木屑液化产物合成的生物沥青性能及机理分析

为促进废物利用及绿色道路材料开发,结合我国木质材料固体废弃物特性及生物沥青发展的需要,将杨木屑液化产物合成树脂,然后加入基质沥青制备生物沥青。分析了合成树脂掺量对生物沥青针入度、软化点、延度及黏度的影响,确定了合理的合成树脂掺量。并探讨了生物沥青的复数剪切模量、相位角、车辙因子在30~80℃温度范围内的变化规律;通过短期与长期老化试验,采用老化前后的针入度比、软化点增值、延度比、黏度老化指数指标分析了生物沥青的耐久性,并与基质沥青及SBS(5%)改性沥青进行对比分析。通过红外光谱分析,讨论了生物沥青的作用机理。结果表明,生物沥青中合成树脂的合理掺量为10%,该掺量的生物沥青复数剪切模量、相位角、车辙因子与SBS(5%)改性沥青较为接近,即生物沥青具有较优良的高温抗车辙性能;生物沥青抗长期老化能力与SBS改性沥青接近,远高于基质沥青。分析认为,生物沥青中的合成树脂可吸收沥青的轻组分使沥青质相互之间的距离缩小,从而改变沥青的黏度;合成树脂在生物沥青中可形成网络结构,提升其高温黏性及低温弹性;合成树脂与沥青交互作用,可增强沥青内部的黏聚力,进而提高了沥青的高温性能及抗老化性能。     

多聚磷酸及橡胶粉复合改性沥青性能

为研究多聚磷酸(PPA)与橡胶粉复合改性沥青的综合性能,以更好地确定其适用条件。分别采用常规试验及动态剪切流变试验,通过针入度、软化点、延度、针入度比、车辙因子、相位角、复数模量指数等指标,对不同橡胶粉含量及不同PPA掺量的改性沥青进行研究,详细评价PPA及橡胶粉复合改性后的高低温性能、感温性能及短期老化性能。结果表明:复合改性沥青高温性能得到很大提升,软化点提高,抗车辙因子较基质沥青提高了5～20倍;动态剪切流变试验中,在高温高频率条件下,复合改性沥青的储存模量随着频率增加而增大,在中国道路行驶的允许车速范围内,随着车速的增加,改性沥青的弹性性能表现更佳,利于沥青路面的抗车辙作用;掺入PPA及橡胶粉改性对沥青的延度并无改善,且掺量越多,对沥青延度降低幅度越大,低温抗裂性能下降;复合改性后,沥青复数模量指数(GTS)斜率变小,说明感温性能得到提升;对于老化性能来说,掺入PPA能提高沥青老化前后的抗车辙因子,相位角增加的范围也较小,PPA复配橡胶粉改性沥青老化前后高温抗变形能力优于橡胶粉单一改性沥青。综合看来,掺入PPA能有效改善橡胶粉改性沥青的高温性能、感温性能及短期老化性能,其中,掺量(质量分数,下同)1.5%PPA+15%橡胶粉复合改性沥青整体性能相对最佳。     

基于动态剪切流变试验的硅粉/SBS复合改性沥青性能分析

为研究硅粉与SBS复合改性沥青的流变性能,对不同Si O2含量的硅粉进行沥青3大指标试验,通过动态剪切流变实验(DSR)对基质沥青、硅粉改性沥青、SBS改性沥青和硅粉/SBS复合改性沥青进行流变性能指标测定,并对硅粉掺量为2%、4%、6%、8%的硅粉/SBS复合改性沥青进行系统研究。试验研究表明:硅粉的加入可有效提高复合改性沥青性能,并且Si O2含量越高改性沥青的性能越好。在DSR流变试验中,相同温度下,硅粉的加入使得复数剪切模量G*以及抗车辙因子G*/sinδ均有所上升;硅粉掺量的增加使得复数剪切模量G*以及抗车辙因子呈先增大后减小的趋势,加入掺量为6%硅粉的得到的复合改性沥青性能最优。     

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.     

