冻融条件下相变沥青混合料的低温抗裂及调温性能

为研究DTC相变材料对温拌沥青混合料的低温抗裂性影响规律及其低温调温性能,进行了低温劈裂试验、约束试件温度应力试验、核磁共振技术、差示扫描量热法,并实测了试验路段面层温度。结果表明：DTC相变材料在升降温过程中均能很好地实现吸热放热,通过焓值对比发现其在降温过程中的调温效果更加明显;根据试验路段现场测温可知,相变沥青路面比普通沥青路面高6℃左右,降温开始时间延迟了60min左右。而随着DTC掺量的增大,相变沥青混合料的劈裂强度降低,冻断温度和转折点温度升高,孔隙率增大,这都降低了沥青混合料的低温抗裂性。相关性分析表明,孔隙度与低温劈裂强度、冻断温度和转折点温度的相关系数都在0.97以上,各指标紧密关联。可见,将DTC相变材料掺入沥青混合料能够有效提升沥青路面内部的温度,但会对沥青路面的抗裂性能造成一定的负面影响。同时,采用冻断温度和转折点温度的Logistic曲线拟合,在DTC掺量为3‰时得到拐点。因此,当DTC掺量为3‰时,沥青混合料的强度既能保证规范要求,又能表现出稳定的调温性能。     

骨料级配对相变沥青混合料性能的影响

相变沥青混合料是一种可以调节沥青混凝土路面温度的新型功能性路面材料,其中,沥青混合料骨料级配对相变沥青混合料的路用性能和调温性能有何影响值得深入研究。本文选择两种复合定型相变材料(CPCM)石蜡/膨胀石墨/高密度聚乙烯(简称为PHDP)和道路温度调节材料(简称为DTC)两种相变材料,首先利用傅里叶红外光谱(FT-IR)试验,对CPCMs与沥青之间的反应进行了定性分析。其次,分别制备级配类型为AC-16与AC-20的相变沥青混合料,通过路用性能试验和调温试验评价不同骨料级配对相变沥青混合料路用性能与调温效果影响影响。结果表明,两种CPCM与沥青之间均为物理反应;相比级配类型AC-16,AC-20可以显著提高含PHDP的相变沥青混合料的路用性能与调温效果,但是对于含DTC的相变沥青混合料的改善效果不显著。     

相变沥青混合料可行性及性能研究

提升道路除冰雪能力是保障冬季行车安全的重要手段,相变沥青路面作为一种环境友好型技术具有良好的应用前景。为了确定相变沥青混合料融冰雪是否具有实际应用价值,通过显微镜观测固固相变材料相变过程,测定相关热力学参数。对相变沥青混合料路用性能进行检测,开发了3种融冰雪性能评价方法。结果表明,固固相变材料会发生为结晶态和非晶态的相互转变,熔融焓值在吸放热过程中差距不大,均超过70 J/g,且50次衰减率在2.8%,可以满足沥青路面长期使用需求;随着相变材料掺加量的增加,沥青混合料高温稳定性降低,低温抗裂性提升,抗水损性能先上升后下降,但均能满足规范要求,相变材料掺加量超过0.3%才具有明显的融冰雪效果。可见,固固相变材料可以作为外掺剂加入沥青混合料中,基于路用性能角度相变材料掺量在0.3%～0.5%比较合适,相变沥青混合料不适应于全天低于0℃的地区,需要结合其他除冰雪措施才能保障道路通行能力。     

碳纳米管改性沥青及混合料的高温流变和断裂韧性试验

利用室内试验,以基质沥青和SBS改性沥青作对比,研究了碳纳米管对沥青高温流变性能和混合料断裂韧性的影响,并通过差示扫描量热分析和扫描电镜分析对其机理进行解释.结果表明:碳纳米管能显著改善沥青的抗剪切性能和高温抗车辙性能,并提高了沥青混合料的施工温度;当碳纳米管掺量大于2.0%时,车辙因子再无明显增长,相反搅拌温度超过177℃时,沥青极易老化,因此碳纳米管最大掺量为2.0%;碳纳米管的加入降低了沥青150℃时的吸热峰,使沥青热稳定性得到显著改善;与基质沥青和SBS改性沥青相比,碳纳米管的加入对沥青起到物理吸附和加筋作用,极大改善了沥青混合料的断裂韧性.     

