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.     

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.     

基于动态剪切流变仪试验的温拌沥青老化性能研究

为了研究温拌沥青短期老化和长期老化后性能的变化,该文选用Sasobit和3G两种温拌沥青,加入到70#基质沥青和SBS改性沥青,制备相应的温拌沥青,采用动态剪切流变仪DSR,测试不同温拌剂种类及不同掺量的温拌沥青,测试其复数剪切模量G*和相位角δ。结果表明：Sasobit和3G温拌剂的加入都使沥青短期老化程度降低,Sasobit温拌剂的幅度比3G温拌剂大,且降低幅度随着温度的增大而增大,而3G温拌剂在不同温度下其降低幅度相差无几;长期老化后,Sasobit温拌剂能够使沥青的G*/sinδ值变大,提高沥青的高温性能,3G温拌沥青的高温性能基本不变。     

厂拌热再生SBS改性沥青混合料抗裂性能

为了研究厂拌热再生SBS改性沥青混合料的抗裂性能,采用半圆弯拉试验,通过断裂能分析中低温条件下旧料掺量、再生剂掺量对再生沥青混合料抗裂性能的影响;同时借助数字散斑技术,对半圆弯拉试验加载全过程中试件表面图像进行散斑处理,对其裂缝尖端水平应变场信息以及裂缝扩展特征进行评价,对比分析水平应变-时间曲线的变化规律;并研究长期老化和冻融循环作用对再生沥青混合料抗裂性能的衰减特性。研究结果表明:中低温条件下,再生沥青混合料的抗裂性能随旧料掺量的增加呈二次多项式递减,使用再生剂无法改变这种递减关系,但有助于减缓其劣化趋势,当旧料掺量(质量分数,下同)小于30%时,再生沥青混合料抗裂性能接近新拌改性沥青混合料,但抗老化性能较差;再生沥青混合料砂浆易形成受力薄弱界面,再生剂可延长其开裂时间,并提高裂尖水平应变峰值,尤其对于大比例废旧SBS改性沥青混合料(RAP-SBS)再生改善效果更明显;影响再生沥青混合料低温抗裂性能的各因素依次为温度、旧料掺量、长期老化,其中温度的影响最显著;再生沥青混合料低温抗裂性能对冻融循环次数的敏感度随旧料掺量的增加而增大,指数模型可以较好表征再生沥青混合料低温抗裂性能随冻融循环次数的衰减状况,其损伤程度随冻融次数的增加大致分为快速损伤期和稳定损伤期2个阶段。     

Sasobit温拌橡胶沥青及混合料高温蠕变特性

为了研究Sasobit温拌橡胶沥青及混合料的高温蠕变特性,制备了Sasobit温拌剂掺量为3%的温拌橡胶沥青,确定了Sasobit温拌橡胶沥青混合料的成型温度与基本路用性能;通过结合料与混合料蠕变试验全面评价了Sasobit温拌橡胶沥青路面的高温性能,并进行了混合料Burgers模型参数拟合分析。研究结果表明:Sasobit橡胶沥青结合料高温蠕变性能优于SBS改性沥青,Sasobit进一步提高了橡胶沥青高温性能;SBS改性沥青混合料的高温性能优于2种橡胶沥青混合料;3%的Sasobit掺量不仅能有效降低橡胶沥青混合料的施工温度20℃,而且能较大提升其高温性能,却不过分降低其低温性能;随着温度的升高或围压的出现,Sasobit能够更好地提升橡胶沥青混合料的高温性能,使其更加接近SBS改性沥青混合料。     

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.     

微胶囊沥青混合料自愈性能

为揭示微胶囊沥青混合料自愈性能的影响因素,为微胶囊沥青混合料设计与性能提升提供依据,采用原位聚合法合成了以三聚氰胺-尿素-甲醛树脂(MUF)为囊壁、低品质植物油为囊芯的微胶囊,制备微胶囊沥青混合料并评价其自愈性能。针对不同沥青类型、不同微胶囊掺量、不同愈合温度、不同愈合环境以及不同愈合时间的微胶囊沥青混合料,基于三点弯曲的断裂-愈合-断裂试验,以愈合前后的断裂强度恢复率(HS)作为评价指标,研究了微胶囊沥青混合料的自愈合效果,揭示了微胶囊掺量、服役条件(愈合温度、愈合时间、水分和氯盐侵蚀)、材料属性(沥青种类)对其自愈性能的影响规律。结果表明：微胶囊基质沥青混合料的自愈合能力优于微胶囊SBS改性沥青混合料,随着愈合时间的延长、愈合温度的升高和微胶囊掺量的增加,微胶囊沥青混合料的愈合效果均越来越好;对于普通沥青混合料,浸水和盐溶液均会降低其自愈性能,并且SBS改性沥青混合料的耐盐性较高。微胶囊基质沥青混合料的HS随氯盐浓度的增加先降低后增加,SBS改性沥青混合料的HS则一直增加,这是由高浓度氯盐环境加速微胶囊破裂所致。该研究在揭示浸水及氯盐环境下微胶囊沥青混合料自愈合性能影响规律的同时,...     

