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。     

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.     

废轮胎橡胶粉对复合改性沥青老化的多尺度性能影响

为了研究废轮胎橡胶粉(CRM)对复合改性沥青老化的影响,本文对SBS掺量4.5%不变,改变CRM掺量为0、6%、10%和14%制备复合改性沥青。对旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)老化前后的沥青分别进行动态剪切流变分析,原子力显微分析和傅里叶红外光谱分析,多尺度分析CRM对复合改性沥青老化的影响。研究发现：CRM的掺入使得沥青蜂状结构变得细小、分散,老化后沥青表面变得粗糙,微观力学性能与宏观力学性能都有所增强;CRM增强了沥青的弹性性能和抗形变性能,增大黏附力和杨氏模量,使沥青整体粗糙,CRM对复合改性沥青的老化有一定的抑制作用,对于SBS老化过程中的分解没有影响;RTFOT前后,沥青抗车辙因子与Rq和杨氏模量都有明显的线性关系,抗车辙因子与黏弹性没有明显的线性关系。     

考虑紫外辐射的交互老化对SBR 改性沥青流变性能的影响及其老化机理

考虑到紫外老化对丁苯橡胶SBR改性沥青性能的影响,分别采用2种交互老化方式(方式一:SBR改性沥青+旋转薄膜烘箱老化RTFOT+加压加速老化PAV+紫外老化UV;方式二:SBR改性沥青+RTFOT+UV+PAV)制备老化沥青,并对老化后5种沥青进行动态剪切流变试验DSR、蠕变劲度试验BBR、差示扫描量热试验DSC以及IR红外光谱分析。结果表明,经短期老化后的SBR改性沥青分别经历UV和PAV老化后的流变性能比较接近,但进一步分别经历PAV和UV老化后,其流变性能和老化程度变化显著,UV对于沥青的老化作用是非常明显的;不同老化顺序的交互老化结果也大不相同;相较于老化方式一,老化方式二对SBR改性沥青流变性能影响更显著;PAV和UV老化有着各自不同的老化机理,SBR改性沥青经历交互老化的实验结果正是这2种不同老化机理叠加的具体体现。     

泡沫温拌橡胶沥青的低温性能与评价指标

为研究泡沫温拌橡胶沥青的低温性能并探讨其评价指标,对泡沫温拌橡胶沥青和发泡后温拌苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrene-butadiene-styrene,SBS)改性沥青进行了延度试验、弯曲梁流变试验和动态剪切流变试验,探讨采用延度值、蠕变劲度模量S和玻璃化转变温度Tg评价泡沫温拌橡胶沥青低温性能指标的合理性。研究结果表明:在低温条件下,蠕变劲度模量S和玻璃化转变温度Tg的数据显示泡沫温拌橡胶沥青低温性能优于泡沫温拌SBS改性沥青,但延度值数据呈现相异结论。分析认为延度值不适宜评价泡沫温拌橡胶沥青的低温性能,而玻璃化转变温度Tg作为低温性能评价指标具有一定的可行性。     

不同抗剥落剂对胶粉改性沥青性能的影响

为探明不同抗剥落剂对胶粉改性沥青性能的影响,分析了3种不同类型的抗剥落剂(M1、T9和LOF-6500)及其掺量(质量分数为0.25%、0.50%和0.75%,下同)对胶粉改性沥青物理、流变、老化和与集料黏附性的影响。采用软化点、针入度、延度以及布氏旋转黏度试验测试胶粉改性沥青的物理性能,利用动态剪切流变仪测试了胶粉改性沥青的流变性能,使用薄膜烘箱老化试验(TFOT)和压力老化箱老化试验(PAV)分别模拟其短期和长期老化,并基于表面能试验测定了加入3种抗剥落剂的胶粉改性沥青与典型集料类型间的黏附功和剥落功。结果表明:M1、T9和LOF-6500有利于提升胶粉改性沥青的延展性和低温性能,适合于寒冷地区道路建设时使用,且在施工时无需调整拌合与压实温度;抗剥落剂的掺入并未改变胶粉改性沥青的高温性能等级(PG),对其高温性能影响较小,且有利于提升胶粉改性沥青的抗老化性能,其中,M1和LOF-6500对胶粉改性沥青的抗短期老化性能提升效果优于T9,但在抗长期老化性能提升上,T9和LOF-6500的效果明显优于M1。3种抗剥落剂均可增大胶粉改性沥青黏附功和减小剥落功,提升其与集料间的黏附性,有利于混合料的水稳定性提高,掺量0.75%的M1型或LOF-6500型抗剥落剂对胶粉改性沥青与集料黏附性提升效果最佳。综合考虑掺加抗剥落剂对胶粉改性沥青的物理、流变、老化和与集料的黏附性的影响,建议选用LOF-6500型抗剥落剂,且掺量0.5%～0.75%为宜。     

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.     

