沥青与集料黏附性评价方法

为了定量评价沥青与集料黏附性,提出新的沸煮试验方法,并与水煮法进行对比试验。选取5种A级70#基质沥青和5种SBS改性沥青,采用旋转薄膜老化试验(RTFOT)模拟沥青短期老化,采用压力老化试验(PAV)模拟沥青长期老化,以原样沥青为对照,制备成30种不同老化程度的样品,与3种岩性粗集料进行排列组合,共计开展90组黏附性试验,并提出了基于水煮法和沸煮法的沥青与集料黏附性综合评价方法。研究结果表明:水煮法试验中,随着沥青老化程度加深,基质沥青与集料的黏附性等级总体呈上升趋势,改性沥青老化前后与所有集料的黏附性等级均为5级,水煮法对改性沥青失效;沸煮法试验中,沥青的黏附时间从大到小依次为长期老化、短期老化、未老化试件,3种集料的黏附时间从大到小依次为石灰岩、闪长岩、花岗岩;将不规则集料制备成直径为19mm的球形集料,消除表面形状缺陷后,水煮法判定各种沥青与球形集料的黏附性等级均为5级,无法区分,而沸煮法仍可准确得到沥青与球形集料的黏附时间。水煮法用黏附性等级作为评价指标,沸煮法用黏附时间作为评价指标,以球形集料为标准试件,并给出基质沥青及改性沥青短期老化的技术要求。     

偶联剂改善沥青混凝土性能及油石界面试验研究

试验探讨了偶联剂作为油石界面改性剂对沥青混凝土性能改善的可能性.试验发现,偶联剂无论对酸性花岗岩石料还是中性玄武岩石料的沥青混凝土性能都具有明显的改善作用.添加偶联剂的沥青,对石料的黏附等级达到5级,而改性前的沥青与花岗岩和玄武岩的黏附等级仅为2级和3级;马歇尔稳定度比基质沥青混凝土提高10%～20%,马歇尔模数提高约6%,残留马歇尔稳定度提高18%～28%,3次冻融循环后的劈裂强度比相对于基质沥青混凝土提高25%～33%.红外光谱分析证实,偶联剂在花岗岩和玄武岩石料表面均形成一层偶联层.消耗石料表面残留水分、形成偶联化层和提高沥青在石料表面的润湿速度是硅烷偶联剂改善油石界面的根本原因.     

基于表面能理论的沥青-集料体系的粘附特性研究

基于表面自由能理论,采用接触角法测定2种沥青与4种集料的表面自由能参数,分别计算出各种沥青-集料体系的粘附功和剥落功,以表征沥青-集料体系的粘附性优劣;并采用冻融劈裂试验进行验证.结果表明:石灰岩集料与SK70改性沥青的粘附功最大,剥落功最小;花岗岩集料与SK基质沥青的粘附功最小,剥落功最大.此外,剥落功表征的沥青-集料体系的粘附性能与冻融劈裂试验表征的粘附性能基本一致;且沥青-集料体系的剥落功更能直观地定量评价沥青-集料体系的粘附性能.     

冻融循环下沥青-集料的黏附性试验与评价方法

为探究沥青与集料(辉绿岩)之间黏附性的各评价方法之间的关系,采用水煮法、水浸法、接触角法和光电比色法等4种评价方法,在多次冻融循环下,对不同沥青与辉绿岩之间的黏附性进行评价,分析了6种沥青与辉绿岩的黏附性及沥青-集料的剥落度、黏附功和黏附性等级;对不同评价方法的评价指标进行相关性分析,以表征不同评价方法之间的关联度.结果表明:在相同冻融循环次数下,对于辉绿岩而言,冻融循环后不同沥青与辉绿岩的黏附性均较冻融之前下降80%以上,剥落度均增大90%以上;通过对各评价指标间的相关性分析,发现剥落度与水浸等级、黏附功之间的相关性较其他评价指标更好.     