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.     

长期老化对基质沥青与SBS改性沥青化学组成、形貌及流变性能的影响

为探究基质沥青和SBS改性沥青不同长期老化过程中化学组成、形貌及流变性能的变化,研究了紫外(UV)老化与压力老化箱(PAV)加速沥青老化试验对基质沥青与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青物理和流变性能的影响,采用傅里叶红外光谱(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)和原子力显微镜(AFM)探讨了长期老化过程中2种沥青化学组成与形貌的变化。研究结果表明:老化后2种沥青黏度均增大,抗剪切变形能力提高,沥青中的弹性成分增加,基质沥青的性能变化比SBS改性沥青更为明显;老化后改性沥青羰基指数增加幅度更大,SBS分子数量明显减少,改性沥青平均分子量比基质沥青变得更大,尤其PAV老化后SBS改性沥青中大分子比率明显增加;老化后沥青表面的典型蜂状结构遭到破坏,蜂状结构的数量和尺寸有较大变化。对于蜂相区域,2种沥青UV老化后,表面粗糙度变化较小,而PAV老化后,表面粗糙度显著增加;对于平滑相区域,SBS改性沥青表面粗糙度老化前后无显著变化,基质沥青表面粗糙度老化后降低,并且PAV老化后粗糙度比UV老化降低更明显;基质沥青和SBS改性沥青PAV老化后老化程度明显高于UV老化,且添加SBS改性剂能提高沥青长期抗热氧老化方面性能,对长期抗光氧老化方面性能的提升不明显。     

SMC再生SBS沥青的流变性能和微观特性研究

【目的】探究新型温拌再生剂甲基苯乙烯共聚物（styreneic methyl copolymer,SMC）对老化苯乙烯系热塑性弹性体（styrene butadiene styrene,SBS）改性沥青的再生效果和再生机理。【方法】首先,在室内制备不同老化程度的沥青。然后,采用SMC再生剂对不同老化程度的SBS改性沥青进行再生。接着,对再生后的SBS改性沥青进行动态剪切流变和低温弯曲蠕变试验,以评价其流变性能。最后,开展红外光谱试验以揭示其作用机理,进行电镜扫描试验以验证SMC再生剂的再生效果。【结果】SMC再生剂会降低老化SBS改性沥青的车辙因子,降低老化SBS改性沥青的恢复率,同时会使老化SBS改性沥青的低温性能得到极大提升。SMC再生剂未与SBS改性沥青发生化学反应,两者仅为物理共混。同时,SMC再生剂能够弥补沥青因老化产生的裂缝。【结论】SMC再生剂对老化SBS改性沥青具有较好的修复效果,能够为沥青的再生提供一种新的途径。     

拌合时间对掺Duroflex~抗车辙剂沥青混合料高温稳定性的影响

为了探讨掺加Duroflex的沥青混合料拌合时间对其抗车辙性能的影响,对不同拌合条件下的AC-20C沥青混合料进行了车辙试验。试验结果显示,基质沥青和SBS改性沥青混合料的动稳定度都随着拌合时间的延长而降低;拌合时间从3min延长至11min时,基质沥青混合料动稳定度减低比率为49%,而SBS改性沥青动稳定度降低比率高达74%,SBS改性沥青掺加3%Duro的动稳定度降低比率为29%;不同拌合时间会对沥青混合料动稳定度产生较大影响,在同等试验条件下掺加Duroflex能够提高沥青混合料的动稳定度。     

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。     

基于多应力蠕变恢复试验的温拌沥青高温性能

选择Evotherm~(3G)和EC120两种温拌剂加入基质沥青和SBS改性沥青中,配制温拌沥青.采用多应力蠕变恢复试验,对短期老化前后温拌沥青的高温性能进行评价.结果表明:两种温拌剂对沥青高温性能的影响表现出明显的差异性;Evotherm~(3G)温拌剂增加了沥青的应变,降低了沥青的蠕变恢复率,提高了沥青不可恢复蠕变柔量;EC120温拌剂降低了沥青的应变,提高了沥青的蠕变恢复率,降低了沥青不可恢复蠕变柔量;EC120比Evotherm~(3G)更能提升沥青的高温性能,但两种温拌剂均能不同程度地提高沥青的应力敏感性;短期老化提高了基质沥青的高温性能,但对改性沥青高温性能有所削弱.     

