多聚磷酸改性沥青高温评价性能指标研究

针对不同多聚磷酸改性沥青胶结料进行了常规高温性能试验和Superpave高温性能试验,得到了不同的高温性能评价指标,并对比分析了沥青胶结料高温性能评价指标之间的关系.采用改进后的车辙试验验证了沥青混合料的高温性能,研究了沥青胶结料与混合料高温性能之间的相关性.通过差示扫描量热法(DSC)试验分析了多聚磷酸改性沥青以及SBS复配多聚磷酸改性沥青的改性机理.结果表明:软化点和累积应变可以较准确地评价不同类型沥青胶结料的高温性能;掺加多聚磷酸可以减小基质沥青和SBS改性沥青的热流率,从而改善基质沥青和SBS改性沥青的热稳定性;累积应变可作为高弹改性沥青胶结料的较合理评价指标.     

多聚磷酸改性沥青及其混合料低温性能研究

采用常规低温性能试验和Superpave低温性能试验,研究了不同类型多聚磷酸(PPA)改性沥青胶结料的低温性能,对比分析了沥青胶结料低温性能评价指标之间的相应关系,并采用小梁弯曲试验和冻断试验验证了沥青混合料的低温抗裂性能,研究了沥青胶结料与混合料低温性能之间的相关性.最后对不同低温性能评价指标的合理性和不足之处进行了较为深入的分析.结果表明,PPA掺入减小了沥青的延度和劲度模量,老化对PPA改性沥青低温性能的影响显著;应变能密度指标表明PPA可以改善沥青混合料低温抗裂性;PPA复配SBR的改性沥青低温效果要优于SBR改性沥青;冻断温度与冻断强度能较准确地评价多聚磷酸改性沥青混合料的低温抗裂性能.     

硬质沥青混合料动态、静态模量的试验研究

采用针入度为10/20的硬质沥青和石灰岩集料制备高模量沥青混合料,同时选择了一种PG76—22的SBS改性沥青,进行性能对比。基于体积法的配合比设计完成后,采用马歇尔稳定度试验、车辙试验、三点弯曲试验、间接拉伸试验来评价硬质沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性。静态回弹模量与动态复数模量均采用单轴压缩试验来完成,采用不同的加载模式,回弹模量采用7级静态加载,复数模量采用不同频率的正弦波动态加载。深入研究了温度对两种模量的影响。基于反曲函数绘制了动态模量主曲线,同时采用Cole-Cole平面分析硬质沥青混合料的黏弹特征。研究认为,硬质沥青可以制备抗车辙性能优异的高模量沥青混合料,相同温度下,硬质沥青混合料的复数模量均高于SBS改性沥青混合料,但37.8℃以上温度时,硬质沥青混合料的黏性流动比例较大。     

SBS改性沥青混合料性能的试验研究

通过对20余种SBS改性沥青混合料的试验研究,对SBS改性沥青混合料的水稳定性、高温性能和低温性能等技术指标进行了对比分析·结果表明:AC 20I型中粒式沥青混凝土的马歇尔稳定度普遍要比抗滑表层沥青混凝土的马歇尔稳定度高,水稳定性相差不大;采用辽河系列沥青生产的混合料高低温性能较好;成品沥青生产的混合料综合性能较好·     

SBS、橡胶和高黏改性沥青流变性能对比

为充分认识在同一评价体系中不同改性沥青高低温流变性能,使用动态剪切流变仪对SBS、橡胶和高黏改性沥青分别进行应变扫描试验,确定其线性黏弹性范围,进行频率扫描试验和多重应力蠕变恢复试验分析其高温性能。同时使用弯曲梁流变仪对3种改性沥青进行弯曲蠕变劲度试验分析其低温性能。研究结果表明:根据应变扫描试验结果,当应变小于10%时,SBS、橡胶和高黏改性沥青处在线性黏弹性范围内。根据频率扫描试验结果,使用Sigmoidal模型拟合SBS、橡胶和高黏改性沥青的复数剪切模量主曲线光滑连续,且均是简单的流变材料; SBS、橡胶和高黏改性沥青在低频状态下复数剪切模量相差较大,在高频状态下复数剪切模量相差较小。根据多重应力蠕变恢复试验结果,相比SBS和高黏改性沥青,橡胶改性沥青具有较高的流动变形特性;高黏改性沥青的抗永久变形能力优于橡胶和SBS改性沥青。低温弯曲蠕变劲度试验中,蠕变劲度和蠕变速率均与温度呈指数关系。通过蠕变劲度和蠕变速率可知,高黏改性沥青的低温抗裂性优于SBS和橡胶改性沥青。此外,用蠕变劲度指数衡量改性沥青的低温感温性,可知高黏改性沥青温度敏感性低于SBS和橡胶改性沥青温度敏感性。因此,在流变性能方面,高黏改性沥青的高低温性能均优于SBS和橡胶改性沥青。     