海绵状氧化石墨烯/聚乙二醇单甲醚相变材料的制备及性能

以海绵状氧化石墨烯(spongy graphene oxide,SG)为载体材料,聚乙二醇单甲醚(methoxy polyethylene glycol,MPEG)为相变物质,通过物理浸渍法制备了定形相变材料。采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、差示扫描量热法、热失重和热台等方法对定形相变材料的结构、相变性能、热稳定性和定形能力进行表征和分析。结果表明,当SG质量分数为8%时,样品焓值最大且定形效果最好,结晶温度和熔融温度分别为18.7和30.7℃,焓值达到140.3 J/g,当温度达到250℃时,无任何泄漏发生,且热稳定性良好。该定形相变材料有望在聚丙烯相变纤维中实现应用。     

玻璃纤维改性相变沥青混合料路用性能

为研究玻璃纤维对聚乙二醇(PEG)沥青混合料性能的增强效果,探究玻璃纤维掺量对其性能的影响规律,通过车辙试验、半圆弯拉试验、冻融劈裂试验研究了玻璃纤维PEG沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性,并利用室外调温试验研究掺加玻璃纤维前后PEG在沥青混合料中的降温效果。结果表明:玻璃纤维掺量为0.2%时,PEG沥青混合料的高温稳定性较好,动稳定度比未掺时高51%;玻璃纤维对混合料低温性能、水稳定性有影响,但效果不明显;玻璃纤维几乎不会影响PEG对沥青混合料的降温效果。可见玻璃纤维能显著提高PEG沥青混合料的高温稳定性且不会破坏PEG材料的调温性能。     

氧化石墨烯/聚乙二醇复合相变材料的研究

采用化学法直接获得亲水氧化石墨烯(GO),并利用超声处理和微波辅助的方法制备氧化石墨烯定型的聚乙二醇(PEG)基复合相变材料(PCMs).氧化石墨烯作为支撑材料加入到聚乙二醇基体材料中来提高其热学性质,同时起到对聚乙二醇定型的效果.在超声处理和微波的辅助下,氧化石墨烯片层被扩展开且整个合成过程简便高效.少量(质量分数约4%)的氧化石墨烯便可使相变材料具有优异的定型效果.差示扫描量热法结果显示这种定型相变材料的焓值为174. 5 J/g,是聚乙二醇相变焓值的95. 6%.热重分析结果表明该相变材料在温度低于350℃时热稳定性突出.同时,本研究还探讨了该复合材料的光热转换性能,结果显示氧化石墨烯的加入显著提高了复合材料的热学性能.     

有机蒙脱土/环氧树脂改性沥青材料的性能

以有机蒙脱土(OMMT)改性环氧树脂作为改性剂,采用熔融共混法制备了OMMT/环氧树脂改性沥青材料.采用FT-IR、XRD、荧光显微镜、万能材料试验机、热重分析和布氏黏度计等对相容剂与沥青的相容性及复合改性沥青的微观结构、拉伸强度、断裂伸长率、热稳定性、黏度特性进行了研究.结果表明:OMMT的掺入使环氧树脂在沥青中分散更均匀,OMMT/环氧树脂复合改性沥青形成剥离型结构;OMMT的掺入使复合改性沥青高温性能及力学性能增强;与环氧树脂改性沥青相比,OMMT/环氧树脂改性沥青的起始分解温度和终止温度分别提高了30.1℃和15℃,高温稳定性明显提高;复合改性沥青固化反应黏度增长平缓,更适合道路施工.     

季冻区橡胶粉与SBS复合改性沥青混合料性能及改性机理

为改善季冻区公路沥青路面病害突出的问题,通过对橡胶粉与SBS复合改性沥青混合料性能的系统研究,基于季冻区的特殊要求,确定了橡胶粉与SBS适宜的掺配比例,系统评价了复合改性沥青混合料的路用性能;通过扫描电镜、红外光谱以及差示扫描热量分析等试验方法,从微观角度分析了橡胶粉与SBS复合改性沥青的机理。研究结果表明:用于季冻区的橡胶粉与SBS复合改性沥青中,橡胶粉的推荐掺量为20%~23%,SBS推荐掺量为2.0%;橡胶粉与SBS复合改性沥青可大幅改善SMA以及AC型沥青混合料的路用性能,相比SBS改性沥青混合料,高温性能提升59%,低温性能提升幅度高达154%,冻断温度降低约18℃;橡胶粉与SBS复合改性沥青体系热稳定性较普通改性沥青好,这与其各成分间表面张力降低有关。     

