基于正交试验的SEBS/橡胶粉复合改性沥青性能分析

为获得性能优异的改性沥青混合料,选用苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrene ethylene butadiene styrene,SEBS)和橡胶粉对沥青进行复合改性,采用正交试验设计优化复合改性沥青的掺配方案,同时选用三大指标、布氏旋转黏度、短期老化模拟(RTFOT)等试验对复合改性沥青、橡胶改性沥青、SEBS改性沥青、基质沥青的黏滞性、高温稳定性、低温抗裂性、感温性及抗老化性进行对比分析,综合评价其路用性能.正交试验结果表明,SEBS、CR的最优复合掺量分别为5％和16％,最佳制备方案为SEBS和CR同时加入;采用本文方法制备的SEBS/CR复合改性沥青可降低沥青感温性能,改善低温抗裂性能和抗老化性能,对高温稳定性的改善效果尤为明显;此外需考虑目标需求及温差变化较大时复合改性沥青的掺配比例.     

SEBS改性沥青的路用性能研究

为了改善沥青混合料的路用性能,选择经在SBS基础上对聚丁二烯加氢得到的SEBS作为新型沥青改性剂,采用高速剪切法制备出不同掺量(0%、4%、5%、6%、7%、8%)SEBS改性沥青。通过针入度、软化点、延度、布氏旋转黏度、短期老化模拟(RTFOT)等试验对其温度敏感性、高温稳定性、低温抗裂性、粘滞性以及抗老化性等对比分析,综合评价其路用性能。试验结果表明,SEBS作为改性剂不仅能显著降低改性沥青的温度敏感性,还能有效提高其高温稳定性、稠度和黏度,并随着改性剂掺量的增加改善效果愈发显著;对改性沥青的低温抗裂性和抗老化性能相较于基质沥青均有显著的改善作用,但当掺量高于5.0%以后开始呈现下降趋势;综合考虑性能和经济效益,推荐SEBS作为沥青改性剂的最优掺量为5.0%。     

岩沥青复合改性沥青流变性能

为改善岩沥青改性沥青的流变性能,使其更好地应用于实际工程,分别添加不同掺量的胶粉、SBS和岩沥青,制备得到胶粉/岩沥青复合改性沥青(CR/RACMA)和SBS/岩沥青复合改性沥青(SBS/RACMA),采用针入度、软化点和黏度试验筛选改性剂掺配方案,应用频率和温度两种扫描模式下的动态剪切流变(DSR)和弯曲梁流变(BBR)试验分析岩沥青复合改性沥青的流变性能,利用Black曲线探讨岩沥青复合改性沥青的时温等效原理有效性及黏弹特性,并通过多应力蠕变恢复试验评价岩沥青复合改性沥青的抗永久变形能力.结果表明,CR/RACMA较SBS/RACMA具有更好的高温性能和温度敏感性;CR/RACMA较SBS/RACMA具有更优的PG分级,其中添加18%胶粉和5%岩沥青的CR/RACMA的PG分级最优;SBS/RACMA具有更加明显的时温依赖性,而CR/RACMA不适用于时温等效原理;CR/RACMA较SBS/RACMA具有更高的弹性成分和更小的不可恢复应变,其中添加18%胶粉和5%岩沥青和添加14%胶粉和12%岩沥青的复合改性沥青表现出相近的抗永久变形能力.综合流变性能试验分析得到18%胶粉和5%岩沥青是岩沥青复合改性沥青的合理掺配.     

不同改性材料对基质沥青性能影响研究

为较全面地评价不同种类改性材料对基质沥青各性能指标的影响,以埃索70#基质沥青为原材料,选取纳米ZnO、纳米SiO₂、纳米TiO₂3种纳米材料及SEBS、SBR、EVA 3种聚合物材料作为外掺剂制备不同类型改性沥青,通过沥青的针入度、温度扫描、多重应力蠕变恢复、弯曲蠕变劲度等试验对沥青的温度敏感性和高低温性能进行全面研究,并通过6种不同类型改性沥青与基质沥青的对比分析,评价不同类型改性材料对沥青的改性效果。结果表明：在相同制备条件下,6种外掺剂均能改善沥青的感温性能,有利于沥青混合料施工工艺的控制和调整;且这6种外掺剂均能在一定程度上提升沥青高温性能,其中SEBS外掺剂对沥青高温性能提升最为显著;SBR、SEBS、纳米ZnO 3种外掺剂均对沥青低温性能有一定的改善,而纳米SiO₂、纳米TiO₂、EVA 3种外掺剂均对沥青低温性能产生不利影响。研究结果可为推动多种改性沥青在道路工程中的应用提供参考。     

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.     

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.     

