多聚磷酸改性沥青高温评价性能指标研究

针对不同多聚磷酸改性沥青胶结料进行了常规高温性能试验和Superpave高温性能试验,得到了不同的高温性能评价指标,并对比分析了沥青胶结料高温性能评价指标之间的关系.采用改进后的车辙试验验证了沥青混合料的高温性能,研究了沥青胶结料与混合料高温性能之间的相关性.通过差示扫描量热法(DSC)试验分析了多聚磷酸改性沥青以及SBS复配多聚磷酸改性沥青的改性机理.结果表明:软化点和累积应变可以较准确地评价不同类型沥青胶结料的高温性能;掺加多聚磷酸可以减小基质沥青和SBS改性沥青的热流率,从而改善基质沥青和SBS改性沥青的热稳定性;累积应变可作为高弹改性沥青胶结料的较合理评价指标.     

排水性沥青混合料低温性能的探讨

针对高寒多年冻土区特点,分析排水性沥青混合料低温性能的影响因素及评价方法,为保证低温性能,首先对3种改性沥青的原样、薄膜老化(TFOT)样品、压力老化(PAV)样品进行常规指标试验、-12℃弯曲流变仪(BBR)试验,评价沥青胶结料的低温性能;然后,对几种沥青成型的排水性沥青混合料进行约束试件温度应力试验(TSRST),评价排水性沥青混合料的低温抗裂性能,并通过与长期老化试件TSRST试验结果的对比,分析老化对排水性沥青混合料低温性能的影响。研究结果表明:沥青胶结料BBR试验的劲度模量与排水性沥青混合料的TSRST试验结果有很好的一致性;老化后的排水性沥青混合料冻断温度升高、冻断应力减小,低温性能降低;排水性沥青混合料的冻断应力约为密级配沥青混合料的1/3,冻断温度相近,2种类型沥青混合料低温性能相差不明显。     

青藏高寒地区沥青混合料低温抗裂性能的灰关联分析

运用单因素方差分析方法,研究了低温弯曲试验结果,得到沥青种类、级配类型和不同的公称最大粒径对青藏高寒地区沥青混合料低温抗裂性能的影响程度;以弯曲应变能密度为评价指标,利用灰关联分析法分析沥青种类对低温抗裂性能的影响.结果表明:SBS/SBR复合改性沥青混合料的低温抗裂性能最优,SBS次之,SBR最差;具有骨架密实结构的级配B沥青混合料的低温抗裂性能优于级配A;AC-13沥青混合料的低温性能优于AC-20与AC-25.可见,在青藏高寒地区选用具有骨架密实结构、公称最大粒径较小的SBS/SBR复合改性沥青混合料,有利于提高沥青混合料的低温抗裂性能.     

应力吸收层沥青混合料的路用特性

通过对自主研发的Sampave特种改性沥青的应力吸收层混合料进行低温弯曲试验,分析沥青结合料对应力吸收层沥青混合料低温抗裂性能的影响;采用拉伸与拉压疲劳试验,比较不同沥青结合料的应力吸收层混合料抗拉伸变形与抗拉压疲劳性能.结果表明,研发的Sampave特种改性沥青混合料具有优良的低温抗裂、抗拉伸和抗拉压疲劳性能,但单一改性剂SBR改性沥青并不能达到应力吸收层沥青结合料的性能要求.     

改性沥青在排水性沥青路面中的应用

为了研究改性沥青性能对排水性沥青混合料的影响,针对目前常用的几种类型改性沥青,通过粘韧性试验、60 ℃粘度试验、流淌试验、飞散试验、高温车辙试验和低温弯曲试验,对改性沥青和混合料进行了各项技术指标测试,系统评价了不同改性沥青对沥青混合料路用性能的影响,提出了中国排水性路面改性沥青技术要求的建议值.结果表明:不同类型的改性沥青其性能差别较大,应分别提出技术要求;冻融劈裂试验比残留稳定度试验能更好地评价排水沥青混合料的水稳性;添加少量木质素纤维可以明显提高沥青与矿料之间的握裹力,SBS改性沥青混合料和SBR改性沥青混合料各项指标都能达到与日本高粘度改性沥青相同的技术标准.     