水-热作用下胶粉改性沥青汉堡车辙高温性能

橡胶类改性沥青混合料的高温性能一直是中外研究的热点问题。采用浸水汉堡车辙试验,针对普通橡胶沥青、溶解性(terminal blend, TB)胶粉改性沥青及TB复合改性沥青混合料在水-热综合作用下的抗车辙性能进行评价与对比。实验结果表明,对于传统橡胶沥青来说,其在浸水条件下的高温抗车辙性能随着掺量的增大而先下降后上升,掺量从5%变化至20%的过程中,橡胶沥青中的橡胶颗粒对沥青分散体系的性能贡献逐渐增大,橡胶粉掺量推荐采用内掺20%。对于TB胶粉改性沥青混合料,其在水-热综合作用下的抗车辙性能劣于基质沥青混合料,且随掺量的增加而逐步下降。对于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(styrene butadiene styrene triblock copolymer, TB+SBS)复合改性沥青混合料,SBS的掺入能够显著提高TB胶粉沥青混合料在水-热综合作用下的抗车辙性能,且性能随SBS掺量的增加而提升。根据实验结果,在TB+SBS复合改性沥青混合料中推荐使用20%橡胶沥青,SBS的掺量可根据性能与成本进行综合考虑。     

多聚磷酸复合SBS改性沥青流变性能及抗老化特性

采用动态剪切流变和弯曲梁流变试验,对多聚磷酸(PPA)复合SBS改性沥青在高、低温下的流变特性进行了研究,并与硫磺复合SBS改性沥青进行了对比分析.通过傅里叶红外光谱分析仪对不同原样沥青、旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT)以及压力加速老化试验(PAV)后沥青中含有的与老化有关的官能团进行了分析.结果表明:添加适量的PPA可明显改善沥青的高温性能;相对于硫磺复合SBS改性沥青,PPA复合SBS改性沥青具有较好的高温性能,但低温性能相对较差;随着SBS掺量的增加,PPA复合SBS改性沥青的低温性能随之增强;经过短长期老化后PPA复合SBS改性沥青的亚砜基指数变化很小,其抗老化性能得到改善.     

SBS改性沥青的动态力学性能

通过1种基质沥青、4种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性剂制备的13种改性沥青的动态力学试验,分析比较了原样沥青和旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)老化沥青的动态力学温度谱试验结果,讨论了SBS改性沥青动态力学性能的变化机理,得出了改性剂的种类和剂量对其动态力学性能的影响.结果表明,低温下改性沥青的动态力学性能与基质沥青性能有关,高温时则取决于SBS改性剂的性质,RTFOT老化后因SBS的裂化与降解使改性沥青的弹性成分产生损失,其性能向基质沥青特性转变.     

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.     

基于老化的石墨烯/橡胶粉复合改性沥青蠕变特性及微观结构分析

为了分析石墨烯掺量以及老化对石墨烯/橡胶粉复合改性沥青蠕变-恢复性能、蠕变参数以及蠕变中瞬时弹性变形、延迟弹性变形以及不可恢复黏性变形等各组成部分相对比例的影响,以不同石墨烯掺量的橡胶沥青为研究对象,采用60℃蠕变-恢复试验,分析其旋转薄膜烘箱(RTFOT)老化和压力(PAV)老化蠕变-恢复性能。首先,基于Burgers模型拟合沥青蠕变变形,为了减少Burgers模型拟合误差,利用蠕变柔量与时间的关系,预估Burgers模型的瞬时弹性模量,进而拟合模型剩余参数;其次,计算各类变形占总体蠕变变形比例,分析石墨烯掺量对不同老化阶段橡胶沥青蠕变变形的影响规律;最后,采用扫描电镜(SEM)观测不同老化程度的橡胶沥青、石墨烯/橡胶粉复合改性沥青微观结构。研究结果表明:RTFOT老化后橡胶沥青的蠕变值显著大于原样沥青,而经历PAV老化后,其蠕变值减小;石墨烯的掺加使得老化对橡胶沥青蠕变值的影响减小;RTFOT和PAV老化后,橡胶沥青及复合改性沥青的瞬时弹性变形所占比例、总体变形比例均有一定程度的减小;RTFOT老化后其延迟弹性变形所占比例显著减小,而黏性变形所占比例增加;PAV老化后其延迟弹性变形所占比例有一定程度的上升;SEM显示,原样橡胶沥青呈现明显的非均质性,老化后橡胶粉颗粒减少,橡胶颗粒呈现溶胀状态;原样石墨烯/橡胶粉复合改性沥青与橡胶沥青微观结构相似,老化后复合改性沥青中出现较大面积的团聚物。     