纳米改性沥青混合料路用性能

通过室内试验研究了纳米SiO2改性沥青混合料、膨润土改性沥青混合料、纳米SiO2/膨润土复合改性沥青混合料、纳米SiO2/膨润土/SBS复合改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性,并与基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行对比.结果表明,纳米SiO2改性沥青混合料、膨润土改性沥青混合料、纳米SiO2/膨润土复合改性沥青混合料的高温稳定性较基质沥青提高了56%～77%,水稳定性提高了3%～7%,与SBS改性沥青相比则相差不大.其中,纳米SiO2/膨润土/SBS复合改性沥青混合料的高温稳定性和水稳定性最优,较SBS改性沥青分别提高86%和3%.纳米SiO2改性沥青混合料、膨润土改性沥青混合料和纳米SiO2/膨润土复合改性沥青混合料的低温抗裂性较基质沥青略有降低,但仍能满足沥青路面对低温抗裂性能的要求.因此,纳米改性沥青混合料具有优良的路用性能,可适用于沥青改性技术中.     

不同热氧老化环境下SBS改性沥青及其混合料性能研究

【目的】探寻沥青及沥青混合料逐渐老化对沥青路面路用性能的影响。【方法】对不同热氧老化环境下SBS(I-D)聚合物改性沥青的常规指标、流变性能及以其制备的AC-13C沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及单轴压缩动态模量开展试验研究。【结果】随着热氧老化程度的不断加深,沥青黏韧性及抗塑性变形的能力逐渐降低,脆性逐渐增强;随着热储存时间的增加,沥青软化点、5℃延度和针入度先升高后降低,135℃黏度逐渐升高;随着热氧老化程度的不断加深,沥青混合料高温抗车辙能力逐渐提高,低温抗开裂及抗水损害能力逐渐降低;沥青混合料动态模量随着温度的升高而降低,随着热氧老化程度的加深及加载频率的增大而升高,但温度为35、50℃时其变化趋势有所改变。【结论】随着热氧老化程度的不断加深,沥青混合料高温性能得到改善,低温及水稳定性能降低,该研究成果在实际工程应用中具有一定的价值。     

离子型聚合物改性沥青混合料性能分析

为提升沥青混合料的路用性能及自愈性能,选用离子型聚合物乙烯—甲基丙烯酸甲酯(EMAA)和SBS分别作为愈合剂和改性剂,制备EMAA/SBS改性沥青混合料。采用高温性能试验、小梁弯曲试验、耐久性试验以及自愈性能试验,评价了EMAA/SBS改性沥青混合料的路用性能和自愈性能。结果表明:EMAA/SBS改性沥青混合料的高温稳定性、耐久性和自愈性能均优于SBS改性沥青混合料和基质沥青混合料,而EMAA/SBS改性沥青混合料的低温抗裂性略低于SBS改性沥青混合料,但仍能满足规范中要求。由此可见,EMAA可显著改善SBS改性沥青混合料除低温抗裂性外的路用性能和自愈性能,可将其应用于沥青路面中。     

干法苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青玛蹄脂碎石混合料的动态力学性能

采用简单性能试验机测试苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)占基质沥青质量分数分别为6%、 8%的干法SBS改性SMA-13型沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA13)在不同试验温度、加载频率时的动态模量与相位角,并与常规的湿法SBS改性SMA13进行对比分析,建立各自的动态模量主曲线。结果表明：在低温5℃及常温20℃时,改性剂含量不同的干法SBS改性SMA13的动态模量差异较小,并且均比湿法SBS改性SMA13的动态模量小,表明干法SBS改性SMA13具有较好的低温柔性;在较高温度50、 60℃时,干法SBS改性SMA13的动态模量、弹性模量与黏性模量均比湿法SBS改性SMA13的大,说明干法SBS改性沥青的高温抗变形能力更强,高温稳定性更优。     

基于线黏弹范围的改性沥青动态流变性能

为了比较改性沥青在较宽频率范围内的流变性能,选择SBS、高弹、高黏和高强等4种改性沥青与基质沥青进行动态力学分析通过应变扫描试验,发现在相同复数模量时,4种改性沥青的线黏弹范围均小于基质沥青.在线黏弹范围内进行频率扫描试验,并应用时温等效原理分别构建复数模量和相位角主曲线,可区分不同改性沥青的性能差异.结果表明:高弹改...     