生物沥青、岩沥青及复合改性沥青常规性能与流变性能的相关性

为探讨生物沥青改性沥青和岩沥青改性沥青及其复合改性沥青常规性能和流变性能的相关性,对不同掺量的3种改性沥青进行常规使用性能和流变性能试验,并从高温性能、低温性能、可使用温度范围和感温性能等方面进行相关性分析.试验结果与分析表明:3种改性沥青的软化点和当量软化点之间相关性较好,且当量软化点与高温连续分级温度呈显著线性相关;生物沥青改性沥青的当量脆点与低温连续分级温度呈线性相关,另外两种改性沥青则为复杂抛物线关系,应结合两种性能指标综合评价沥青低温性能;3种改性沥青的当量软化点与当量脆点之差和高低温连续分级温度之差之间呈显著线性相关,对沥青可使用温度范围的评价具有一致性;3种改性沥青的针入度指数和复数模量指数之间相关性较好,对感温性能的评价具有一致性.可以通过常规性能指标来合理预估流变性能.     

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。     

纳米ZnO/SBS改性沥青储存稳定性及其机理分析

为了改善纳米氧化锌/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(ZnO/SBS)改性沥青的热储存稳定性,选用两种基质沥青、两种SBS的纳米ZnO/SBS改性沥青,通过离析试验,研究分析了纳米ZnO/SBS改性沥青的制备工艺、基质沥青种类、SBS类型及掺量、纳米ZnO掺量等因素对纳米ZnO/SBS改性沥青稳定性的影响.采用表面稳定剂改善纳米ZnO/SBS改性沥青的热储存稳定性,利用荧光显微图像分析了纳米ZnO/SBS改性沥青的稳定机理.结果表明,纳米ZnO/SBS改性沥青离析主要是由于SBS的离析所引起,纳米ZnO的加入在一定程度上改善了SBS改性沥青热储存稳定性,但是效果甚微;添加稳定剂可以制得热储存稳定性良好的纳米ZnO/SBS改性沥青.     

环保增塑剂对天然改性沥青高低温性能的影响

为探究不同环保增塑剂对不同天然沥青高低温性能的影响,采用室内动态剪切流变试验和弯曲流变试验,对不同掺量的环保增塑剂和天然沥青复合改性沥青的高低温流变性能进行了研究,并采用车辙试验和小梁弯曲试验,分别评价其复合改性沥青混合料的高低温性能。研究结果表明:不同的环保增塑剂可有效提升天然改性沥青结合料低温等级,但会降低其高温等级。当增塑剂掺量4%时,高温等级会降低一个等级。不同环保增塑剂可有效提升天然改性沥青混合料的低温性能,但会降低其高温性能。环保增塑剂的掺量越大,其弯拉应变增幅越显著,动稳定度降幅越大。综合考虑环保增塑剂-天然沥青复合改性沥青及其混合料高温性能,确定4%为最佳掺量。     

基于PG的复合改性沥青混合料性能的试验研究

沥青混合料的低温性能是寒区沥青路面低温开裂的主要影响因素,现有的改性沥青低温性能不能满足寒区沥青路面PG技术规范的要求。在黑龙江省常用道路沥青性能与复合改性沥青性能的PG评价结果基础上,对不满足PG_(m~n)低温性能标准的黑龙江省道路沥青进行了进一步的复合改性,对相应的复合改性沥青混合料性能进行了PG评价,研究目标是研发适合PG_(m~n)技术标准的黑龙江省道路沥青。研究内容包括:复合改性剂与复合改性沥青混合料的组成设计,复合改性沥青混合料高低温性能评价等。研究结果表明,以PG技术指标为标准的复合改性沥青混合料的高温车辙与低温开裂性能均有较明显的提高,基本满足PG_(m~n)技术标准的要求。研究结果对改善黑龙江省沥青路面的低温性能具有一定的理论与实用价值。     

多聚磷酸改性沥青流变特性及改性机理

采用动态剪切流变、重复蠕变和弯曲梁流变等试验分别对多聚磷酸改性沥青、聚合物改性沥青以及聚合物复配多聚磷酸改性沥青在高、低温状态下的流变特性进行了系统研究.结果表明,多聚磷酸能够改善基质沥青和聚合物改性沥青的高低温性能;多聚磷酸与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性剂在改善沥青高温性能机制上存在明显不同,多聚磷酸的掺入显著增加了沥青的黏度,而对沥青的弹性变形恢复能力贡献较小,而SBS改性剂可大幅度提高沥青的弹性变形恢复能力.采用核磁共振(NMR)试验对多聚磷酸改性沥青的改性机理进行了初步分析,发现多聚磷酸与沥青发生了接枝、磷酸酯化和环化反应,从而改变了沥青的碳链结构和化学结构,宏观上使沥青变得更加黏稠.     

TOR橡胶沥青流变性能试验

为了得到TOR橡胶沥青的流变性能,对薄膜烘箱老化和压力老化试验后的沥青试样进行布氏黏度试验和动态剪切流变试验.给出了改性沥青的制备方法、试验方法,分析了TOR对橡胶沥青复数模量、相位角、车辙因子、黏度、疲劳因子的影响.结果表明:加入TOR后,沥青的复数模量增大,相位角减小,TOR促进了废胶粉颗粒与沥青的相容性,增加了沥青的高温抗车辙性能.薄膜加热老化后基质沥青、橡胶沥青和TOR橡胶沥青的车辙因子数值均增大,黏温敏感性增强,TOR橡胶沥青的抗车辙性能较橡胶沥青有所改善.加入TOR的橡胶沥青,经压力老化后抗疲劳性能得到了加强,在较低温度环境下比橡胶沥青好;经有水压力老化,可以有效改善橡胶沥青的热氧水老化能力.     