沥青混合料低温抗裂性评价方法研究

一般评价沥青混合料低温抗开裂性能可从两方面进行,一方面看其在低温下的变形能力;另一方面看其在低温断裂时所能承受的断裂拉力的大小,但以往多以其变形能力这一单一指标来衡量沥青混合料的抗开裂能力是不全面的,为此从如何综合反应沥青混合料断裂时的应力,应变大小的角度出发,提出了评价沥青混合料低温抗开裂性能的压缩应变能指标及计算方法,并对两种改性沥青混合料进行了冻断试验和压缩应变性能试验,比较了它们的试验结果。     

应力吸收层温拌橡胶沥青混合料性能

为解决半刚性基层沥青路面和旧路加铺沥青层存在的反射裂缝问题,提出设置温拌橡胶沥青混合料应力吸收层防治反射裂缝的产生。针对寒冷地区低温特点,对用作应力吸收层的SAK-Ⅰ温拌橡胶沥青混合料进行了组成设计,通过正交试验确定橡胶沥青的最优组合和生产工艺,确定混合料的原材料、配合比和级配,采用旋转压实法成型混合料试件;通过车辙试验确定混合料的高温性能,根据低温弯曲试验和约束试件温度应力试验确定混合料的低温性能,依据浸水马歇尔稳定度试验和冻融劈裂试验确定混合料的水稳定性能,对用作应力吸收层的SAK-Ⅰ温拌橡胶沥青混合料的性能进行系统研究,并将SAK-Ⅰ温拌橡胶沥青混合料与热拌橡胶沥青混合料、Sasobit温拌橡胶沥青混合料的路用性能进行对比。研究结果表明:SAK-Ⅰ温拌剂能够使温拌橡胶沥青混合料在拌和温度与压实温度降低30℃的情况下,仍具有较好的高温稳定性能、低温抗裂性能和水稳定性能,其路用性能优良;冻断温度比破断强度、转折点温度和温度-应力曲线斜率更能准确评价温拌橡胶沥青混合料的低温抗开裂能力,冻断温度可作为评价温拌橡胶沥青混合料低温抗裂性能指标;SAK-Ⅰ温拌橡胶沥青混合料的路用性能比SBS改性沥青混合料的路用性能高,更适合在寒冷地区应力吸收层中推广使用。     

多聚磷酸及橡胶粉复合改性沥青性能

为研究多聚磷酸(PPA)与橡胶粉复合改性沥青的综合性能,以更好地确定其适用条件。分别采用常规试验及动态剪切流变试验,通过针入度、软化点、延度、针入度比、车辙因子、相位角、复数模量指数等指标,对不同橡胶粉含量及不同PPA掺量的改性沥青进行研究,详细评价PPA及橡胶粉复合改性后的高低温性能、感温性能及短期老化性能。结果表明:复合改性沥青高温性能得到很大提升,软化点提高,抗车辙因子较基质沥青提高了5～20倍;动态剪切流变试验中,在高温高频率条件下,复合改性沥青的储存模量随着频率增加而增大,在中国道路行驶的允许车速范围内,随着车速的增加,改性沥青的弹性性能表现更佳,利于沥青路面的抗车辙作用;掺入PPA及橡胶粉改性对沥青的延度并无改善,且掺量越多,对沥青延度降低幅度越大,低温抗裂性能下降;复合改性后,沥青复数模量指数(GTS)斜率变小,说明感温性能得到提升;对于老化性能来说,掺入PPA能提高沥青老化前后的抗车辙因子,相位角增加的范围也较小,PPA复配橡胶粉改性沥青老化前后高温抗变形能力优于橡胶粉单一改性沥青。综合看来,掺入PPA能有效改善橡胶粉改性沥青的高温性能、感温性能及短期老化性能,其中,掺量(质量分数,下同)1.5%PPA+15%橡胶粉复合改性沥青整体性能相对最佳。     

基于重复蠕变恢复试验的化学改性沥青高温性能

为了探究多聚磷酸(PPA)和反应型三元共聚物(RET)改性沥青的高温流变行为,基于重复蠕变恢复试验,深入研究基质沥青、PPA改性沥青、RET改性沥青及SBS改性沥青在不同加载应力及温度条件下黏弹性响应的变化规律,从温度、应力等方面对改性沥青的延迟弹性进行分析,并将PPA,RET与SBS等3种改性沥青的高温性能进行比较,更加客观地评价PPA和RET两种化学改性沥青的高温性能.采用Burgers模型对试验数据进行拟合,分析了蠕变劲度黏性成分与混合料车辙试验动稳定度的相关关系.结果表明:PPA和RET的加入可显著改善沥青的高温抗变形能力,提高路面的抗车辙性能.     