复合相变蓄热涂层的蓄放热调温特性

相变材料（PCM）与建筑围护结构相结合,可以有效利用间歇性可再生能源不均匀分布的特点,在温度变化较小的情况下吸收大量的热量,减小室温的波动。本文将微胶囊相变材料加入到腻子粉中制备复合相变涂料,利用扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）和热重分析仪（TG）对其微观形貌、相变特性和热稳定性进行表征。将复合相变涂料应用于水泥板内表面,研究微胶囊相变材料(MPCM)含量对复合相变涂层蓄热调温性能的影响。结果表明：复合相变涂层的温度变化速率比普通涂层慢,随着微胶囊相变材料含量的增加,复合相变涂层与普通涂层的表面温差呈递增趋势。复合相变涂层能明显降低峰值温度和温度的波动范围,起到调节室温的作用。微胶囊相变材料含量从0％增加到30％,复合相变涂层与普通涂层的温差逐渐增大,最大为3.2 ℃。与普通涂层相比,随着微胶囊相变材料含量的增加,复合相变涂层室内温度保持24～28 ℃的时间逐渐增加,微胶囊相变材料含量为30％的复合相变涂层室内温度保持24～28 ℃的时间比普通涂层延长23.5 min。     

癸酸-正辛酸与活性炭复合相变材料的制备

为了研究活性炭复合相变材料基本性能,以活性炭吸附相变材料(PCM)癸酸-正辛酸制得相变储能骨料(PCESA)为研究对象。采用不同粒径活性炭在不同温度下、不同吸附方式下进行吸附性能以及不同配比环氧树脂的封装试验。通过DSC测试PCM和PCESA的相变特征,用SEM图像分析吸附材料的微观结构。通过不同温度下PCM浸泡吸附率分析活性炭吸附性能,进行了超声波吸附与真空吸附方式下的PCM吸附性能试验。实验结果表明,PCM与PCESA的相变特性稳定,具有较好的热物理性能;6mm粒径的活性炭孔隙结构较完好,吸附PCM的性能较好;在30℃、40℃和50℃水浴温度下吸附率较高;真空吸附性能较其他吸附方式好;以环氧树脂、稀释剂与固化剂按质量比1∶0.15∶0.25的配比封装效果较好。     

石蜡-酚醛-水泥相变砂浆的制备及性能分析

为了改善石蜡相变材料的封装效果和防火能力,利用不燃的酚醛树脂包裹石蜡制备出石蜡－酚醛复合胶囊,并利用石蜡-酚醛复合胶囊制备出水泥相变砂浆。实验结果显示,石蜡在常温范围内的相变热是20520 J·g-1,相变温度范围为27~38 ℃;石蜡－酚醛的相变热为4259 J·g-1,相变温度范围为18~30 ℃;相变砂浆的相变热为929 J·g-1,相变温度范围为20~29 ℃;相变砂浆的抗压强度、劈裂抗拉强度和粘结拉伸强度随着石蜡－酚醛胶囊掺量的增加而明显下降。工程应用表明,制备的相变砂浆在一定范围内具有较好的调节建筑室内温度,具有易存放、易施工、安全性高的特点     

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.     

MA-SA/蒙脱土复合相变贮能材料的制备

用DSC法研究了豆蔻酸(MA)和硬脂酸(SA)二元混合物的热性能,确定了MA-SA二元低共熔物的组成为67.00:33.00,相变温度为43.13℃;在此基础上,研究了MA-SA二元低共熔物/蒙脱土复合贮能材料的制备方法,并用XRD、IR和DSC等方法对复合材料的结构和性能进行了表征与测试。研究结果表明:MA-SA被有效地包封在蒙脱土层间,制得复合材料的相变温度为41.86℃,相变焓为130.32J/g,贮能性能满足调温纺织品的要求。     

石蜡-蒙脱土复合储能调温涂布纸的制备及表征

制备了石蜡-蒙脱土复合相变颜料,制得了石蜡-蒙脱土复合储能调温涂布纸.结果表明:石蜡和蒙脱土质量比为2∶1时,制备的石蜡-蒙脱土复合相变颜料的相变潜热为68.4,J/g.相变颜料在涂料的填料当中所占比例为10%,时,制备的相变涂料的比定压热容为2.044,8,J/(g·K),相变潜热为2.2,J/g.用相变涂料涂布后的纸张比未用相变涂料涂布后的纸张Cobb值降低了38%,,抗水性能明显增强.制备的石蜡-蒙脱土复合储能调温涂布纸除了具有储能调温功能之外,还具有较好的抗水性能.     

