一评价体系中不同改性沥青高低温流变性能,使用动态剪切流变仪对SBS、橡胶和高黏改性沥青分别进行应变扫描试验,确定其线性黏弹性范围,进行频率扫描试验和多重应力蠕变恢复试验分析其高温性能。同时使用弯曲梁流变仪对3种改性沥青进行弯曲蠕变劲度试验分析其低温性能。研究结果表明:根据应变扫描试验结果,当应变小于10%时,SBS、橡胶和高黏改性沥青处在线性黏弹性范围内。根据频率扫描试验结果,使用Sigmoidal模型拟合SBS、橡胶和高黏改性沥青的复数剪切模量主曲线光滑连续,且均是简单的流变材料; SBS、橡胶和高黏改性沥青在低频状态下复数剪切模量相差较大,在高频状态下复数剪切模量相差较小。根据多重应力蠕变恢复试验结果,相比SBS和高黏改性沥青,橡胶改性沥青具有较高的流动变形特性;高黏改性沥青的抗永久变形能力优于橡胶和SBS改性沥青。低温弯曲蠕变劲度试验中,蠕变劲度和蠕变速率均与温度呈指数关系。通过蠕变劲度和蠕变速率可知,高黏改性沥青的低温抗裂性优于SBS和橡胶改性沥青。此外,用蠕变劲度指数衡量改性沥青的低温感温性,可知高黏改性沥青温度敏感性低于SBS和橡胶改性沥青温度敏感性。因此,在流变性能方面,高黏改性沥青的高低温性能均优于SBS和橡胶改性沥青。     

NOMMT/SBS复合改性沥青流变性能

为了研究纳米有机蒙脱土(NOMMT)与SBS两种改性剂对沥青流变性能的影响,采用熔融插层复合法,将改性剂与基质沥青熔融共混,制备了6种不同NOMMT、SBS改性剂掺量的NOMMT/SBS复合改性沥青.通过动态剪切流变(DSR)与弯曲梁流变(BBR)试验,分析不同的温度、NOMMT及SBS掺量和老化条件下的沥青流变性能.结果表明,SBS改性剂对基质沥青的高温稳定性和低温抗裂性具有良好的改善作用,且改善效果与SBS掺量有关;添加NOMMT不仅可有效增强SBS改性沥青的高温稳定性和低温抗裂性,而且显著提高其抗老化性能.此外,在研究的NOMMT和SBS掺量范围内,添加2%NOMMT和3%SBS改性沥青老化前后的高温稳定性和低温抗裂性最好.     

SBS改性沥青老化后的动态力学性能

为了研究老化对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青动态力学性能的影响,通过1种基质沥青和4种SBS改性沥青的常规试验和动态剪切流变试验(DSR),分析比较了原样沥青、旋转薄膜烘箱(RTFO)老化沥青和压力老化(PAV)沥青的试验结果.研究表明:常规试验难以反映改性和非改性沥青老化后性能的差异;DSR试验则可准确地描述老化作用对改性沥青性能的影响.通过傅立叶转换红外线光谱(FTIR)试验和胶凝渗透色谱法(GPC)试验分析了SBS改性沥青的老化机理,表明SBS改性沥青的老化是由基质沥青的氧化硬化和SBS老化降解共同作用的结果,且DSR试验更能揭示聚合物改性沥青的老化特点.     

基于DSR的改性沥青及混合料动态黏弹性能

为了在相似加载条件下比较改性沥青及混合料的动态黏弹性能,选择4种不同特点的改性沥青,成型了混合料小梁试件.应用动态剪切流变仪(DSR)分别进行了不同温度下的频率扫描试验,根据时间-温度等效原理构建了改性沥青及混合料的流变主曲线,对主曲线形态和流变模型拟合结果进行了对比分析.研究表明:改性沥青及混合料的复数剪切模量主曲线形态相似,采用改进型CAM模型进行拟合的效果很好,相关系数在0.996以上;平衡复数剪切模量G*e可用来区分不同类型改性沥青及其混合料的高温性能;高强改性沥青的高温抗车辙性能明显优于其他改性沥青,但软化点和60℃动力黏度不适用于评价高强改性沥青.改性沥青的动态力学响应能够反映其混合料的黏弹性能.     

