纳米TiO2/纳米MMT/SBR复合改性沥青掺量研究

针对西部高原地区年平均气温低、紫外线辐射强导致沥青路面极易老化从而产生一系列路面病害的问题,选取纳米TiO_2、MMT、SBR三种改性剂制备复合改性沥青。为确定改性剂的适宜掺量,通过响应曲面法结合三大指标试验分析三种改性剂的改性效果,并利用动态剪切流变试验、低温弯曲梁试验对不同纳米TiO_2、MMT掺量的改性沥青进行抗老化性能评价从而得到基于沥青抗老化性能的改性剂最佳掺量。结果表明改性剂对三大指标的影响因子排序,即针入度和延度:SBR纳米TiO_2纳米MMT,软化点:纳米MMT纳米TiO_2SBR,并通过预测公式确定最佳掺量为4%SBR+1.5%纳米TiO_2+4%纳米MMT;通过对改性沥青抗老化评价得到的纳米TiO_2、MMT改性剂的最佳掺量与模型结果几乎一致,分别为1%、4%,最佳掺量下的纳米TiO_2、MMT可使基质沥青抗老化性能分别提升60%和30%。     

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.     

纳米TiO_2/MMT/SBR复合改性沥青抗老化性能评价及机理分析

针对西部高原地区年平均气温低、紫外线辐射强,沥青路面易产生老化的问题,采用纳米TiO_2/MMT/SBR改性剂制备复合改性沥青,通过高温动态剪切、低温弯曲梁流变和布氏旋转黏度试验对改性沥青热氧老化、光氧老化前后的流变性能进行评价,利用红外光谱试验揭示改性剂的作用机理。结果表明:纳米TiO_2/MMT/SBR复合改性沥青高温性能、低温性能及抗老化性能得到改善;分析改性沥青羰基指数可得纳米TiO_2/MMT、纳米TiO_2/MMT/SBR组试样的抗老化性能远优于其他组合,通过分析砜基、砜类官能团含量可知MMT能抑制亚砜基进一步氧化成砜类。     

SEBS改性沥青的路用性能研究

为了改善沥青混合料的路用性能,选择经在SBS基础上对聚丁二烯加氢得到的SEBS作为新型沥青改性剂,采用高速剪切法制备出不同掺量(0%、4%、5%、6%、7%、8%)SEBS改性沥青。通过针入度、软化点、延度、布氏旋转黏度、短期老化模拟(RTFOT)等试验对其温度敏感性、高温稳定性、低温抗裂性、粘滞性以及抗老化性等对比分析,综合评价其路用性能。试验结果表明,SEBS作为改性剂不仅能显著降低改性沥青的温度敏感性,还能有效提高其高温稳定性、稠度和黏度,并随着改性剂掺量的增加改善效果愈发显著;对改性沥青的低温抗裂性和抗老化性能相较于基质沥青均有显著的改善作用,但当掺量高于5.0%以后开始呈现下降趋势;综合考虑性能和经济效益,推荐SEBS作为沥青改性剂的最优掺量为5.0%。     

耦合作用下高粘沥青老化性能的非线性预测

为解决高粘沥青热氧老化预估研究不足的问题,选用辽河90~#沥青,国产OLB-1型高粘改性剂制备高粘改性沥青.采用旋转薄膜烘箱对高粘改性沥青进行短期老化,测试不同高粘改性剂掺量下的软化点、针入度、5℃延度.研究结果表明:通过试验结果建立非线性高粘沥青老化方程,能够精准预测高粘沥青经任意时间和任意掺量老化后的性能指标.通过层次分析法确定出指标权重,以灰色关联度作为评判准则,选出抗老化性能优良的改性剂掺量.研究结论突破了高粘沥青在时间与掺量耦合作用下的老化研究,有助于对沥青抗老化性能的评价和预测.     

考虑紫外辐射的交互老化对SBR 改性沥青流变性能的影响及其老化机理

考虑到紫外老化对丁苯橡胶SBR改性沥青性能的影响,分别采用2种交互老化方式(方式一:SBR改性沥青+旋转薄膜烘箱老化RTFOT+加压加速老化PAV+紫外老化UV;方式二:SBR改性沥青+RTFOT+UV+PAV)制备老化沥青,并对老化后5种沥青进行动态剪切流变试验DSR、蠕变劲度试验BBR、差示扫描量热试验DSC以及IR红外光谱分析。结果表明,经短期老化后的SBR改性沥青分别经历UV和PAV老化后的流变性能比较接近,但进一步分别经历PAV和UV老化后,其流变性能和老化程度变化显著,UV对于沥青的老化作用是非常明显的;不同老化顺序的交互老化结果也大不相同;相较于老化方式一,老化方式二对SBR改性沥青流变性能影响更显著;PAV和UV老化有着各自不同的老化机理,SBR改性沥青经历交互老化的实验结果正是这2种不同老化机理叠加的具体体现。     