热拌与温拌沥青混合料和易性试验

为了研究沥青混合料和易性,研发沥青混合料和易性指数测试仪,提出混合料和易性评价指标--和易性指数,分别测试在不同转速、不同级配类型、热拌及温拌条件下混合料和易性.结果表明:转速越大,和易性指数越小,表现出混合料和易性较差,随着试验温度升高,因转速造成的和易性差异减小;混合料公称最大粒径越大,其和易性指数越小,和易性越差,随着温度升高,粒径较小的混合料和易性提升幅度较大;基质沥青温拌混合料和易性指数最大,和易性最好,改性沥青热拌混合料和易性指数最小,和易性最差.当温度低于140℃时,基质沥青热拌混合料和易性指数较改性沥青温拌沥青混合料大,和易性好.当温度高于140℃时,基质沥青热拌混合料和易性指数与改性沥青温拌混合料相当,说明通过温拌技术,可使得改性沥青混合料和易性增加,可弥补因温度降低而造成的改性沥青混合料路用性能降低之不足.     

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。     

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。     

就地热再生沥青混合料的动态力学特性

为探究就地热再生沥青混合料动态力学特性,采用动态剪切流变试验和弯曲流变试验确定了再生剂最佳掺量,并对就地热再生混合料（RAC-13）及SBS改性沥青混合料（AC-13、SMA-13）在4种温度及6种频率下进行单轴压缩动态模量试验,同时结合时温等效原理和CAM模型构建了沥青混合料动态模量与相位角主曲线并分析了其力学性能。结果表明:就地热再生沥青混合料动态模量随频率增加（或温度降低）而增大,相位角随频率增加（或温度降低）先升高后降低。在标准设计条件（20℃、10Hz）下,就地热再生沥青混合料动态模量分别是AC-13、SMA-13的1.6、1.1倍,其具有优异的抗高温抗变形能力且低温抗裂性与SMA-13相当。CAM模型可以拟合得到就地热再生沥青混合料动态模量与相位角在宽频范围内的发展规律,为就地热再生沥青路面结构计算提供参考。     

废旧沥青混合料掺量对热再生改性沥青混合料拌和压实温度的影响

为研究废旧沥青混合料(RAP)掺量对热再生乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青混合料拌和压实温度的影响,通过室内试验得到旧料掺量、再生级配、拌和压实温度与再生混合料体积指标的关系;并以4%空隙率为目标体积确定AC-16再生SBS沥青混合料的最佳拌和压实温度。结果表明:再生混合料毛体积密度不与拌和压实温度呈线性关系,毛体积密度随温度变化出现峰值;Superpave级配不适用标准击实方式;同一拌和压实温度下,随着旧料掺量的增加,混合料空隙率会越大;旧料掺量在20%～40%情况下,掺量每增加10%,最佳拌和压实温度提高5℃左右;40%高RAP掺量下,再生SBS改性沥青混合料各路用性能都能达到规范要求。     

厂拌热再生混合料回收沥青老化特性对新沥青诱导老化的研究

为探究厂拌热再生沥青混合料中新旧沥青的老化进程及老化机理,模拟再生混合料的拌和与使用过程,首先测试了基质沥青、回收沥青以及新旧沥青三种试样依次经历旋转薄膜烘箱老化试验RTFOT和加速加压老化试验PAV之后各自的动力粘度与路用性能,对比分析了热再生中新旧沥青在老化过程中的宏观性能衰减规律,进而采用红外光谱和差示量热分析扫描等微观测试手段探明了新旧沥青的老化进程与老化机理。测试结果表明,先后经历RTFOT老化和PAV老化之后,回收沥青的粘度上升最显著,低温性能下降也十分迅速,但新旧沥青的动力粘度与低温性能变化幅度均远远高于基质沥青,证明其老化速率较基质沥青快;新旧沥青在经历RTFOT老化和PAV老化过程中,除新沥青和回收沥青各自独立的老化外,还存在一种介于二者之间的化学作用,即回收沥青中某些活性基团对新沥青的老化进程具有较明显的促进作用,称之为“诱导老化”,这种诱导老化通过改变基质沥青的老化进程而改变其老化机理。     

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。