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。     

沥青混合料动态模量梯形梁与SPT试验比较研究

选用70号基质沥青和SBS改性沥青2种沥青材料、4.75 mm筛孔通过率分别为35%和55%的2种级配组合成4种沥青混合料,分别进行梯形梁和简单性能试验机(SPT)动态模量试验研究。基于时温等效原理,用非线性最小二乘法绘制参考温度为20℃的动态模量和相位角主曲线。研究结果表明:梯形梁和SPT试验得到的动态模量与相位角的主曲线变化趋势一致,但有明显区别;梯形梁试验的主曲线频域更窄,动态模量更小,相位角更大,且所得动态模量和相位角对频率(温度)的变化更敏感;频率(温度)也会对2种试验方法下动态模量和相位角的差异程度产生影响;SBS改性剂可以改善沥青混合料的动态力学性能及其路用性能;使用回归方程对2种试验方法行的动态模量进行转换拟合的相关性良好;加载模式对动态模量的影响显著,应当根据路面结构层的受力状况选择合适的动态模量试验方法。     

基于氧化动态模型的沥青热氧老化性能预测

为研究沥青热氧老化过程中的动态变化规律,对3种沥青在不同时间和温度条件下进行热氧老化,采用动态流变剪切仪对各老化后的沥青试样进行动态频率扫描试验,得到沥青的复数剪切模量、相位角主曲线,进而获得各试样的交叉模量,分析交叉模量在沥青老化过程中随老化时间和老化温度的动态变化规律,建立预测交叉模量的氧化动态模型.研究结果表明,无论是石油沥青还是改性沥青,交叉模量对数的倒数在老化开始一段时间增长速度较快,后期逐渐缓慢趋于线性增长;氧化动态模型可预测沥青经任意温度和任意时间老化后的交叉模量;每种沥青都有其各自的老化路径.     

长期老化对基质沥青与SBS改性沥青化学组成、形貌及流变性能的影响

为探究基质沥青和SBS改性沥青不同长期老化过程中化学组成、形貌及流变性能的变化,研究了紫外(UV)老化与压力老化箱(PAV)加速沥青老化试验对基质沥青与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青物理和流变性能的影响,采用傅里叶红外光谱(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)和原子力显微镜(AFM)探讨了长期老化过程中2种沥青化学组成与形貌的变化。研究结果表明:老化后2种沥青黏度均增大,抗剪切变形能力提高,沥青中的弹性成分增加,基质沥青的性能变化比SBS改性沥青更为明显;老化后改性沥青羰基指数增加幅度更大,SBS分子数量明显减少,改性沥青平均分子量比基质沥青变得更大,尤其PAV老化后SBS改性沥青中大分子比率明显增加;老化后沥青表面的典型蜂状结构遭到破坏,蜂状结构的数量和尺寸有较大变化。对于蜂相区域,2种沥青UV老化后,表面粗糙度变化较小,而PAV老化后,表面粗糙度显著增加;对于平滑相区域,SBS改性沥青表面粗糙度老化前后无显著变化,基质沥青表面粗糙度老化后降低,并且PAV老化后粗糙度比UV老化降低更明显;基质沥青和SBS改性沥青PAV老化后老化程度明显高于UV老化,且添加SBS改性剂能提高沥青长期抗热氧老化方面性能,对长期抗光氧老化方面性能的提升不明显。     

SMC再生SBS沥青的流变性能和微观特性研究

【目的】探究新型温拌再生剂甲基苯乙烯共聚物（styreneic methyl copolymer,SMC）对老化苯乙烯系热塑性弹性体（styrene butadiene styrene,SBS）改性沥青的再生效果和再生机理。【方法】首先,在室内制备不同老化程度的沥青。然后,采用SMC再生剂对不同老化程度的SBS改性沥青进行再生。接着,对再生后的SBS改性沥青进行动态剪切流变和低温弯曲蠕变试验,以评价其流变性能。最后,开展红外光谱试验以揭示其作用机理,进行电镜扫描试验以验证SMC再生剂的再生效果。【结果】SMC再生剂会降低老化SBS改性沥青的车辙因子,降低老化SBS改性沥青的恢复率,同时会使老化SBS改性沥青的低温性能得到极大提升。SMC再生剂未与SBS改性沥青发生化学反应,两者仅为物理共混。同时,SMC再生剂能够弥补沥青因老化产生的裂缝。【结论】SMC再生剂对老化SBS改性沥青具有较好的修复效果,能够为沥青的再生提供一种新的途径。     