SBS-胶粉-HDPE复合改性沥青制备工艺

采用SK-90~#基质沥青,通过正交试验设计选择6个试验变量,制备复合改性沥青,并采用灰色关联分析法对其技术指标测试结果进行分析,得出复合改性沥青的最佳制备工艺参数.结果表明:基质沥青经过SBS-胶粉-HDPE复合改性后,针入度大幅度降低,软化点和5℃延度得到不同程度的提高,并且第22组弹性恢复率高达60%,弹性较好;通过灰色关联分析,确定制备SBS-胶粉-HDPE复合改性沥青的最佳工艺参数如下:改性剂SBS掺量为5.0%,改性剂胶粉掺量为20.0%,改性剂HDPE掺量为4.5%,剪切速率为4 500 r·min~(-1),剪切时间为45 min,剪切温度为170℃;在高温剪切的作用下,SBS和HDPE相互缠绕联结,形成以胶粉作为填充物的三维网状结构,其中聚合物作为分散介质,沥青作为分散相,从而使复合改性沥青的整体性能得到提高.     

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。     

高性能高黏改性沥青高低温性能研究

为进一步提升材料的黏结能力与耐久性,特研发HVA-H高黏改性剂,使用此种改性剂与SBS改性沥青在合理剪切工艺下,制备出一种高黏改性沥青。通过荧光显微镜观察HVA-H高黏改性剂掺量分别为4%、6%、8%、10%时高黏改性沥青的分散性,确定最佳掺量,并将其与试验室原有的高黏改剂和其它厂家高黏改性剂进行对比分析研究。结果表明：HVA-H高黏改性剂最佳掺量为8%,HVA-H高黏改性沥青高低温性能优于HVA高黏改性沥青和其它厂家高黏改性沥青;且拉伸柔量指标与BBR试验结果之间存在相关性,可精确评价改性沥青的低温性能;Carreau模型比Cross模型拟合精度更高,在实际应用中可通过Carreau模型拟合零剪切黏度,对研究改性沥青高温性能有较好的指导作用。     

聚氨酯改性沥青的开发与性能评价

为了对热固性聚氨酯改性沥青性能进行评价,基于正交试验设计,以沥青高低温性能和粘弹性能优选聚氨酯改性沥青制备工艺,并进行极差和显著性分析,研究了聚氨酯掺量、剪切时间、剪切温度与剪切速率对聚氨酯改性沥青性能影响。研究结果表明,聚氨酯掺量对改性沥青高温性能与弹性恢复改善效果显著,但掺量超过15%时效果减缓;延长剪切时间与增大剪切速率对改性沥青各性能影响效果不显著;提高剪切温度对改性沥青高低温性能与弹性恢复影响显著,但剪切温度超过140℃后改性沥青发生固化现象,导致其低温性能与弹性恢复性能急剧下降。     

基于SHRP方法的不同层位旧沥青性能试验评价

针对某高速公路沥青路面不同层位的回收沥青及其短期老化（旋转薄膜烘箱RTFOT）和长期老化（旋转薄膜烘箱RTFOT＋压力老化PAV）后的沥青,应用Superpave技术中的PG分级方法开展动态剪切流变（DSR）和低温弯曲梁流变（BBR）试验,分别评价它们的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能及耐老化性能.同时,利用沥青混合料简单性能试验仪（SPT）进行不同层位沥青混合料的重复加载永久变形试验,评价它们的高温稳定性能.研究结果表明,不同层位面层的旧沥青由于沥青品种、老化程度不同,所测试出的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能及耐老化性能都有所差异.高温稳定性增强了,但低温抗裂性、抗疲劳性能及耐老化性能均有所降低,需进一步提高.还确定了不同层位沥青的最高和最低的路面设计温度等级.     

