基于响应面法的沥青发泡效果优化分析

为研究不同类型沥青的发泡效果,文章采用响应面法进行试验设计,以泡沫沥青的膨胀率和半衰期作为控制指标,加热温度和用水量为影响因素,分别对70~#、90~#及SBS~# 3种型号沥青在不同加热温度和发泡用水量情况下的发泡效果进行对比分析,并进行影响因素的显著性分析,优选出合理发泡条件;采用布氏黏度试验对合理发泡条件的泡沫沥青进行不同温度下的黏度评价。响应面试验结果表明:70~#沥青膨胀率对发泡用水量较为敏感,而半衰期则对沥青加热温度较为敏感,其适宜发泡温度为160℃,用水量为2%;发泡用水量对90~#沥青膨胀率和半衰期的影响比对加热温度的影响显著,90~#沥青的最佳发泡温度为150℃,用水量为2%;SBS~#沥青的发泡效果对沥青加热温度变化比较敏感,其最佳发泡温度为170℃,用水量为3%。黏度试验结果表明:沥青的黏度与试验温度成负相关的关系,但是发泡前、后,沥青黏度试验结果变化不明显,不宜根据黏度来确定泡沫沥青的生产温度。     

灰色关联理论在泡沫温拌沥青生产关键参数优选中的应用研究

为了更好地对沥青发泡效果进行控制,保证泡沫沥青的生产质量,优选出最关键的影响因素及最佳用量显得十分必要。首先对道路石油沥青和SBS改性沥青在不同的沥青加热温度、发泡用水量、发泡用水温度条件下,分别进行泡沫温拌试验,得出与之相对应的最大膨胀率、半衰期的试验数据。分析出发泡用水量为最重要的影响因素。然后,通过灰色关联理论对三种不同的影响因素与泡沫沥青的最大膨胀率、半衰期进行关联程度的分析,验证了之前对数据的分析结果。最终得出,泡沫沥青生产最关键的影响因素为发泡用水量,道路石油沥青最佳用水量在2%左右,SBS改性沥青最佳用水量在3%左右。     

基于正交试验的泡沫沥青的发泡性能

采用自主研发的泡沫机,通过正交试验研究,探讨了沥青种类、沥青温度、发泡用水量及压力(气压和水压)等因素对沥青发泡性能的影响,分析了沥青的发泡影响因素和发泡工艺.研究表明:合适的沥青温度可改善沥青的流动性,有利于提高泡沫沥青的膨胀率;不宜单纯为了增大膨胀率而提高用水量,过多的用水量反而会抑制沥青泡沫的生长,尤其是改性沥青;压力对基质沥青与改性沥青发泡性能的影响规律刚好相反;基质沥青和改性沥青的发泡性能需分别对待,建议采用辽宁盘锦牌沥青时,在改性沥青的基础上,将基质沥青的膨胀率增加25%,半衰期延长30%.     

冷再生设备制备不同材料泡沫沥青工艺参数优化

基于自主研发的泡沫沥青试验机,为获得常用再生沥青料最优的泡沫沥青发泡特性,设计正交试验,以膨胀比和半衰期为评价指标,分析温度、含水量和压力3因素对泡沫沥青发泡特性的影响。应用FB100泡沫沥青试验机,针对不同材料沥青,进行试验研究。通过正交试验,并对其做方差分析,可以确定不同工艺参数对泡沫沥青发泡特性的重要度,并通过对东海36-1-90#沥青的试验对其进行了验证。研究结果表明:针对此泡沫沥青试验机,施工中常用的4种再生沥青:东海36-1-90#沥青、中海90#沥青、SK90#沥青、中海AH-90#沥青的最优发泡工艺参数分别为150℃和1.5%含水量、160℃和2.5%含水量、150℃和2%含水量、170℃和2.5%含水量,为其在泡沫沥青冷再生工程施工应用中提供数据依据和参考。     

泡沫沥青衰变方程与发泡特性评价

目前常用膨胀率和半衰期指标来评价沥青的发泡特性,由于缺乏明确的数值评价标准,有时难以判断最佳发泡参数.比较了现有的4种衰变方程,选定了泡沫沥青衰变方程的基本形式,应用微分方法推导出实际最大膨胀率的通式,由泡沫沥青衰变的边界条件修正得到标准衰变方程,从能量角度出发定义了泡沫能量指标,通过积分给出了计算公式.对实际工程所用4种沥青的发泡试验数据进行分析,泡沫能量指标物理意义明确,量化了沥青的发泡特性,既可确定沥青的最佳发泡参数,又可评价不同沥青的发泡特性.     