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.     

欧洲岩沥青改性沥青结合料使用性能试验研究

为探讨欧洲岩沥青改性沥青结合料使用性能的影响,在25%范围内对不同掺量的岩沥青改性沥青结合料进行实验室试验,并通过试验结果分析了基质沥青和改性沥青结合料的针入度、针入度指数、当量软化点、当量脆点、软化点、延度、黏度、RTFOT老化后的质量损失、残留针入度比和沥青老化指数等技术参数.试验结果与分析表明,随着岩沥青掺量的增加,岩沥青改性沥青结合料的高温性能、感温性能、可使用温度范围和抗老化性能得到明显改善.然而,随着岩沥青掺量的增加,岩沥青改性沥青结合料的低温性能与延度有所下降,有必要通过沥青混合料试验进一步评价岩沥青改性沥青的使用性能,尤其是低温特性.     

多聚磷酸改性沥青流变特性及改性机理

采用动态剪切流变、重复蠕变和弯曲梁流变等试验分别对多聚磷酸改性沥青、聚合物改性沥青以及聚合物复配多聚磷酸改性沥青在高、低温状态下的流变特性进行了系统研究.结果表明,多聚磷酸能够改善基质沥青和聚合物改性沥青的高低温性能;多聚磷酸与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性剂在改善沥青高温性能机制上存在明显不同,多聚磷酸的掺入显著增加了沥青的黏度,而对沥青的弹性变形恢复能力贡献较小,而SBS改性剂可大幅度提高沥青的弹性变形恢复能力.采用核磁共振(NMR)试验对多聚磷酸改性沥青的改性机理进行了初步分析,发现多聚磷酸与沥青发生了接枝、磷酸酯化和环化反应,从而改变了沥青的碳链结构和化学结构,宏观上使沥青变得更加黏稠.     

生物沥青、岩沥青及复合改性沥青常规性能与流变性能的相关性

为探讨生物沥青改性沥青和岩沥青改性沥青及其复合改性沥青常规性能和流变性能的相关性,对不同掺量的3种改性沥青进行常规使用性能和流变性能试验,并从高温性能、低温性能、可使用温度范围和感温性能等方面进行相关性分析.试验结果与分析表明:3种改性沥青的软化点和当量软化点之间相关性较好,且当量软化点与高温连续分级温度呈显著线性相关;生物沥青改性沥青的当量脆点与低温连续分级温度呈线性相关,另外两种改性沥青则为复杂抛物线关系,应结合两种性能指标综合评价沥青低温性能;3种改性沥青的当量软化点与当量脆点之差和高低温连续分级温度之差之间呈显著线性相关,对沥青可使用温度范围的评价具有一致性;3种改性沥青的针入度指数和复数模量指数之间相关性较好,对感温性能的评价具有一致性.可以通过常规性能指标来合理预估流变性能.     

多聚磷酸对沥青高低温性能和老化性能的影响

采用不同掺量多聚磷酸（PPA）对沥青进行改性,研究了PPA对沥青高低温性能和老化性能的影响,并借助化学组分和红外光谱测试分析了PPA改性沥青的老化机理。结果表明：随着PPA掺量增加,沥青的软化点和粘度升高,弗拉斯脆点向低温移动,沥青的高低温性能均得到改善。与未改性沥青相比,PPA改性沥青在短期热老化、长期热老化和紫外老化后的软化点增量、粘度老化指数和弗拉斯脆点变化量均明显减小,针入度保留率和延度保留率大幅提高。化学组分和红外光谱分析发现PPA促进了胶质向沥青质的转变,减少了沥青中易发生老化反应的活性组分,使老化过程中改性沥青的脂肪族、芳香族、羰基和亚砜基指数的变化量均明显减小,从而具有优良的抗老化性能。     

纤维类型及用量对沥青混合料抗裂性的影响分析

纤维类型及用量对提高沥青混合料抗裂性能有重要影响.采用间接拉伸试验方法,以破坏拉伸应变和应变能作为评价指标,通过添加聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维和木质素纤维制成纤维沥青混合料,比较不同纤维类型和纤维掺量对沥青混合料抗裂性能的影响.结果表明:对于破坏拉伸应变和应变能指标,从大到小依次为聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维、木质素纤维;纤维掺量在0%~0.2%范围内,纤维掺量提高对于变形能力有较大提升.     