生物质重油与生物沥青制备及性能

为了制备生物沥青,缓解道路建设对石油沥青的依赖性,以木屑为生物质原材料,采用热液化方法制备生物质重油,将重油掺至50~#基质沥青中制备生物沥青,部分替代石油沥青。首先,采用红外光谱、扫描电镜、热重分析仪微观表征方法,分析生物质重油的物化性质;然后通过三大指标(针入度、软化点、延度)考察重油掺量对生物沥青基本物理性能的影响;以水煮法评价了生物沥青的黏附性,利用差示量热扫描仪(DSC)、动态剪切流变仪(DSR)分析生物沥青的低温性能、高温性能及蠕变恢复性能。试验结果表明:重油与70~#基质沥青存在相似的化学结构,且有较好的热稳定性,165℃时的热分解率仅为3.6%;重油中存在直径约3μm的球形颗粒生物炭,有利于提高生物沥青的高温性能;随重油掺量的增加,生物沥青的针入度增加,软化点、延度及玻璃化转变温度T_g降低,低温性能提升,且能保持较好的黏附性能;当重油掺量(质量分数,下同)为10%时,生物沥青的性能与70~#基质沥青最为接近;生物沥青的车辙因子与复数剪切模量介于50~#与70~#基质沥青之间,生物沥青较70~#基质沥青有更好的高温抗永久变形能力与抗剪切性能;平均应变恢复率与平均不可恢复蠕变柔量的计算结果均表明生物沥青的蠕变恢复性能优于70~#基质沥青。     

SBS改性沥青与石料的剪切性能

针对水煮法评价SBS改性沥青与石料间黏附性的局限性,以沥青与石料的黏结机理分析为基础,设计了基于剪切试验的沥青与石料黏附性评价方法,提出了以剪切强度作为黏附性定量评价指标,通过剪切试验,验证了剪切强度指标的可行性,分析了SBS改性剂类型、掺量和试验温度对SBS改性沥青与石料黏结作用的影响.结果表明:SBS的掺入显著改善了沥青与石料的黏结作用;随SBS掺量的增加,改性沥青与石料的黏结作用有明显的增大,当掺量为4%时,SBS改性沥青与石料的剪切强度较基质沥青提高约100%;同时,也说明剪切强度指标可定量评价沥青与石料的黏结效果,从而为改性沥青的性能评价和质量控制提供参考.     

沥青与集料黏附性的定量评价

为定量分析不同沥青与集料黏附性的差异,文章在传统水煮法试验的基础上,采用自主开发的图像采集系统对水煮后的沥青与集料样本进行取像,然后利用图像处理软件定量计算集料表面沥青的剥落率,并对影响沥青与集料黏附效果的沥青和集料的性质进行分析。研究结果表明:采用改进的水煮试验方法可以实现定量地评价不同沥青与集料的黏附性,其试验结果比传统的水煮法更加合理;沥青的135℃黏度越大,其与集料的黏附性越好;集料的碱值越大、表面电位越高、表面的微孔隙和微裂缝越多,其与沥青的黏附性越好。     

硅烷偶联剂对沥青与石料及水泥胶砂界面的作用

把硅烷偶联剂A的水溶液喷涂于石料及水泥胶砂表面,采用红外光谱分析、强度检验及黏附性实验等方法,研究了硅烷偶联剂对乳化沥青、普通沥青与石料及水泥胶砂界面的作用.研究结果表明,经过硅烷偶联剂A处理后的花岗岩、砂粉和水泥净浆粉末的红外图谱均存在明显的CH2吸收带,在表面形成了一层偶联层,此偶联层增强了它们和乳化沥青、普通沥青之间的黏接;将0.6%硅烷偶联剂A水溶液涂覆到水泥胶砂界面,再以乳化沥青和普通沥青连接试件,其28天抗折强度及28天抗拉强度可分别提高20%和60%;花岗岩石料浸泡硅烷偶联剂A水溶液后与乳化沥青的裹覆面积、与普通沥青的黏附级数均有提高.     