多尺度条件下高弹高黏改性沥青耐老化及存储稳定性诊断评价

为探究高性能添加剂对传统改性沥青抗老化行为的增强机制及其存储稳定性的影响特征，在掌握高弹高黏改性沥青基本物理性能参数的基础上，通过傅里叶红外光谱仪、动态剪切流变仪、荧光显微镜等多尺度测试手段，分析了不同老化状态下高弹高黏改性沥青的宏观流变力学行为及其微结构组成与形貌特征.结果表明：改性剂能够对传统改性沥青的基本物理性能有显著改善，残留针入度、软化点增量和残留延度等指标能够较好地评价沥青的耐老化性；傅里叶红外光谱中没有新出现的特征峰，表明沥青改性过程中以物理共混为主，羰基官能团指数、亚砜基官能团指数和聚合物指数能有效反映不同改性沥青的老化程度；通过动态剪切流变频率扫描试验获取的相位角、车辙老化指数及复数模量主曲线能够有效评价不同老化程度下沥青的流变力学行为；不同添加剂在传统改性沥青内部的分散、相容与交联状态存在差异，显著影响其内部的3维空间网状结构，进而导致其呈现不同的存储稳定性；以热塑性橡胶为主要成分的添加剂增强了传统改性沥青的耐老化能力及存储稳定性能.研究成果可为高性能添加剂的甄选及先进沥青基材料的生成与调控提供理论依据与技术保障.     

岩沥青复合改性沥青流变性能

为改善岩沥青改性沥青的流变性能,使其更好地应用于实际工程,分别添加不同掺量的胶粉、SBS和岩沥青,制备得到胶粉/岩沥青复合改性沥青(CR/RACMA)和SBS/岩沥青复合改性沥青(SBS/RACMA),采用针入度、软化点和黏度试验筛选改性剂掺配方案,应用频率和温度两种扫描模式下的动态剪切流变(DSR)和弯曲梁流变(BBR)试验分析岩沥青复合改性沥青的流变性能,利用Black曲线探讨岩沥青复合改性沥青的时温等效原理有效性及黏弹特性,并通过多应力蠕变恢复试验评价岩沥青复合改性沥青的抗永久变形能力.结果表明,CR/RACMA较SBS/RACMA具有更好的高温性能和温度敏感性;CR/RACMA较SBS/RACMA具有更优的PG分级,其中添加18%胶粉和5%岩沥青的CR/RACMA的PG分级最优;SBS/RACMA具有更加明显的时温依赖性,而CR/RACMA不适用于时温等效原理;CR/RACMA较SBS/RACMA具有更高的弹性成分和更小的不可恢复应变,其中添加18%胶粉和5%岩沥青和添加14%胶粉和12%岩沥青的复合改性沥青表现出相近的抗永久变形能力.综合流变性能试验分析得到18%胶粉和5%岩沥青是岩沥青复合改性沥青的合理掺配.     

厂拌热再生改性沥青混合料的动态黏弹特性

为研究再生改性沥青混合料的动态黏弹特性,进行了沥青混合料性能试验(AMPT),分析了试验温度和荷载频率对再生混合料动态模量和相位角的影响规律,以及旧料掺量、再生剂和老化的作用效应,建立了动态模量主曲线.结果表明:随温度升高,不同荷载频率内,再生混合料动态模量趋于一致,而相位角呈不同的变化趋势,旧料掺量大于70%,相位角峰值消失;高温下再生混合料黏性表现充分,动态模量受加载频率影响较小;中低温时再生混合料相位角随荷载频率增大而减小,温度较高时先增大后减小,峰值及其对应的荷载频率小于新拌混合料,且随旧料掺量增加进一步减小;较宽频域内,再生混合料与新拌混合料动态模量趋于一致,与旧料掺量、再生剂及老化无关.     

基于黏弹特性的SBS改性沥青多次再生效果评价

采用动态力学分析方法(DMA法)对SBS改性沥青多次再生前后的黏弹特性进行研究,通过比较复数剪切模量、相位角、车辙因子、弹性恢复率和不可恢复的蠕变柔量等参数评价SBS改性沥青独特黏弹特性的保留程度与再生效果,并采用荧光显微镜对老化与再生过程进行观测.结果表明:随着老化与再生次数的增多,再生剂对SBS改性沥青黏弹性能的再生效果越来越差,SBS改性沥青独特黏弹特性逐渐丧失;多次再生后沥青对应力水平的敏感性增强,弹性恢复能力变差,越来越接近硬质沥青,难以满足适用于SBS改性沥青的MSCR分级标准;老化过程中SBS逐渐发生聚合、相容性变差,再生剂只能补充老化过程中沥青组分的迁移造成的轻质组分的减少,但不能重新分散SBS改性剂、不能改善SBS与沥青的相容性;SBS改性沥青3次及以上再生时,如果只采用再生剂再生,可考虑将之作为硬质沥青进行应用,如果不降低改性沥青路面的路用性能,新添加的改性沥青应添补旧沥青丧失的SBS黏弹特性,针对性定制新的改性沥青将成为技术途径.     