温拌阻燃沥青混合料设计与性能评价

温拌阻燃沥青混合料能够减少施工过程中的能耗和污染气体排放,降低道路火灾的危害程度。文章对温拌阻燃沥青混合料设计与性能进行研究。通过试验确定了温拌剂和阻燃剂的合理掺量、掺加温度及剪切速率,研究了温拌阻燃沥青混合料的路用性能、长期水稳定性及疲劳耐久性能;借助红外热成像仪,评价了混合料的阻燃效果。结果表明,与热拌混合料相比,温拌阻燃混合料(温拌剂掺量3%,阻燃剂掺量13%)能够将拌和、压实温度降低约15℃,动稳定度、冻融劈裂强度比、残留稳定度、飞散损失率等指标没有显著降低,同时能够减少混合料的燃烧时间和烟气,但长期水稳定性和抗疲劳性能有一定程度的降低。     

岩沥青/环氧树脂复合改性路面回收料路用性能

为了提高路面回收料（RAP）再生过程中的利用率,并确保再生的沥青混合料能满足路用条件,本文提出了一种新的复合改性沥青材料。将布敦岩沥青（BRA）、E-44热固性环氧沥青、自制固化剂、70#基质沥青以及路面回收旧料,以一定的配比组成新型岩沥青与环氧树脂复合改性RAP料,通过响应面法对试验进行设计并预测分析最优掺量。通过高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验和四点弯曲梁试验对不同掺量改性剂下的力学性能以及抗疲劳性能进行了评价。结果表明：岩沥青与环氧树脂都能有效提高再生沥青混合料的高温性能;岩沥青会导致再生沥青混合料的柔性降低,释放应力的能力变差,通过掺入环氧树脂能改善这一现状;环氧树脂、沥青、固化剂三者发生的交联固化反应使再生沥青混合料成为不可逆的固体,显著降低了对旧料的要求,从而提高RAP旧料的使用率。     

沥青-集料界面的剪切滑移性能研究

沥青路面属于柔性路面结构形式,用于铺筑沥青路面的沥青混合料属于温度敏感性材料,其受温度效应和时间效应影响明显.在南方区域,高温多雨气候持续时间长,日照充足,沥青路面在高温持续作用下,混合料中沥青黏度随温度升高逐渐变低,从而造成沥青混合料抗剪切性能逐渐降低.通过对沥青-集料界面剪切滑移性能研究,得出当天然沥青掺量小于10%时,沥青膜抗剪切滑移性改善效果不明显,当掺量大于10%时,沥青膜抗剪切滑移性能改善效果随掺量増大而逐渐明显,且ARA对沥青膜抗剪切滑移性能改善效果优于TLA.     

复配型水性环氧乳化沥青微表处耐久性

为解决沥青路面微表处早期病害多发问题,使用水性环氧树脂(waterborne epoxy resin,WER)配合丁苯橡胶(styrene butadiene rubber,SBR)对乳化沥青进行复合改性,制备复合改性水性环氧乳化沥青微表处,通过三大指标及黏附性能验证沥青改性效果。以混合料的水稳定性、耐磨耗性及抗滑性作为评价标准,分别采用长期浸水湿轮磨耗试验、多次冻融循环湿轮磨耗试验和四轮加速磨耗试验,对不同水性环氧树脂掺量下的微表处混合料的耐久性进行评价,同时与不掺加水性环氧树脂的SBR改性乳化沥青微表处进行对比。研究结果表明:在复合改性作用下,乳化沥青的高低温性能及黏附性能均得到较大提升,微表处混合料相较普通的SBR改性乳化沥青微表处表现出更为优异的耐久性能,其湿轮磨耗值(wet track abrasion test,WTAT)在长时间浸水与多次冻融循环的条件下不会出现大幅度增长,具有较好的水稳定性能;在15 000次加速磨耗过程中的耐磨耗性能可以维持在较高的水平,且抗滑性能衰减速率较SBR微表处有所下降;水性环氧树脂掺量(质量分数,下同)逐渐增加至8%的过程中,微表处的耐久性可以持续提升,即各项性能在试验过程中的衰减速率逐渐放缓,在超过8%的掺量之后,对微表处的耐久性提升不再明显,所以建议较为经济的水性环氧树脂掺量不宜超过8%。     

玻璃沥青混凝土阻热降温性能

由于玻璃具有较低的导热系数,将废旧玻璃破碎成1.18和2.36mm的玻璃集料替代矿质集料,制备而成玻璃沥青混合料。基于平板法和傅里叶热传导原理,研究设计了室内平板导热试验装置,用于检验玻璃沥青混合料的导热系数。试验结果表明,随着玻璃集料掺量的增大,玻璃沥青混合料的导热系数降低;玻璃沥青混合料在高温环境下的阻热效果更明显。通过模型计算发现使用玻璃沥青混凝土可降低路表温度,因此,玻璃沥青混凝土是一种绿色环保材料,具有较好的阻热性能,可以在一定程度上减轻实际工程中由于高温导致的车辙问题。