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.     

生物质油温拌石油沥青效果评价及机理分析

以节约能源、保护环境、改进温拌技术水平为目的,采用价格低廉、绿色环保的生物质油为温拌剂,对70#京博、70#伦特、90#伦特石油沥青进行温拌,通过旋转黏度实验及针入度、软化点、10℃延度等指标确定温拌效果最佳的生物质油及其最佳掺量范围;通过动态剪切流变实验和弯曲梁流变实验,评价最佳生物质油温拌石油沥青的高、低温流变性能;通过红外光谱实验,研究3种生物质油对石油沥青的作用机理;通过四组分分析方法,研究生物质油A、B、C降黏效果差异的原因.黏度实验结果表明,3种生物质油中,4％ 掺量的生物质油A能够使70#京博、70#伦特、90#伦特石油沥青的135℃黏度降低30％ 以上,降黏效果最佳,生物质油B、C降黏幅度达不到温拌剂要求的30％,效果较差;三大指标实验结果表明,生物质油A对3种石油沥青最佳掺量范围为2％ ～5％;流变性能实验结果表明,生物质油A提高了3种石油沥青的低温抗裂性能,降低了高温抗车辙性能;红外光谱结果表明,掺加生物质油A、B、C后的70#京博、70#伦特、90#伦特石油沥青,光谱图均未出现新的特征峰,因此3种生物质油与石油沥青混合过程为物理变化;四组分分析结果表明,生物质油A具有较高含量的饱和分,削弱了沥青胶团体系的引力场,增加了沥青胶团的分散度,从而导致沥青黏度降低,而生物质油B、C饱和分含量较低,分散胶团的能力差,降黏效果较差.     

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.     

生物质重油再生沥青流变性能研究

针对老化沥青的再生利用问题,通过生物质重油与老化沥青掺配的方法,实现老化沥青的再生利用,通过进行布氏粘度试验和高低温流变试验分析研究了老化前后及不同掺配比下生物质重油再生沥青的流变性能。试验结果显示:随着生物质重油的掺入,再生沥青的粘度和复数模量有明显的增幅,高温稳定性能显著提高,相反,低温抗开裂性能降低。随着掺配比的变大,粘度及复数模量呈下降趋势,低温抗开裂性能有明显提升,表明生物质重油对再生沥青有显著的再生效果。     

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.     

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.     

泡沫沥青再生沥青路面胶结料的多尺度评价

以用水量和沥青发泡温度作为两个主要控制参数进行正交试验,确定沥青发泡合适的制备条件.根据生产调和沥青的原理,将不同掺量的泡沫沥青和基质沥青分别添加到老化沥青中对老化沥青进行再生试验研究,采用旋转黏度与针入度作为评价再生沥青性能的关键指标来衡量沥青再生效果.结合相位角、车辙因子、疲劳因子和黏度等与温度的关系曲线,从流变学角度分析泡沫沥青和基质沥青对老化沥青再生效果的差异性.试验研究表明:相较于传统基质沥青,泡沫沥青再生沥青路面胶结料的性能更好,泡沫沥青内部存在的水分子结构能增强沥青流动性和融合性,增大泡沫沥青与老化沥青的接触面积,补充老化沥青缺失的组分.利用傅里叶红外光谱仪和扫描电镜,从微观角度揭示沥青再生过程和物质变化规律.     

氧化石墨烯（GO）对沥青抗老化性能的影响研究

氧化石墨烯(GO)是近年来逐步应用于道路工程的一种新型的无机纳米材料,是有效改善沥青物理性能和抗老化能力的潜在材料.为了探究GO能否提高沥青的抗老化性能,采用GO对70#基质沥青进行改性,探究了不同GO掺量(0%、0.5%、1%、2%、3%)对沥青的改性效果.通过不同掺量对照组的三大指标试验(针入度、软化点和延度)、薄膜烘箱实验(RTFOT)和压力老化容器实验(PAV)评价改性沥青的老化性能,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)测试在不同GO掺量和不同老化时间条件下的羰基指数和亚砜指数.研究结果表明,随着GO掺量不断增加,GO改性沥青的软化点不断增大,针入度逐渐减小,延度明显降低,GO的添加可在一定程度上降低沥青内部组分发生变化的程度;当GO掺量为2%时,可以明显可以改善基质沥青的老化性能;GO掺量2%的改性沥青在RTFOT和PAV老化之间的增长斜率略小于GO掺量1%改性沥青,GO掺量2%的改性沥青与GO掺量3%的改性沥青增长斜率几乎保持一致;GO的掺入可以降低沥青中极性官能团在老化过程中的生成量,可以有效地阻隔沥青中小分子的扩散,延缓老化中发生的化学反应.     