稳定型橡胶沥青混合料性能研究

稳定型橡胶沥青是一种新型改性沥青,具有分散性好,适用多种级配类型混合料,其性能接近SBS改性沥青.选用RLC、PCM-P、RHC 3种稳定型橡胶改性剂,通过试验最终确定3种改性剂的最佳掺量分别为12%、14%、18%.通过AC-13C沥青混合料配合比设计及马歇尔试验确定RLC、PCM-P、RHC 3种稳定型橡胶改性沥青、SBS、橡胶沥青的最佳油石比.对不同改性混合料进行高温抗车辙试验、低温抗开裂试验,水稳定性试验,试验结果得出:PCM-P对混合料高温抗车辙能力改善效果最优,RHC对混合料低温抗开裂能力改善效果最优,RHC对混合料抗水毁能力改善效果最优.     

特立尼达湖沥青/热塑性丁苯嵌段共聚物复合改性沥青混合料改性机理及性能

为弥补特立尼达湖沥青（Trinidad Lake asphalt,TLA）在某些性能方面的不足,考虑加入热塑性丁苯嵌段共聚物（styrene-butadiene-styrene,SBS）改性剂进行改善。首先,从微观及化学组成分析了TLA的改性机理。然后,对TLA和TLA/SBS复合改性沥青性能分别进行了测试,并对不同TLA掺量下的TLA/SBS沥青混合料进行了动稳定度、稳定度、水稳性、低温抗裂性、抗疲劳、动态模量等指标的试验。结果表明,复合改性显著的改善了基质沥青的软化点、延度、黏度指标,一般在45%以上;复合改性后的沥青混合料各项指标都得到了明显的提升,特别是高、低温稳定性、抗疲劳性能、动态模量提升幅度在13%~86%,具有良好的路用性能。最后,得出了沥青混合料中的SBS最佳掺量应为5%,TLA掺量为20%。     

溶解性胶粉改性沥青混合料疲劳性能

应用四点弯曲疲劳试验机BFA(beam fatigue apparatus)对溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳性能进行研究,并在相同空隙率下对溶解性胶粉改性沥青密级配沥青混合料(AC13)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯改性沥青密级配沥青混合料(SBS-AC13)完成了考虑自愈合影响的疲劳性能比较,进一步完成溶解性胶粉改性沥青与SBS复合改性沥青混合料AC13的疲劳性能和高温性能研究.结果显示:归一化劲度次数积疲劳寿命比50%初始模量降低疲劳寿命更适合用于评价溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳寿命;总结溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳性能与应变、沥青用量和空隙率等三个因子的相关性,提出溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳方程;在4%的设计空隙率下,无论是否考虑自愈合的影响,SBS-AC13的疲劳寿命均高于溶解性胶粉改性沥青AC13,但溶解性胶粉改性沥青AC13的自愈合能力高于SBS-AC13;在4%的设计空隙率下,无论是否考虑自愈合的影响,溶解性胶粉复合SBS改性沥青AC13的疲劳寿命均达到SBS-AC13疲劳寿命的2倍,其自愈合能力高于SBSAC13,且高温性能亦远优于SBS-AC13.     

RIOHTrack中面层沥青混合料高温性能SPT试验

为了优选沥青混合料高温性能的简单性能试验(simple performance test,SPT)的评价指标,通过SPT复模量试验和重复荷载试验对交通运输部公路科学研究院足尺路面试验环道(full-scale test circular track in Research Institute of Highway,Ministry of Transport,RIOHTrack)所用7种中面层沥青混合料AC-20的高温性能进行了评价.采用动态模量、车辙因子、流变次数、永久应变与流变次数之比及永久应变斜率5个评价指标,基于幂函数关系对相同及不同试验间的评价指标进行拟合,分析各个指标间的相关性.研究结果表明:SPT试验能有效评价沥青混合料的高温性能,根据各个指标间相关性判定系数综合平均值的大小,优选出车辙因子及永久应变斜率作为中面层沥青混合料高温性能的评价指标,相应的评价结果具有良好的一致性.     