基于粘弹性理论的天然沥青复合改性沥青低温流变性能

为优化天然沥青低温性能欠佳的问题,采用低温弯曲流变试验(BBR)对不同掺量下的橡胶/天然沥青及SBS/天然沥青复合改性沥青的低温性能进行试验,并结合Burgers模型对其蠕变数据进行拟合以分析天然沥青复合改性沥青的低温性能。结果表明：橡胶和SBS掺入使XRA和TLA天然改性沥青的粘性和弹性得到相应的改善,且其松弛时间逐渐减小,耗散能比与蠕变导数逐渐增加,低温下的应力松弛能力及弹性后效的到改善;在同一温度下,橡胶和SBS延缓了XRA与TLA到达蠕变稳定的时长,但随着温度的不断降低,其蠕变稳定时长逐渐减小。随着橡胶和SBS掺量的增加XRA和TLA复合改性沥青的低温性能有显著的提高,且橡胶对XRA和TLA天然改性沥青低温性能的改善优于SBS;随着温度的降低,不同掺量下的橡胶和SBS对其低温性能的改善程度逐渐减小。     

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。     

多聚磷酸对沥青高低温性能和老化性能的影响

采用不同掺量多聚磷酸（PPA）对沥青进行改性,研究了PPA对沥青高低温性能和老化性能的影响,并借助化学组分和红外光谱测试分析了PPA改性沥青的老化机理。结果表明：随着PPA掺量增加,沥青的软化点和粘度升高,弗拉斯脆点向低温移动,沥青的高低温性能均得到改善。与未改性沥青相比,PPA改性沥青在短期热老化、长期热老化和紫外老化后的软化点增量、粘度老化指数和弗拉斯脆点变化量均明显减小,针入度保留率和延度保留率大幅提高。化学组分和红外光谱分析发现PPA促进了胶质向沥青质的转变,减少了沥青中易发生老化反应的活性组分,使老化过程中改性沥青的脂肪族、芳香族、羰基和亚砜基指数的变化量均明显减小,从而具有优良的抗老化性能。     

生物质油温拌沥青制备工艺及性能研究

关于生物质油温拌沥青制备工艺的研究较少,合理的制备工艺是生物质油温拌沥青性能发挥的重要保证。采用生物质油与70#、90#基质沥青制备温拌沥青,通过熵权Topsis法确定了生物质油温拌沥青的最佳制备工艺;通过动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验评价了生物质油温拌沥青的高、低温性能;通过红外光谱与沥青四组分试验研究了生物质油温拌沥青的温拌机理,结果表明,生物质油温拌90#、70#基质沥青最佳制备工艺均为剪切温度130℃,剪切速率1 500 r/min,剪切时间10 min,发育时间15 min;生物质油的掺加降低了沥青的高温性能,但提高了低温性能;生物质油与沥青混合过程主要为物理共混,生物质油提高了沥青胶团的分散度,导致沥青组分发生了迁移,使得沥青性能发生变化。     

基于决策分析的多聚磷酸改性沥青原材料优选

PPA改性沥青具有价格低廉、储存稳定性及高温稳定性好等优点,应用前景良好,而PPA与沥青间复杂的配伍性是阻碍PPA改性沥青应用的重要原因.为优选具有最佳改性效果的PPA改性沥青原材料,提出综合考虑沥青的高温性能、流变特性及低温性能,以层次分析-模糊数学法(AHP-FUZZY)建立PPA改性沥青原材料综合优选模型,优选具有最佳配伍性的基质沥青及PPA原材料.将所选取的原材料宏观性能测试结果带入模型计算得出各PPA改性沥青掺配方案的优越度,结果表明,壳牌90^#基质沥青与相对质量分数为115%的PPA配伍性最佳.     

非洲西部地区典型硬质沥青技术性能

随着中国在非洲西部国家援建项目逐渐增多,研究非洲西部硬质沥青在内的典型材料的技术性能,对于中国技术标准走出去和在当地属地化应用具有重要意义。研究了非洲西部地区常用的3种典型硬质沥青：Termcotank、DHS、ERES,对其常规物理性能、流变性能、高低温等级及疲劳性能进行了测试分析。研究结果表明,Termcotank沥青高温性能最好,低温性能略差,适合用于对高温性能要求较为严格的地区;DHS和ERES沥青高温性能和低温性能较好,适合针对高低温均有要求的路面;3种硬质沥青除了Termcotank的低温延度,其他指标均能满足中国规范要求。按照美国战略公路研究计划(strategic highway research program, SHRP),3种沥青的性能分级(performance grade, PG)分别为PG76-10、PG70-16、PG70-16。根据PG分级确定了两种沥青适合的气候分区,同时根据统计分析给出了评价硬质沥青低温性能的建议性能指标。