老化沥青再生性能的预估分析

依托深圳市笋岗路大修工程的沥青路面热再生工程,建立了预估再生沥青性能的复合律方程;应用90#沥青、70#沥青和再生剂对老化沥青进行了再生试验,测定了再生沥青的粘度、针入度和软化点;进行了不同再生方法的复合律方程验证,并对不同再生方法的再生效果进行了比较.研究结果表明:再生沥青的针入度、软化点和粘度指标的再生规律很强,用复合律方程去预估再生沥青的性能是可靠的;再生沥青的针入度对数与沥青(或再生剂)的掺量成正比,再生沥青的粘度对数和软化点与沥青(或再生剂)掺量成反比,这些指标都可以根据复合律方程进行内插或一定程度的外延推算,用于确定再生沥青混合料的配合比设计用量;再生剂比新沥青有更好的再生效果,高标号沥青比低标号沥青有更好的恢复能力.     

老化SBS改性沥青再生性能预估分析

为了对老化SBS改性沥青再生后的性能进行预估,建立了老化SBS改性沥青再生性能的复合律方程模型;采用基质沥青、改性沥青和再生剂对老化SBS改性沥青进行了再生恢复,测定不同掺配率下再生SBS改性沥青的黏度、针入度、软化点和延度,对复合律方程进行求解得到黏度偏离指数;对不同再生方式再生后的老化SBS改性沥青的性能进行了对比分析.研究结果表明:利用再生性能复合律方程能够较好地预估老化SBS改性沥青的再生性能;基质沥青和再生剂对老化SBS改性沥青的黏度、软化点和针入度具有更好的再生效果,而改性沥青对延度有更好的再生效果.     

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。     

基于RAP全掺量下再生温拌沥青混合料路用性能研究

为实现资源的循环利用,降低高温作用对沥青的二次老化,引入N24型再生剂、A型合成蜡类温拌剂对RAP全掺量下再生温拌AC-16C沥青混合料展开研究.通过RAP原材料试验,确定RAP的矿料级配及油石比.在再生剂、温拌剂及再生温拌沥青等原材料研究的基础上制备再生温拌沥青,评价不同再生剂掺量下再生温拌沥青性能的改善情况,同时确定再生剂掺量为4%、温拌剂掺量为3%时沥青混合料的施工温度.通过对再生温拌沥青混合料开展高温抗车辙、抗水损害及低温抗开裂等试验,评价再生剂掺量对再生温拌沥青混合料路用性能的影响.结果表明,RAP中的粗集料发生了细化,但整体矿料级配与原矿料目标级配相当,无需对RAP进行级配调整;再生剂掺量为4%时,再生沥青性可能恢复到原道路石油沥青水平;3%温拌剂的掺入,沥青混合料拌和及压实成型温度分别降低30、40℃;再生剂掺量为4%时,再生温拌沥青混合料整体路用性能最优.     

基于原子力显微镜的沥青再生机理

沥青的老化严重影响了沥青混合料在实际应用中的耐久性,为了研究沥青的老化和再生机理,将基质沥青进行SHRP(strategic highway research program)老化,利用原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)和动态剪切流变仪(dynamic shear rheometer, DSR)技术研究不同掺量的基质沥青和再生剂对老化沥青的再生效果。结果表明:基质沥青和再生剂均能对老化沥青产生再生效果,且随着它们掺量的增大,再生效果变好;老化沥青表面微观结构粗糙不均匀,基质沥青和再生剂的加入有效改善其表面微观形貌,降低其黏附力和粗糙度指标,同时使老化沥青相位角增大、复数剪切模量和抗车辙因子减小;温度的升高有助于再生剂在老化沥青中的扩散。可见再生剂的主要再生机理是增加并扩散老化沥青中缺失的组分。     

RAP掺量对热再生沥青混合料性能影响分析

为了确定热再生沥青混合料合理的旧沥青路面材料(RAP)掺量,依托浙江省102省道杭昱线(临安段)旧沥青路面厂拌热再生利用试验路,通过大量室内试验,进行了不同RAP掺量的热再生沥青混合料AC-20C的目标配合比设计和路用性能分析.研究结果表明,旧沥青中掺加5%的再生剂和70%的新沥青,再生后的调和沥青可以达到A-70#目标沥青的性能要求;随着RAP掺量的增加,热再生沥青混合料的总最佳油石比和新料最佳油石比线性增加,而新沥青用量线性减少;RAP掺量在20%~40%之间时,热再生沥青混合料的各项路用性能均满足规范的技术要求,且随着RAP掺量的增加,热再生混合料的高温稳定性呈指数关系增强,低温抗裂性、抗渗性和抗滑性呈线性减弱,水稳定性在RAP掺量为30%时达到最大.为此,按30%RAP掺量铺筑了试验路,经通车两年考验,取得了优良的应用效果.     