环氧沥青与石料的黏附性能研究

文章设计了剪切黏附试验方法,采用自行研制的环氧沥青和普通沥青材料,以及花岗岩和石灰岩2种石料,分别在不同温度下进行剪切黏附试验。结果表明,环氧沥青材料与2种石料的剪切黏附强度远大于普通沥青,而且2种石料之间的黏附剪切强度相差较小;通过浸水试件的试验,证明了环氧沥青与石料的黏附性能受水影响较小,可以有效地指导环氧沥青混合料的设计以及配方的优化。     

有机蜡温拌沥青—集料界面黏附性及其混合料水稳定性能分析

为了研究有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附性及其混合料水稳定性,基于表面自由能理论,利用躺滴法分别测试了无水及有水条件下有机蜡温拌沥青(Sasobit温拌沥青和RH温拌沥青)与集料(石灰岩和玄武岩)的表面自由能和黏附功,并通过冻融劈裂试验评价了混合料水稳定性能.结果表明:集料中的残留水分阻碍了沥青在集料表面形成沥青膜,降低了有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附性;有机蜡温拌剂类型对沥青—集料界面之间的黏附性影响较小;与石灰岩相比,玄武岩由于表面自由能中的极性分量显著,SiO_2、Al_2O_3等主要化学成分与水化合成酸,可降低残留水分对沥青—集料界面黏附性的负面影响;有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附功与混合料的水稳性之间存在良好的线性正相关关系.     

赤泥沥青混合料动态响应与水稳定性提升

针对赤泥沥青胶浆遇水界面剥离导致的沥青混合料水稳定性不足问题,选用消石灰、水泥对其进行增强改性,通过沥青质量检测仪(QCT)、界面拉拔仪(PosiTest AT-A)、表面自由能测试仪、简单性能试验系统(SPT)与汉堡车辙仪(HWT),研究了原状赤泥以及改性赤泥对沥青胶浆流变学行为与界面黏附性的影响,通过表面自由能计算了沥青胶浆-集料界面的黏附功与剥离功,揭示了赤泥沥青胶浆-集料界面遇水后的强度失效机理,分析了赤泥沥青胶浆-集料界面的热力学演变规律,评价了沥青混合料的动态响应、高温抗车辙性能与水稳定性。结果表明:赤泥可以提高沥青胶浆的刚度并改善沥青胶浆的弹性;单纯使用赤泥作为填料制备的沥青胶浆抗水损害能力较弱,而加入消石灰可以明显提高赤泥沥青胶浆的黏结强度,从而改善赤泥沥青胶浆与集料界面的水稳定性;沥青胶浆-集料界面热力学黏附功与机械强度变化规律一致;赤泥替代石灰岩矿粉导致沥青混合料动态模量提高、相位角减小,加入消石灰进一步提高了沥青混合料的动态模量并降低相位角,但是水泥对赤泥沥青混合料的动态模量影响不大;赤泥可以提高沥青混合料干燥状态下的抗车辙能力,加入掺量(质量分数,下同)10%的消石灰进一步提高了沥青混合料的抗车辙能力;赤泥替代石灰岩矿粉严重影响了沥青混合料的抗水损害能力,通过消石灰物理改性可以提高赤泥沥青混合料的水稳定性。     

基于表面自由能理论的温拌再生沥青-集料粘附特性

根据表面能理论,通过表面张力分析仪测试不同掺量新旧沥青和集料的表面自由能参数,分析温拌再生沥青表面自由能的变化规律以及温拌再生沥青-集料粘附特性。研究结果表明:再生沥青的表面自由能随旧沥青掺量增加而增大;温拌剂的添加改变了沥青的极性分量和Lewis酸碱作用力参数,改善了沥青的表面自由能,增强了沥青与石料的粘附能力;结合温拌条件下石灰岩、花岗岩2种石料粘附功之比以及水稳定性能试验结果,说明温拌剂的添加增强了沥青混合料粘附性能,从而改善再生沥青混合料的水稳定性能。     

消石灰提高集料与沥青粘附性的机理分析

文章分析了影响沥青与集料粘附性的因素,阐述添加消石灰使酸性石料表面形成一个碱性的表面电离层,以便与带酸性的沥青之间有强的结合,从而达到提高集料与沥青粘附性的目的.     