对叔丁基苯甲醛改性沥青性能研究

以中温煤沥青为基质沥青、对叔丁基苯甲醛为改性剂和对甲苯磺酸为催化剂,采用化学交联-减压蒸馏法分别在Ar气氛和减压环境下对中温煤沥青进行改性,并考察反应条件对沥青的软化点和残炭率等性能的影响.结果表明,改性沥青性能受改性剂的加入量、反应温度、反应时间和反应压力影响较大.在改性剂与煤沥青质量比为0.2、催化剂加入量为5%时,在反应温度为180℃以及20kPa×8h条件下,制得软化点高达151.5℃、残炭率为75%的优质沥青.     

间断密级配沥青混合料高温稳定性影响因素的试验分析

以间断密级配沥青混合料为研究对象,采用马歇尔和车辙试验相结合的方法,分析不同级配、沥青用量、碾压次数、实验温度及抗车辙剂掺量对其高温稳定性的影响.试验分析结果表明:在一定范围内适当增大集料中粗骨料及矿粉的用量,可以充分发挥间断级配中粗骨料的嵌挤作用;马歇尔试验的最佳沥青用量比车辙试验的最佳沥青用量高0.1%~0.3%;当路面温度达到65~70℃,间断密级配沥青混合料高温稳定性不能满足要求;抗车辙剂可以明显提高沥青混合料的动稳定度;在沥青用量不增加的条件下,抗车辙剂最佳用量为0.3%.     

生物沥青及岩沥青复合改性沥青使用性能

为研究生物沥青及岩沥青复合改性沥青结合料使用性能,在60%范围内对不同掺量(质量)生物沥青及岩沥青复合改性沥青进行针入度、软化点、延度、黏度和RTFO短期老化试验,考察基质沥青在生物沥青和岩沥青复合改性作用下各性能的变化.试验结果与分析表明:在保持生物沥青及岩沥青复合改性沥青结合料与对照组基质沥青结合料的25℃针入度一致时,岩沥青与生物沥青的比值和复合改性剂的掺量变化成正比例关系;复合改性沥青针入度指数PI值增大,温度敏感性得到改善;复合改性沥青的高温性能先略有降低而后一直提升,复合改性剂掺量约为15%时达到对照组基质沥青水平;复合改性沥青RTFO后残留针入度比先略有减小而后一直增大,复合改性剂掺量约为20%时达到对照组基质沥青水平,软化点变化提升明显;然而,沥青的延度随着复合改性剂的掺入而大幅降低,但沥青混合料弯曲试验对低温性能的验证显示,复合改性剂的掺量不超过30%时,复合改性剂的掺入不会降低沥青的低温性能,反而有一定改善.综上所述,在20%～30%掺量范围内,将复合改性剂替代部分石油沥青不会降低沥青的各类性能,甚至均有一定提高,且适应不同性能要求时掺量范围上限或下限可适当放宽.     

新型温拌改性沥青流变性能研究

为降低沥青混合料施工过程中大量的能源消耗和废气排放,研发了新型温拌沥青改性剂,基于布洛克菲尔德旋转黏度试验,确定了温拌剂降黏特性。采用动态剪切流变试验(DSR)试验研究了温拌剂掺量、温度等因素对沥青流变性能的影响规律。结果表明:温拌剂掺量大于1%时,沥青黏度降低约80%,与SBS改性沥青相比,在64~70℃范围内时,温拌改性沥青抗车辙因子提高幅度为28.6%~71.4%,温拌剂的加入不仅降低了沥青黏度,而且改善了沥青高温性能。     

炭阳极用煤沥青改性研究

在筛选单组分有机改性剂的基础上,采用由单组分有机改性剂和无机增炭剂组合的多组分改性剂对煤沥青进行改性实验.研究结果表明:与普通煤沥青相比,在160～175℃时,添加质量分数为2.0%~2.5%油酸和石墨粉或者添加1.0%~1.5%邻苯二甲酸二丁酯和石墨粉可以降低煤沥青的黏度至31～190 mPa.s,其高温结焦值与对比沥青的接近;多组分改性沥青结构组成基本不变,软化点下降3-9℃.     