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。     

“再生-改性”沥青性能研究

目的研究在再生剂和不同掺量改性剂作用下取得的"再生-改性"沥青的性能,为沥青路面再生-改性技术提供试验和理论依据.方法采用两种再生方案对老化沥青进行再生处理,对再生后的沥青进行针入度、软化点、延度、布氏黏度、动态剪切流变和弯曲梁流变等系列试验.结果采用添加再生剂方案再生的沥青其针入度、软化点、延度、车辙因子、临界温度、主曲线、劲度模量和蠕变速率与原样沥青非常接近;采用再生剂加改性剂的再生-改性方案可显著提升沥青的高温抗车辙和低温抗开裂的能力,且随着改性剂掺量的增加"再生-改性"沥青的高低温性能均逐渐增强.结论采用单一添加再生剂的普通再生方案可恢复沥青的高低温性能,采用再生-改性方案再生后沥青的高低温性能均显著优于原样沥青和普通再生沥青.     

生物质油温拌沥青制备工艺及性能研究

关于生物质油温拌沥青制备工艺的研究较少,合理的制备工艺是生物质油温拌沥青性能发挥的重要保证。采用生物质油与70#、90#基质沥青制备温拌沥青,通过熵权Topsis法确定了生物质油温拌沥青的最佳制备工艺;通过动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验评价了生物质油温拌沥青的高、低温性能;通过红外光谱与沥青四组分试验研究了生物质油温拌沥青的温拌机理,结果表明,生物质油温拌90#、70#基质沥青最佳制备工艺均为剪切温度130℃,剪切速率1 500 r/min,剪切时间10 min,发育时间15 min;生物质油的掺加降低了沥青的高温性能,但提高了低温性能;生物质油与沥青混合过程主要为物理共混,生物质油提高了沥青胶团的分散度,导致沥青组分发生了迁移,使得沥青性能发生变化。     

基于断裂试验的再生沥青混合料中温抗裂性能

文章基于半圆弯拉(semi-circular bending,SCB)试验方法,在25℃条件下,对不同再生沥青路面(recycled asphalt pavement,RAP)材料掺量、不同级配以及长期老化条件下的再生沥青混合料进行了断裂试验,得到不同沥青混合料断裂能,并采用柔性指数对不同沥青混合料的中温抗裂性能进行了评价。结果表明:不同再生沥青混合料的断裂能数值较为接近,不能很好地表征沥青混合料的抗裂性能;而柔性指数体现了材料的固有断裂属性;再生沥青混合料的抗裂性能受RAP掺量及混合料老化的影响较大,随着RAP掺量的增加及混合料的长期老化,沥青混合料的抗裂性能均有不同程度降低,在实际应用中应对再生材料的用量加以控制,并注重老化后的抗裂性能。     

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。     

生物柴油再生沥青胶结料性能

为研究生物柴油再生沥青胶结料的粘附性能与流变性能。通过三大指标和布氏黏度分析生物柴油对老化沥青常规性能的影响;采用车辙因子评价高温性能,疲劳性能通过线性振幅扫描试验（LAS）测试,并基于粘弹性损伤模型（VECD）对疲劳寿命预测;通过测试有机溶剂与沥青试样的接触角分析其粘附性。结果表明：生物柴油掺量2%~3%时,能有效恢复老化沥青的三大指标,2%掺量生物柴油可使老化沥青的黏度恢复至基质沥青水平;生物柴油的加入降低了沥青的高温性能,掺量越大沥青试样生物高温临界温度越低,但能显著提高沥青的疲劳性能,掺量达到2%时,路面产生 5%应变时的疲劳寿命约是基质的1.28倍,产生2.5%应变时约是基质的1.39倍。3%掺量生物柴油再生沥青与两种集料的界面粘附强度均大于基质沥青,其与玄武岩的粘附功达到65.69 mJ·m-2,与花岗岩的可达51.73 mJ·m-2。