DBDPE复合阻燃剂对SBS沥青性能的影响

为了研究十溴二苯乙烷(DBDPE)复合阻燃剂对SBS改性沥青性能的影响,采用极限氧指数试验、烟密度试验、针入度试验、延度试验、软化点试验、动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验等方法,分析不同阻燃剂掺量下SBS改性沥青阻燃抑烟性能、物理性能和流变性能。研究结果表明:DBDPE复合阻燃剂对SBS改性沥青性能具有显著影响,其阻燃抑烟性能显著提高;随着DBDPE复合阻燃剂掺量的增大,SBS改性阻燃沥青极限氧指数逐渐提高,其烟密度等级逐渐降低,当阻燃剂掺量(质量分数,下同)大于8%时,其极限氧指数大于24%且烟密度等级降幅较小,阻燃抑烟性能提升有限,SBS改性阻燃沥青针入度和延度逐渐降低,软化点逐渐提高,当阻燃剂掺量小于12%时其延度大于20 cm,当阻燃剂掺量大于12%时其软化点提高的幅度较小;DBDPE复合阻燃沥青高温抗变形能力显著提高,随着阻燃剂掺量的增大,SBS改性阻燃沥青抗车辙因子、蠕变恢复率逐渐增大,但当阻燃剂掺量大于8%时其提高的幅度较小;DBDPE复合阻燃沥青低温抗裂性能逐渐降低,随着阻燃剂掺量的增大,SBS改性阻燃沥青的低温蠕变劲度模量逐渐提高,低温蠕变速率逐渐降低,但当阻燃剂掺量大于12%时二者变幅较小。综合考虑BDDPE复合阻燃剂对SBS改性沥青阻燃性能、抑烟性能及高低温流变性能的影响可知,当其掺量为8%～12%时的技术性能较好。     

排水路面双改性高粘沥青性能优化技术及内在规律

废轮胎橡胶粉(crumb rubber modifier,CRM)和苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)双改性沥青具有很好的路用性能;但它的性能与生产工艺有很大关系。探讨CRM和SBS改性剂沥青生产工艺及性能的优化。研究选用两种沥青,采用不同的剪拌工艺制备双改性沥青,进行60℃动力黏度、135℃布氏黏度、三大指标、动态剪切流变的试验。研究发现:(1)先加SBS在沥青中剪切再加CRM (SSRM)搅拌双改性沥青的60℃动力黏度最高,抗车辙因子也最好;(2)通过SSRM工艺制得的4. 5%SBS,8%CRM含量的双改性沥青的抗车辙性能优异,60℃动力黏度也远远高于排水路面用改性沥青60℃动力黏度20 000 Pa·s的要求;(3)CRM与SBS双改性沥青的60℃动力黏度与三大指标、抗车辙因子有着明显的线性关系,但与135℃布氏黏度没有明显的线性关系。     

排水路面双改性高黏沥青性能优化技术及内在规律

废轮胎橡胶粉(crumb rubber modifier,CRM)和苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)双改性沥青具有很好的路用性能;但它的性能与生产工艺有很大关系。探讨CRM和SBS改性剂沥青生产工艺及性能的优化。研究选用两种沥青,采用不同的剪拌工艺制备双改性沥青,进行60℃动力黏度、135℃布氏黏度、三大指标、动态剪切流变的试验。研究发现:(1)先加SBS在沥青中剪切再加CRM (SSRM)搅拌双改性沥青的60℃动力黏度最高,抗车辙因子也最好;(2)通过SSRM工艺制得的4. 5%SBS,8%CRM含量的双改性沥青的抗车辙性能优异,60℃动力黏度也远远高于排水路面用改性沥青60℃动力黏度20 000 Pa·s的要求;(3)CRM与SBS双改性沥青的60℃动力黏度与三大指标、抗车辙因子有着明显的线性关系,但与135℃布氏黏度没有明显的线性关系。     

石墨烯橡胶复合改性沥青高温性能研究

为了研究石墨烯橡胶复合改性剂对沥青高温性能的影响,采用SBS改性沥青作为试验对照组,基于流变学原理,通过动态温度、频率扫描试验,分析改性沥青在动态加载条件下的黏弹性能与流变性能.研究结果表明:改性沥青的车辙因子、复数模量及黏度随着温度的升高而降低,在高温条件下石墨烯橡胶复合改性沥青相较于SBS改性沥青具有良好抗车辙性能...     

SBS/废胶粉复合改性沥青的性能

以AH-70为基质沥青,加入经糠醛抽出油预溶胀的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS),外掺胶粉制备复合改性沥青(SBS/CRMA)。通过正交试验考察糠醛抽出油掺量、胶粉掺量、搅拌温度和搅拌时间对改性沥青性能的影响,采用动态剪切流变仪对SBS/CRMA、SBS改性沥青(SBSMA)和胶粉改性沥青(CRMA)的流变性能进行分析,并通过荧光显微镜观察SBS/CRMA的微观结构。由正交试验得到最优方案为:糠醛抽出油掺量8%(质量分数)、胶粉掺量25%(质量分数)、搅拌温度210℃和搅拌时间2.5h。在最优方案下制得SBS/CRMA的5℃延度为327mm、软化点为78.0℃、弹性恢复91.6%。SBS/CRMA在低温下更柔韧,高温下更坚硬,温度敏感性降低,抗车辙形变能力增强。结合荧光显微镜结构图,提出了SBS/CRMA的三维网络结构模型。     

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.     