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.     

不同纤维及沥青复合改性BK-10混合料路用性能

【目的】对目标空隙率为13%的半开级配沥青混合料所用沥青和纤维进行优选,以提高混合料路用性能,实现其功能性与耐久性的平衡。【方法】对不同的沥青、纤维和矿粉进行8种组合制备不同的半开级配沥青混合料,通过开展室内试验,测试各混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等路用性能,对比分析沥青、纤维和矿粉对沥青混合料路用性能的影响,并基于表面能理论以及通过开展动态剪切流变试验和延度试验,进一步分析论证复合沥青和复合纤维改善混合料路用性能的原因和效果。【结果】复合沥青与集料的黏附性最强,复合纤维与沥青胶浆结合能力最好。【结论】采用5%苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrenebutadiene-styrene,SBS)与15%橡胶粉复合改性沥青,以及用复合纤维(木质素纤维与玄武岩纤维质量比为1∶1)制备的半开级配沥青混合料的路用性能最优。     

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。     

青藏高寒地区沥青混合料低温抗裂性能的灰关联分析

运用单因素方差分析方法,研究了低温弯曲试验结果,得到沥青种类、级配类型和不同的公称最大粒径对青藏高寒地区沥青混合料低温抗裂性能的影响程度;以弯曲应变能密度为评价指标,利用灰关联分析法分析沥青种类对低温抗裂性能的影响.结果表明:SBS/SBR复合改性沥青混合料的低温抗裂性能最优,SBS次之,SBR最差;具有骨架密实结构的级配B沥青混合料的低温抗裂性能优于级配A;AC-13沥青混合料的低温性能优于AC-20与AC-25.可见,在青藏高寒地区选用具有骨架密实结构、公称最大粒径较小的SBS/SBR复合改性沥青混合料,有利于提高沥青混合料的低温抗裂性能.     

氧化石墨烯改性沥青性能评价及其OGFC混合料路用性能

为制备氧化石墨烯(GO)高黏改性沥青,采用GO和SBS粒子为复配改性剂对70~#基质沥青进行复合改性。通过沥青结合料常规性能、流变性能和黏附性能测试对GO改性沥青性能进行表征;采用3种高黏沥青(GO改性基质沥青、GO/SBS改性沥青和壳牌高黏沥青)制备开级配磨耗层(OGFC-13)混合料并评价其路用性能,考察GO改性沥青应用于OGFC混合料的适用性。结果表明:GO可显著提升沥青的黏度、稠度、刚度、韧性、抗永久变形能力、热储存稳定性和黏附性能,而对沥青低温抗裂性能影响并不显著,GO对基质沥青的改性效果优于改性沥青;GO改性沥青具有较好的固态交联网络,在高温(60℃)下可抑制胶体结构的破坏并提高沥青的弹性恢复功能;GO的加入可提高沥青的色散分量和极性分量,并提高沥青的表面自由能,进而提升沥青的黏附性能;GO可有效减缓沥青老化过程中轻质组分的挥发,从而降低老化对OGFC混合料劲度和弹塑性能的影响,在全面提高混合料老化性能的同时延长路面使用寿命;与壳牌高黏沥青结(混)合料相比,GO/SBS改性沥青结(混)合料具有优良的高温稳定性、施工和易性、水稳定性、低温抗裂性和抗老化性能,是一种具有高性能的高黏改性沥青结(混)合料。未来可尝试采用加入芳烃油、木质素纤维等方法进一步改善GO改性沥青结(混)合料的低温抗裂性和耐久性。     

间断级配橡胶沥青混合料抗车辙性能

采用我国现行车辙试验、重复加载蠕变试验、动态模量试验等室内试验和工程验证,通过对比间断级配橡胶沥青混合料ARAC13与苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物改性沥青(SBS改性沥青)混合料SMA13的性能指标,研究ARAC13的抗车辙性能.室内试验结果表明,在初期压密阶段,ARAC13压缩变形大、模量低;初期压密以后,ARAC13模量增大,抗车辙能力增强.我国现行车辙试验不能模拟围压作用下沥青混合料的压密过程,不能反映ARAC13混合料抗车辙性能在压密前后的变化;重复加载蠕变试验可以反映其性能变化.4年的工程应用表明,重复加载蠕变试验2 000次后的应变次数曲线斜率可以用于评价ARAC13的抗车辙性能,ARAC13的抗车辙性能优于对比的SMA13.