寒区表面活性剂类温拌沥青的性能评价 及降黏效果分析

为了评价表面活性类温拌剂在河北寒区沥青路面上的适用性,以河北张承高速某试验段为工程实例,选用韩国SK70#和SK90#基质沥青以及河北某新材料公司研发的YC型表面活性温拌剂制备温拌沥青结合料.综合考虑河北寒区的气候条件和施工现状,分析不同温拌剂掺量对SK70#和SK90#基质沥青性能的影响,并确定YC型温拌剂最佳掺量;基于数理统计方法和Refutas黏温方程,对河北寒区YC型温拌沥青混合料的降黏效果进行分析.研究结果表明:YC型温拌剂与基质沥青的最佳拌合时间为5 min.同一温度下,YC型温拌剂掺量对SK70#沥青针入度的影响显著性要大于SK90#沥青. YC型温拌剂的添加能显著增大沥青结合料的温度敏感性,即沥青的温度敏感性随温拌剂掺量的增加而增大. YC型温拌剂对沥青的软化点无显著影响,对于SK70#和SK90#沥青,单考虑沥青的低温延度因素时,推荐YC型温拌剂最佳掺量为沥青用量的0.7%. Refutas黏温关系式能较好地表征YC型温拌沥青的黏温关系,YC型温拌剂的添加对SK70#和SK90#基质沥青的黏度降低作用不显著.     

紫外老化下温拌沥青黏附性能的微观表征方法

为探究紫外线老化(UV)条件下温拌沥青黏附性能的表征方法,采用增力电动搅拌器,以基质沥青、Evotherm温拌剂为原材料制备Evotherm温拌改性沥青,根据表面自由能理论计算UV老化条件下Evotherm温拌改性沥青的宏观黏附性能指标(黏附功、剥落功),通过原子力显微镜(AFM)试验获取紫外老化条件下Evotherm温拌改性沥青的微观参数(纳观黏附力、蜂面积比、表面粗糙度),分析UV老化时间(0、50、100、150、200 h)和老化方式(隔氧、光氧耦合)对其微观参数、宏观黏附性能指标的影响规律,并对其进行线性回归分析。结果表明:Evotherm温拌改性沥青UV老化之后与石灰岩的黏附功逐渐减小,剥落功逐渐增大,在150 h UV老化后Evotherm温拌改性沥青的黏附功和剥落功都趋于稳定,且在有氧条件下黏附性能较隔氧条件下更差;UV老化时间在0～150 h时,温拌沥青纳观黏附力、蜂面积比和表面粗糙度降低幅度明显,延长老化时间至200 h时则逐渐趋于平衡,失去沥青的属性。经表面能理论得到的温拌沥青UV老化后的黏附功和剥落功与AFM试验得到的纳观黏附力、蜂面积比、表面粗糙度之间具有良好的相关性;且在隔氧和光氧耦合2种UV老化下,其微观参数与黏附性能指标的相关性基本一致。建议采用纳观黏附力、蜂面积比和表面粗糙度表征温拌沥青UV老化过程中黏附性能。     