再生SBS改性沥青疲劳特性研究

针对再生苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青疲劳特性恢复程度的问题,采用动态剪切流变仪(DSR),对老化SBS改性沥青、新SBS改性沥青和再生SBS改性沥青进行了重复加载试验.以Nf50、衰减百分率D分析了新SBS改性沥青针入度等级、旧SBS改性沥青掺量和老化程度对再生SBS改性沥青疲劳寿命的影响,并进行了相关性分析.试验结果表明:与新SBS改性沥青针入度等级、旧SBS改性沥青老化程度相比,旧SBS改性沥青掺量是影响再生SBS改性沥青疲劳寿命的显著性因素.在旧SBS改性沥青掺量达到35％及以上时,再生SBS改性沥青的疲劳寿命恢复效果较差.再生SBS改性沥青疲劳寿命与沥青的弹性恢复关联性最强,其次是软化点.而沥青针入度、延度与疲劳性能的关联性较弱,推荐将弹性恢复指标作为筛选SBS改性新沥青以及评价再生SBS改性沥青疲劳性能的辨识性指标.添加再生剂对疲劳性能改善的作用较小,建议再生改性疲劳性能恢复采取补充SBS改性剂等措施.     

增塑剂对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯改性沥青低温性能的影响

为改善苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrene butadiene styrene, SBS)共聚物改性沥青在严寒地区的低温性能,以SBS改性沥青为基础,掺加邻苯二甲酸二辛酯(dioctyl phthalate, DOP)和己二酸二辛酯(dioctyl adipate, DOA)2种增塑剂,采用弯曲梁流变(bending beam rheometer, BBR)试验对未老化与旋转薄膜烘箱老化(rolling thin film oven test, RTFOT)条件下各沥青低温性能进行测定,并通过低温连续分级温度、松弛时间等指标评价沥青的低温性能,结合傅里叶转变红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)探究增塑剂对于沥青性能变化的作用机理。结果表明,增塑剂可明显降低SBS改性沥青的劲度模量,提高蠕变速率,改善效果随增塑剂掺量增大而提高。对比老化前后沥青指标发现,增塑剂可降低SBS改性沥青老化前后性能差异。在相同增塑剂掺量条件下,脂肪族二元酸酯类增塑剂DOA对沥青低温性能改善效果最佳,邻苯二甲酸酯类增塑剂DOP抗老化效果最好。低温...     

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物-改性胶粉复合改性沥青路用性能流变学分析

为研究改性剂掺量对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene block copolymer,SBS)-改性胶粉(modified rubber powder,MCR)复合改性沥青路用性能的影响,通过常规流变学试验方法,定性对比研究了SBS和MCR改性剂掺量对SBS-MCR复合改性沥青黏弹性的影响,量化分析了沥青胶结料路用性能的变化规律;通过多重应力蠕变试验,对比研究了不同改性剂掺量下沥青胶结料高温抗车辙性能的提升效果和差异;基于低温弯曲蠕变试验对8种沥青胶结料的蠕变劲度模量和蠕变速率进行对比研究,分析比较了材料在低温柔性和应力松弛性方面的差异.结果表明:不同改性剂掺量的SBS-MCR复合改性沥青虽然高温PG分级相同,但其抵抗高温变形的能力却可能存在差异;SBS和MCR改性剂对沥青胶结料劲度模量的提升效果相近;8种SBS-MCR复合改性沥青胶结料低温等级为-24℃,低温路用性能良好;最终推荐改性剂的合理掺量为4％SBS+11％MCR.     

玄武岩纤维与抗车辙剂复合改性沥青混合料路用性能研究

为了探索玄武岩纤维和抗车辙剂复合添加对沥青混合料的增强效果,本文通过室内试验研究复合改性沥青混合料的路用性能,并与单掺一种改性剂的沥青混合料进行对比。试验表明与单掺玄武岩纤维沥青混合料相比,复合改性沥青混合料动稳定度提高320%,冻融劈裂强度比提高5%,疲劳破坏寿命提高14.6%;与单掺抗车辙剂的沥青混合料相比,复合改性沥青混合料低温抗弯拉应变提高53%,冻融劈裂强强度比提高8%,疲劳破坏寿命提高31.5%。玄武岩纤维与抗车辙剂复合改性能明显提升善沥青混合料路用性能。     

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。