复合改性乳化沥青的制备及其微表处混合料路用性能

为解决普通乳化沥青在微表处混合料中存在的路用性能不足的问题,采用先乳化后改性的工艺制备高性能改性乳化沥青.利用延度与软化点指标确定改性剂添加方法及改性剂掺配比例,并以其作为微表处混合料的胶结料.通过湿轮磨耗试验(WTAT)验证其抗水损与耐磨耗性能,通过劈裂试验与高温车辙试验验证其抗裂与抗剪性能.结果表明,复合改性乳化沥青的软化点和延度均明显优于普通乳化沥青,当掺配比例为3.5%SBR与2.5%环氧时,延度和软化点可分别达到400 mm和70 ℃以上.混合料性能试验表明,采用改性乳化沥青制成的微表处混合料与普通微表处混合料相比,在抗水损/耐磨耗、抗裂及抗剪等方面具有显著的优势.     

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。     

氧化石墨烯/聚氨酯复配改性沥青混合料的性能和机理

将氧化石墨烯/聚氨酯纳米复合材料用于沥青改性,基于最大密度曲线级配理论,按照AC-13型沥青混合料级配设计了一种粗型密实结构的沥青混合料。通过弯曲实验和蠕变实验研究了沥青混合料的弯曲和蠕变变形行为。从沥青混合料的组织结构及破坏机理方面阐述了聚合物和纳米材料在沥青中的改性作用。结果表明,改性剂PU与GO改变了基质沥青的破坏性质,使得改性沥青混合料具有抵抗低温破坏的更加优良的力学性能; GO/PU复配改性沥青从"合金化"和"复合材料化"两个方面提高材料的性能。可见GO/PU复配改性剂的加入提高了沥青混合料路面的低温抗裂性能。     

多聚磷酸改性沥青及其混合料低温性能研究

采用常规低温性能试验和Superpave低温性能试验,研究了不同类型多聚磷酸(PPA)改性沥青胶结料的低温性能,对比分析了沥青胶结料低温性能评价指标之间的相应关系,并采用小梁弯曲试验和冻断试验验证了沥青混合料的低温抗裂性能,研究了沥青胶结料与混合料低温性能之间的相关性.最后对不同低温性能评价指标的合理性和不足之处进行了较为深入的分析.结果表明,PPA掺入减小了沥青的延度和劲度模量,老化对PPA改性沥青低温性能的影响显著;应变能密度指标表明PPA可以改善沥青混合料低温抗裂性;PPA复配SBR的改性沥青低温效果要优于SBR改性沥青;冻断温度与冻断强度能较准确地评价多聚磷酸改性沥青混合料的低温抗裂性能.     

聚合物共混改性道路沥青性能研究

采用其他聚合物替代部分,SBS（聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物）在不降低其综合性能的前提下,可以适当降低改性沥青的生产成本．采用SBS、SBS＋SBR（丁苯橡胶）和SBS＋LDPE（低密度聚乙烯）改性石油沥青,研究改性沥青的常规指标．试验结果表明,SBS＋SBR对沥青的高温抗车辙性能改善效果较好,对沥青低温性能的改善效果不及SBS．     

SBS聚合物改性沥青技术性能

针对不同种类、不同工艺的SBS改性沥青，采用试验、理论相结合的方法，包括常规三大指标试验、SHRP动态剪切流变DSR试验、储存稳定性试验等，分析了加工工艺参数对SBS改性沥青技术性能以及相容性的影响。结果表明，不同品种的改性剂、不同的制备温度、不同的改性工艺均对改性沥青的性能产生较大影响。相比于其他因素而言，SBS改性沥青的改性工艺是影响其性能的主导因素；储存稳定性较好的改性沥青，其技术性能也较好；星型SBS改性沥青的技术性能优于线型SBS改性沥青；基于改性沥青的综合性能考虑，制备温度不宜过低。因此，通过掺配适当的稳定剂和助剂等措施改善改性工艺，是提高SBS改性沥青技术性能的最有效途径之一。     

基于PG的复合改性沥青混合料性能的试验研究

沥青混合料的低温性能是寒区沥青路面低温开裂的主要影响因素,现有的改性沥青低温性能不能满足寒区沥青路面PG技术规范的要求。在黑龙江省常用道路沥青性能与复合改性沥青性能的PG评价结果基础上,对不满足PG_(m~n)低温性能标准的黑龙江省道路沥青进行了进一步的复合改性,对相应的复合改性沥青混合料性能进行了PG评价,研究目标是研发适合PG_(m~n)技术标准的黑龙江省道路沥青。研究内容包括:复合改性剂与复合改性沥青混合料的组成设计,复合改性沥青混合料高低温性能评价等。研究结果表明,以PG技术指标为标准的复合改性沥青混合料的高温车辙与低温开裂性能均有较明显的提高,基本满足PG_(m~n)技术标准的要求。研究结果对改善黑龙江省沥青路面的低温性能具有一定的理论与实用价值。