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。     

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.     

冻融循环条件下沥青混合料的损伤规律

为研究冻融循环作用对沥青混合料水稳定性的影响,基于表面自由能理论,分析了不同冻融循环次数下沥青-集料界面间黏附功与剥落功的变化情况,并对沥青混合料的水稳定性进行了评价;在此基础上,利用劈裂试验及Logistic模型进一步探究了沥青混合料的饱水程度与冻融作用对其水稳定性的影响.研究结果表明：随着冻融循环次数的增加,沥青的表面能及黏聚功降低,沥青-集料间的黏附功降低,剥落功升高,沥青混合料的水稳定性减弱;沥青混合料的空隙率随冻融循环次数的增加而增大,其劈裂强度降低;冻融过程中沥青混合料的饱和度越大,其损伤程度与损伤速率越大,当沥青混合料的饱和度大于50.00%时,冻融作用对沥青混合料性能的影响愈发明显,因此推荐沥青混合料的冻融劈裂试验在饱和度高于50.00%的条件下进行.     

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.     

异佛尔酮二异氰酸酯改性蒙脱土改性沥青的性能

采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)对醋酸化蒙脱土(HMMT)进行改性,得到IPDI改性HMMT(IPDI-HMMT);以IPDI-HMMT作为新的沥青化学改性剂,通过熔融共混法制备改性沥青材料;研究了改性沥青的物理性能、UV老化性和热稳定性.结果表明:接枝上—NCO的IPDI-HMMT能与沥青中羟基反应生成氨基甲酸酯,形成剥离结构;IPDIHMMT掺入沥青后,改性沥青材料的起始分解温度提升了9℃,软化点高达57.0℃,且其离析软化点差值及UV老化后质量改变率、软化点增量和残留针入度比的变化均小于Na-MMT改性沥青.IPDI-HMMT与沥青的化学反应加强了内部组分的相互作用而形成稳定的胶体结构,对沥青性能的增强效果优于Na-MMT.     

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。     

再生沥青中新旧沥青扩散特性

为掌握再生沥青中新旧沥青扩散特性,以提高再生沥青混合料性能和旧沥青的再生程度,采用老化沥青和新沥青制备双层沥青试样,保温使新旧沥青扩散,在此基础上,建立基于针入度和动态剪切流变(DSR)试验的新旧沥青扩散程度评价方法和指标,进而研究高温和中温条件下扫描保温时间、保温温度、老化沥青类型及老化程度对新旧沥青扩散程度影响,设计正交试验,并使用极差分析和方差分析方法研究各因素影响程度。结果表明:高温条件下新旧沥青扩散程度随保温时间的增加先增加后不变,随老化程度的增加基质沥青扩散程度逐渐增加,SBS改性沥青则基本不变,且老化程度较低时SBS改性沥青扩散程度优于基质沥青,但老化程度严重时正好相反;老化时间、保温温度和保温时间对新旧沥青扩散程度的影响程度依次降低,其中老化时间和保温温度对其有显著影响,而保温时间无显著影响;中温扫描时,新旧沥青扩散程度随扫描时间的增加而增加,随老化程度增加而减小,且基质沥青扩散程度优于SBS改性沥青;高温和中温条件下新旧沥青扩散程度均随温度的增加而增加,且基质沥青的最佳增长温度范围高于SBS改性沥青。故如需提高再生沥青混合料中新旧沥青扩散程度时应主要关注沥青老化程度及适宜的新旧沥青温度。     

委内瑞拉岩沥青改性沥青配制及老化机理

委内瑞拉岩沥青(VRA)是一种批量开采时间不长的岩沥青,为探究不同掺量下VRA改性沥青的掺配性能及老化机理,本文针对VRA改性沥青,选取0%、4%、8%、12%、16%和20%六种VRA掺量开展RTFOT老化前后的质量、三大指标、黏度、AFM等测试,计算分析质量损失、残留针入度比、软化点增量、延度变化、黏度比、老化指数、AFM二维图、AFM三维图、AFM图表面粗糙度等技术指标。研究表明：随VRA掺量增长,VRA改性沥青老化前后针入度呈指数下降、135 ℃旋转黏度呈指数上升、软化点呈线性上升、15 ℃延度急剧下降并趋于平稳、质量损失绝对值呈线性增加、粗糙度呈凹型抛物线变化,4%-8%VRA改性沥青老化前后技术性能较好,是一种优质的岩沥青改性沥青。     