氨基硅烷-蒙脱土/SBS改性沥青与改性集料的黏附性能

沥青路面的水损害缩短了路面的使用寿命，提高沥青的黏聚力和沥青与集料之间的黏附性可有效改善水损害. 采用3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性蒙脱土（NH2-MMT），以增强苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青的黏聚力. 采用氨基硅烷KH550改性花岗岩（Gr）集料（NH2-Gr），提高沥青与集料之间的黏附力. 采用X-射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）对改性前后的蒙脱土和Gr集料进行表征. 采用同时提高沥青黏聚力和沥青与集料之间黏附力的方式， NH2-MMT/SBS改性沥青与NH2-Gr 集料的黏附功增长19%，剥落功下降24%. 相比基质沥青，SBS改性沥青、NaMMT/SBS改性沥青和NH2-MMT/SBS改性沥青的黏聚功比基质沥青分别增长了15%、22%和28%. 相比基质沥青与Gr集料，NaMMT/SBS改性沥青和NH2-MMT/SBS改性沥青的黏聚功分别增长了6%和12%. 采用光电比色法测试沥青与集料的黏附性，与基质沥青/Gr集料相比，NH2-MMT-SBS改性沥青/Gr集料对紫外光的吸收峰值由0.483增大至0.499. NH2-MMT-SBS改性沥青/NH2-Gr集料对紫外光的吸收峰值由0.474增大至0.557，结果表明：黏聚力和黏附力的同时改性可以有效提高沥青抗水损害性能，改性集料的效果更明显.     

关于沥青混合料中酸性集料的改性方法

提出了2种沥青混合料中酸性石料的改性方法，通过分析试验结果数据，对比研究了改性前后沥青混合料的各项指标情况，提出了常见问题的处理措施，为解决我国沥青混合料中大量使用花岗岩、砂岩等酸性石料的方法提供了依据。     

消石灰和水泥改性沥青混合料的路用性能

在沥青混合料中掺加消石灰、水泥能够有效提高沥青与集料之间的黏附性,改善沥青路面路用性能.以连续密级配沥青混合料AC-16型为例,采用冻融劈裂、浸水马歇尔、高温稳定性和低温抗裂性等试验,进行掺加不同剂量消石灰及水泥的路用性能研究.试验结果表明:掺加消石灰的沥青混合料对应的最佳油石比为4.6%,浸水残留稳定度提高9.6%,此时消石灰最佳掺量为1%;掺加水泥的沥青混合料对应的最佳油石比为4.8%,浸水残留稳定度提高7.1%,此时最佳掺量为2%;掺加消石灰和水泥都能显著提高沥青混合料的高、低温稳定性.     

抗剥落剂对酸性砾石沥青混合料性能研究

造成沥青路面水损害的因素比较多,其中沥青与矿料之间的黏附性差是最主要原因.沥青路面在水及车辆轴载耦合作用下,矿料表面的沥青产生剥落,尤其是酸性矿料路面更容易出现水损害病害.选用酸性砾石进行AC-13C混合料设计,通过掺入抗剥落剂来增强沥青与矿料间的黏附性.在沥青中分别掺入不同掺量的XT-1、TJ-066、PA-1抗剥落剂进行研究,得出XT-1对沥青改善效果最好,XT-1最佳掺量为0.3%;对混合料进行路用性能研究,得出同时掺2%消石灰、0.3%XT-1的混合料抗水损害性能最优;XT-1未能改善混合料高温抗车辙能力,但试验结果满足1-3区改性混合料不小于2800次/mm的要求.     

植物基复配沥青混合料的蠕变性能

为研究植物基复配沥青混合料的流变特性,以进一步考察复配沥青混合料的高低温路用性能,在对基质沥青与植物沥青进行基本性能试验、并确定了两者适宜配合比例得到复配沥青的基础上,采用AC-13级配类型,分别进行了基质沥青与复配沥青混合料的高低温弯曲蠕变试验。基于Burgers模型,以塑性变形、劲度模量S以及蠕变速率m和m/S值及耗散能比等参数,分别评价了混合料的高、低温性能。研究结果表明,植物沥青较70~#沥青温度敏感性大;复配沥青中植物沥青的适宜掺量为70~#沥青质量的10%;复配沥青混合料的高温性能较70~#沥青混合料略差,但均满足规范要求,其低温性能及应力松弛性能亦略次于70~#沥青混合料。