AC-13布敦岩改性沥青混合料的路用性能

 为探讨布敦岩改性沥青的路用性能,以辽河A-90 号沥青作为基质沥青,布敦岩沥青作为外掺剂制备改性沥青混合料,通过车辙、浸水马歇尔、冻融劈裂、低温小梁弯曲等实验,研究沥青混合料的高低温性能和浸水性能,进而分析布敦岩沥青掺量对沥青混合料路用性能的影响。结果表明,布敦岩沥青可以有效地改善沥青的感温性能和抗老化性能,随着布敦岩沥青掺量的增加,混合料的高温稳定性能和水稳定性大大提高,但当布敦岩沥青掺量从20%增加到30%时,低温性能略有降低,因此布敦岩沥青掺量不宜超过30%。     

基于材料性能和数理统计的改性沥青适用性

为了寻求经济且环保的改性沥青结合料,以克服或减轻河北地区沥青路面的车辙和裂缝等病害,本文选用废胶粉（GTR）,多聚磷酸（PPA）和SBS高聚物作为SK90#基质沥青的改性剂,以河北某高等级公路为依托工程,在充分考虑当地施工环境的前提下,基于室内试验对不同改性沥青的高低温性能进行研究。同时,基于数理统计方法和沥青结合料的性能对各改性沥青在不同老化状态和不同温度条件下进行分组,从而研究GTR改性沥青和PPA改性沥青在河北地区的适用性。研究结果表明,与基质沥青相比,SBS,GTR和PPA三种改性剂对未老化和RTFO老化后的改性沥青高温性能均有显著影响。在河北地区,基于经济性对比结果,当强调沥青路面的高温性能时,掺加0.7％PPA（1.2％PPA）的改性沥青可以替代掺加3％SBS（5％SBS）的改性沥青;当强调沥青路面的低温性能时,掺加8%GTR或掺加1.2％PPA的改性沥青可以代替掺加5%SBS的改性沥青使用;SBS,GTR和PPA三种改性剂的掺加对经PAV老化后的改性沥青在中温区间时（22℃~31℃）的抗车辙性能不会造成显著影响;相较于基质沥青,掺加PPA可以增加沥青结合料的m值,而掺加GTR或SBS在一定程度上会降低该值。     

纤维沥青混合料的低温抗裂性能

从不同纤维的微观特性和纤维沥青胶浆的沉锤试验出发，通过3种级配的纤维沥青混合料低温弯曲蠕变试验，分析了纤维和级配对沥青混合料低温抗裂性能的影响，并从复合材料角度对纤维的加强和改善作用机理进行了剖析。结果表明，纤维的加入可明显提高沥青混合料的低温抗裂性能，其中聚酯纤维的作用效果最为显著。     

高沥青质塔河原油制备道路沥青的工艺及性能评价

提出了以高沥青质的塔河原油生产重交通道路沥青和聚合物改性道路沥青的制备工艺,并对产品进行了路用性能评价。采用增延剂和其他添加剂可以制备性能优良的重交沥青;利用交联稳定剂可以制备相容性好的聚合物改性道路沥青。路用性能评价采用传统方法和美国战略公路研究计划(SHRP)方法进行。结果表明:塔河沥青具有软化点和针入度指数高的特点;SHRP方法评价表明,尽管塔河沥青老化前后的低温延度低,但是在具有较高的抗高温变形能力前提下,能够保持优良的低温抗裂性。与其他原油制备的改性沥青相比,高沥青质塔河原油制备的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)和丁苯橡胶(SBR)改性沥青,具有独特的高、低温性能和更低的感温性。