橡胶粉在热沥青中的溶胀降解特性分析

制备废胶粉改性沥青是实现废橡胶资源化利用及减轻环境污染的有效途径.为了研究胶粉在沥青中的物化行为以及对沥青的改性作用,分别在不同胶粉掺量、不同温度和处理时间条件下制备胶粉改性沥青,采用洗脱法分离胶粉后,使用光学显微镜测定胶粉粒径的变化,提出体积膨胀率表征胶粉在沥青中的体积变化;并对用筛析方法分离胶粉后的沥青样品,进行了红外光谱(IR)和差示扫描量热(DSC)分析.结果表明:制备胶粉改性沥青过程中,溶胀和降解是影响胶粉体积的两个重要因素,随着胶粉掺量增加、制备温度升高和处理时间延长,体积膨胀率均呈先增大后减小趋势;溶胀后的橡胶分子发生断链降解释放出小分子物质溶于沥青组分发挥改性作用,特征官能团吸收峰大幅增强;195℃,1.5 h和175℃,3.0 h制备的沥青样品DSC谱线出现了强烈的吸热峰,即处理温度过高或时间过长,可能发生胶粉过度降解、胶粉团聚或沥青老化行为,使胶粉改性沥青的物化状态发生改变,导致性能劣化.从胶粉溶胀与降解的角度,建议胶粉掺量在20%左右,处理温度不高于195℃,处理时间不超过1.5 h.     

高模量沥青混凝土抗变形性能研究

对高模量沥青混凝土及SBS改性沥青和70#普通沥青混凝土在15℃、20℃、40℃及60℃条件下进行单轴贯入和抗压回弹模量试验,结果表明高模量沥青混凝土在各温度下具有相对较高的抗剪强度和抗压回弹模量值,尤其在高温时优势明显.分别得到了以标准温度15℃及20℃抗压回弹模量为基准的回归方程,可以对各种混合料在不同温度下抗压回弹模量进行较高精度的推算,当对结果精度要求不高时也可以采用抗剪强度对抗压回弹模量进行换算.通过对路面结构永久变形的计算,验证了国外将高模量沥青混凝土用于路面结构中间层的正确性,同时也表明了采用抗剪强度及抗压回弹模量指标进行路面变形分析的合理性.     

沥青混凝土路面施工控制要点

一、沥青混合料的拌和 （1）沥青混合料施工控制温度见下表。 （2）沥青混合料的拌和、施工温度应根据所用沥青的粘温关系曲线确定。对沥青材料采用导热油加热,一般加热温度应在160-170℃范围内,矿料加热温度为170-180℃,沥青与矿料的加热温度应调节到能使拌和的沥青混凝土出厂温度在150-165℃,不准有花白料、超温料,     

Honeywell温拌剂在SMA沥青混合料中的添加方法及性能研究

基于SMA-13沥青混合料,对Honeywell温拌剂进行了干法、湿法工艺的路用性能评价,并与SBS改性沥青混合料进行了对比.结果表明,该温拌剂在湿法使用时,可以赋予基质沥青较高的模量和高温粘度,并在30~65℃温度区间保持稳定粘弹性结构,降低沥青的温度敏感性.在干法使用时,该温拌剂可以在玄武岩颗粒表面形成裹附膜,有效提高沥青与玄武岩集料的粘附性等级;在采用基质70号沥青相同的生产温度下,干法添加0.3%的温拌剂生产的SMA混合料较好地满足了改性沥青混合料的相关要求,其路用性能与SBS改性沥青混合料相差不大,实现了一定的温拌效果.     