老化时间对SBS改性剂与沥青胶结料官能团的影响

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和弯曲梁流变(BBR)试验,对老化0h、1h、5h、8h、24h、48h和72h条件下的2种沥青胶结料进行低温性能试验并与SBS改性剂进行官能团分析,探究基质沥青、SBS改性剂与其改性沥青的官能团随老化时间变化趋势,分析其老化方式,建立2种沥青胶结料官能团与其低温性能之间的关系。结果表明：SBS改性剂的老化是由聚丁二烯和聚苯乙烯的共同作用导致的,其老化方式主要是以烯烃和烷烃发生降解为主；基质沥青和改性沥青老化方式均是轻质油份挥发并与空气中氧气发生交联反应。SBS改性剂与其改性沥青在特征红外吸收峰处变化趋势不同,因此仅采用SBS改性剂特征红外吸收峰变化趋势不足以反应其改性沥青的特征峰变化。2种沥青胶结料的羰基指数与蠕变柔量导数指标存在良好的线性相关,可反映沥青低温变形能力。     

SBS改性沥青的阶段性老化特征与机理

采用荧光显微镜、红外光谱和凝胶色谱等微观试验,分析苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青老化过程中的微观相态结构、沥青相的吸氧程度及分子尺寸构成的变化情况.试验与分析结果表明,SBS改性沥青存在着2个明显的老化阶段:第1阶段,沥青吸氧速率较低、小分子比例基本不变,SBS颗粒尺寸逐渐减小并最终发生凝聚、离析,导致SBS改性沥青的韧性逐渐下降,直至完全丧失;第2阶段,沥青吸氧速率显著增大、小分子比例减少,由于SBS降解后苯乙烯仍起到改性作用,使沥青稠度增大,从而沥青软化点呈上升趋势.     

碳纳米管/SBS复合改性沥青的性能

为了弥补SBS改性沥青存在的贮存稳定性差以及抗紫外光老化性能差等缺陷,发挥碳纳米管在复合材料增强方面的优势,采用高速剪切法制备了碳纳米管/SBS复合改性沥青。通过测试不同掺配比例时各试样的针入度、延度和软化点,分析了碳纳米管对SBS改性沥青高低温和感温性能的影响。采用动态剪切流变试验、弯曲梁流变试验以及布氏黏度试验,测试了改性沥青的高温流变、低温蠕变以及施工和易性等性能。运用紫外环境箱进行加速光老化试验,评价了碳管在抗紫外老化中的作用。研究结果表明,碳管可以提高SBS改性沥青的软化点、黏度,提升高温流变性能和抗紫外老化性能,而对延度和低温蠕变性能基本无影响;碳管掺量为1%时,复合改性沥青综合性能较为优异。     

活化胶粉/SBS复合改性沥青短期老化性能

为了探究SBS复合改性对活化胶粉改性沥青短期老化性能的影响,采用沥青薄膜加热试验(TFOT)模拟复合改性沥青的短期老化行为,通过软化点、针入度、弹性恢复、黏度和测力延度试验对复合改性沥青老化前后的高温性能、低温性能及施工和易性进行评价;以软化点为主要指标,研究复合改性沥青在不同老化条件下的性能稳定性;结合扫描电镜(SEM)及体式显微镜分析活化胶粉/SBS复合改性沥青的微观形貌与短期老化性能的关联性。研究结果表明:活化胶粉/SBS复合改性沥青经短期老化后的高温性能、低温性能及施工和易性相关指标变化幅度降低,SBS的加入改善了活化胶粉改性沥青的耐老化性能;活化胶粉/SBS复合改性沥青的软化点受老化时间及老化温度的影响较小,在不同短期老化条件下具有良好的稳定性;SBS与沥青形成的网状结构有效减缓了活化胶粉/SBS复合改性沥青短期老化期间胶粉的二次降解;体式显微镜照片中发现SBS的加入使活化胶粉/SBS复合改性沥青在短期老化过程中保持了相对稳定的多相结构,有助于胶粉和SBS降解产物与沥青反应补充沥青中的组分,起到抗老化的目的。