耦合作用下高粘沥青老化性能的非线性预测

为解决高粘沥青热氧老化预估研究不足的问题,选用辽河90~#沥青,国产OLB-1型高粘改性剂制备高粘改性沥青.采用旋转薄膜烘箱对高粘改性沥青进行短期老化,测试不同高粘改性剂掺量下的软化点、针入度、5℃延度.研究结果表明:通过试验结果建立非线性高粘沥青老化方程,能够精准预测高粘沥青经任意时间和任意掺量老化后的性能指标.通过层次分析法确定出指标权重,以灰色关联度作为评判准则,选出抗老化性能优良的改性剂掺量.研究结论突破了高粘沥青在时间与掺量耦合作用下的老化研究,有助于对沥青抗老化性能的评价和预测.     

基于泡沫沥青法实现温拌的沥青混合料室内试验对比

目的为减缓沥青老化,降低污染、节约能源,实现沥青混合料低温施工,研制泡沫沥青温拌技术.方法通过沥青发泡试验,确定最佳发泡条件;基于马歇尔试验,分析研究在AC-13、AC-16和AC-20级配下泡沫沥青温拌混合料和热拌沥青混合料的温度-空隙率变化规律;通过高温车辙试验、低温弯曲试验和冻融劈裂试验分析比较泡沫沥青温拌混合料和热拌沥青混合料的路用性能.结果以温度为控制指标,泡沫沥青温拌混合料空隙率减小,具有较好的可压实性;以空隙率为控制指标,泡沫沥青温拌混合料较热拌沥青混合料压实温度降低15~20℃;泡沫沥青温拌混合料高低温及水稳定性能略低于热拌沥青混合料.结论泡沫沥青温拌混合料性能满足现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40)要求,可实现低温施工.     

沥青混合料室内加速热氧老化特性与预估研究

为了探明沥青混合料室内加速热氧老化的特性并进行预估,研究采用沥青混合料加速老化系统,利用阿布森法回收沥青进行相关指标测试,建立了与LTOA老化时间与温度的对应关系,对SBSⅠ-C改性沥青AC-13沥青混合料进行加速老化试验,并基于试验结果建立了沥青混合料加速老化性能衰减预估方程。研究结果表明：对沥青混合料在175℃下进行老化后回收的沥青与原样沥青旋转薄膜烘箱加热试验在相同老化时间内的技术指标相仿;随着老化时间的延长,沥青混合料的残留稳定度、TSR逐渐降低;动稳定度逐渐升高;本文所建立的沥青混合料加速老化性能衰减预估方程与试验数据具有较高的相关性。     

沥青混合料室内加速热氧老化特性与预估

为了探明沥青混合料室内加速热氧老化的特性并进行预估,研究采用沥青混合料加速老化系统,利用阿布森法回收沥青进行相关指标测试,建立了与LTOA老化时间与温度的对应关系。对SBSⅠ-C改性沥青AC-13沥青混合料进行加速老化试验;并基于试验结果建立了沥青混合料加速老化性能衰减预估方程。研究结果表明:对沥青混合料在175℃下进行老化后回收的沥青与原样沥青旋转薄膜烘箱加热试验在相同老化时间内的技术指标相仿;随着老化时间的延长,沥青混合料的残留稳定度、TSR逐渐降低;动稳定度逐渐升高。所建立的沥青混合料加速老化性能衰减预估方程与试验数据具有较高的相关性。     

老化时间对SBS改性剂与沥青胶结料官能团的影响

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和弯曲梁流变(BBR)试验,对老化0h、1h、5h、8h、24h、48h和72h条件下的2种沥青胶结料进行低温性能试验并与SBS改性剂进行官能团分析,探究基质沥青、SBS改性剂与其改性沥青的官能团随老化时间变化趋势,分析其老化方式,建立2种沥青胶结料官能团与其低温性能之间的关系。结果表明：SBS改性剂的老化是由聚丁二烯和聚苯乙烯的共同作用导致的,其老化方式主要是以烯烃和烷烃发生降解为主;基质沥青和改性沥青老化方式均是轻质油份挥发并与空气中氧气发生交联反应。SBS改性剂与其改性沥青在特征红外吸收峰处变化趋势不同,因此仅采用SBS改性剂特征红外吸收峰变化趋势不足以反应其改性沥青的特征峰变化。2种沥青胶结料的羰基指数与蠕变柔量导数指标存在良好的线性相关,可反映沥青低温变形能力。