发泡条件对炭泡沫孔泡结构的影响

以AR中间相沥青为原料,在中间相沥青裂解行为的基础上,利用自发泡工艺制备了中间相沥青基炭泡沫.重点研究了发泡过程中形核温度、初始压力以及固化温度对炭泡沫孔泡结构的影响规律.结果表明:随着形核温度的升高,炭泡沫的孔径变大,开口孔隙率升高.随着初始压力的升高,炭泡沫的孔径减小,开口孔隙率降低.随着固化温度的提高,炭泡沫的孔泡结构由椭圆形变为圆形,开口孔隙率升高.     

旧沥青混合料对泡沫沥青冷再生混合料性能的影响

在分析旧沥青混合料(RAP)特性及其在混合料中作用的基础上,研究泡沫沥青冷再生混合料旧沥青老化程度、旧沥青含量以及铣刨料的掺量等对再生混合料性能的影响.研究得出,在同一泡沫沥青用量下,旧沥青老化越严重,其混合料的空隙率越大,劈裂强度和水稳性越差.但旧沥青老化严重的铣刨料,其60℃稳定度相对较高,说明高温性能增强.此外,在某一固定的泡沫沥青用量下,RAP掺量越多,混合料的空隙率越大,高温稳定性、水稳性越差.研究表明:RAP掺量并不是越多越好,如本文研究的泡沫沥青冷再生混合料为使抗拉性能及水稳性满足中等以上交通公路要求,RAP掺量不宜超过77%.为使60℃稳定度满足重交通公路要求,RAP掺量不宜超过70%.     

温拌沥青混合料中沥青在施工阶段的老化程度

按照确定的抽提、蒸馏方法回收沥青,测试从不同施工温度的沥青混合料中回收得到沥青的各项指标.从测试结果可以看出,不同温度的沥青混合料在施工过程中,其沥青老化的程度随着温度的升高而增加.从回收沥青粘度-温度变化趋势可以看出,沥青混合料的施工温度达到150 ℃时,其中的沥青老化程度开始急剧增加.温拌技术(例如,拌和温度在100 ℃和120 ℃时)可大大缓解混合料中沥青的老化程度.     

中间相沥青基泡沫炭发泡过程及其动力学研究

以AR中间相沥青为原料,结合TG、黏度分析、MS及IR等表征方法研究了中间相沥青基泡沫炭的发泡过程及其动力学特征.结果表明:中间相沥青在发泡过程中主要发生脂肪碳链的热解反应并释放出H2、CH4、H2O和CO等气体,导致熔融沥青中的分子组成产生变化,进而引起其黏度变化.在此基础上采用TG分析模拟不同升温速率及发泡温度下中间相沥青的失重过程,并通过拟合中间相沥青恒温阶段的TG曲线,发现中间相沥青的恒温失重率Δw与发泡时间tb成较好的线性关系,结合Arrhenius方程计算得到不同升温速率下恒温发泡过程的动力学参数.此研究工作对于中间相沥青基泡沫炭的可控制备具有较好的理论指导作用.     

采用DAT添加剂的温拌沥青拌合温度

通过沥青三大指标试验和布氏旋转粘度试验,研究了表面活性剂DAT对SBS改性沥青性能的影响.发现其降粘效果主要是通过发泡实现的,对沥青本身性能并不产生明显影响.以SMA-13和AC-20两种级配为例,研究了不同拌合温度下沥青混合料的体积参数,最终以既定孔隙率为指标,确定了采用DAT添加剂的温拌沥青的合理拌合温度.并做了水稳定性检验,为今后的试验及施工提供了参考依据.     

冻融循环条件下沥青混合料强度衰减的评价方法

对沥青混合料在不同冻融循环条件下的破坏机理及其强度衰减评价方法进行研究.通过比较不同温度、不同频率及不同冻融循环条件下沥青混合料动态模量及其损伤变量的变化规律,探讨沥青路面冻融破坏机理,并确定冻融循环条件下其强度衰减的评价方法及指标.研究结果表明:当温度在5～15℃之间时,沥青混合料的动态模量迅速变化,温度继续升高之后趋于稳定;比较直接冻融、饱水加载后冻融和加载冻融同时作用3种不同冻融循环试验方法,以加载冻融同时作用的条件最为苛刻;确定在25℃和10 Hz下,进行900 N边加载边冻融试验作为沥青混合料强度衰减评价方法,损伤变量达到10%时作为沥青混合料的损伤破坏评价指标.