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.     

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。     

多聚磷酸改性沥青流变性能及改性机制研究

利用动态黏弹力学方法,在动态剪切流变仪上通过动态黏弹试验和稳态流动试验并结合Carreau模型研究多聚磷酸(PPA)对改性沥青流变性能的影响,通过胶体组分变化和红外谱图分析探究PPA对沥青的改性机制。结果表明:在试验频率范围内,PPA改性沥青的存储模量G′和损失模量G″随频率的增加而增大,PPA掺量越大沥青的弹性性质越明显,说明PPA可有效改善沥青的模量和高温抗车辙性能;相同频率下,G′明显小于G″且模量差值随PPA掺量的增大、温度的降低及频率的增大而呈现逐渐减小的趋势;PPA的掺加使沥青的临界剪切速率γc大幅度降低,且掺量越大γc越小,沥青对外部剪应力的敏感性变大;与基质沥青相比,随PPA掺量的增大,沥青胶体成分中轻组分含量减少,沥青质含量大幅增加,PPA改性沥青红外谱图中增加了1 026cm-1处的特征吸收峰(P—O单键和P O双键的伸缩振动峰),说明PPA对沥青的改性是通过发生化学反应进行的。     

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.     

SBS和SEBS改性沥青及混合料抗老化性能

为了对比SBS和SEBS改性沥青及混合料抗老化的能力,设计紫外光老化试验,模拟在野外光氧条件下的长期老化;用傅立叶红外光谱分析了沥青及SBS,SEBS改性沥青老化前后结构与性能的变化.紫外光辐射试验表明,SEBS改性沥青及其混合料的热稳定性和抗光氧老化能力好于SBS改性沥青及其混合料;傅立叶红外光谱分析表明,改性沥青老化后性能下降主要是改性剂中双键断裂造成的.综合红外微观分析和宏观性能试验结果,SEBS改性沥青及其混合料具有良好的抗紫外线性能,使用寿命可以比SBS改性沥青混合料高1倍以上.适合于南方和高原紫外线强烈地区使用,尤其适用于对老化性能要求较高的开级配道路.     

基于动态剪切流变仪试验的多聚磷酸改性沥青流变特性

为了研究多聚磷酸(PPA)改性沥青的流变性能和疲劳性能,制备不同掺量的PPA改性沥青,采用动态剪切流变仪(DSR)进行温度扫描、时间扫描和频率扫描试验,分析各掺量PPA改性沥青的复数剪切模量(G^*)和车辙因子(G^*/sin δ)随温度、荷载作用次数和加载频率的变化关系,G^*下降到初始值(G0^*)的50%对应的加载次数作为疲劳指标表征PPA改性沥青的疲劳性能。研究结果表明：沥青的G^*值和G^*/sin δ均随着温度的增加而下降,即温度越高,沥青抗剪切变形能力和高温稳定性越差,当温度超过64℃后,持续提高温度对二者基本无影响;PPA改性剂能显著提高沥青的抗剪切变形能力和高温稳定性,2.0%掺量PPA改性沥青的G^*值和G^*/sin δ是70#基质沥青的2.5倍;PPA掺量越高,改性沥青疲劳寿命越大,沥青抗疲劳性能越好,PPA改性沥青疲劳寿命与加载应力在双对数坐标中具有较好的线性递减关系,线性拟合优度R²大于0.9。此外,PPA改性剂可以改善沥青抗剪切变形和弹性恢复能力,尤其当加载频率较低时,改善效果显著。     

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.     

碳纳米管/SBS复合改性沥青的性能

为了弥补SBS改性沥青存在的贮存稳定性差以及抗紫外光老化性能差等缺陷,发挥碳纳米管在复合材料增强方面的优势,采用高速剪切法制备了碳纳米管/SBS复合改性沥青。通过测试不同掺配比例时各试样的针入度、延度和软化点,分析了碳纳米管对SBS改性沥青高低温和感温性能的影响。采用动态剪切流变试验、弯曲梁流变试验以及布氏黏度试验,测试了改性沥青的高温流变、低温蠕变以及施工和易性等性能。运用紫外环境箱进行加速光老化试验,评价了碳管在抗紫外老化中的作用。研究结果表明,碳管可以提高SBS改性沥青的软化点、黏度,提升高温流变性能和抗紫外老化性能,而对延度和低温蠕变性能基本无影响;碳管掺量为1%时,复合改性沥青综合性能较为优异。     

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.     

多聚磷酸和玄武岩纤维改性沥青高低温性能研究

为改善多聚磷酸(polyphosphoric acid,PPA)改性沥青的低温性能,选取玄武岩纤维(basalt fibre,BF)作为改性剂,制备高低性能兼备的改性沥青.利用动态剪切流变试验(dynamic shear rheometer test,DSR)和弯曲梁流变试验(bent beam rheologi-ca...     

改性沥青分散性与抗老化性能

针对TiO2改性沥青应用中的基本问题进行研究,通过室内扫描电子显微镜分析了TiO2在沥青中的分散稳定性;通过室内沥青常规试验,分析了TiO2改性沥青的基本性能包括软化点、针入度和延度的变化规律;通过薄膜烘箱老化和紫外线老化试验分别研究了TiO2对沥青的老化性能的影响规律.研究结果表明,高速剪切设备辅以分散剂可以在沥青中有效分散沥青;当TiO2掺入质量分数为4%时,改性沥青的基本性能变化很小,并且具有最佳的抗老化性能.     

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。     

纳米碳酸钙和SBS复合改性沥青的性能

用直接剪切的方法制备纳米碳酸钙和SBS复合改性沥青,对纳米碳酸钙和SBS复合改性沥青的常规技术性能、SHRP技术性能及动态力学性能等进行试验研究。研究结果表明,在SBS改性沥青(SBS含量为5%)中掺入纳米碳酸钙后,随着纳米碳酸钙含量的增加,复合改性沥青的软化点、针入度指数提高,但5℃时延度降低;纳米碳酸钙和SBS含量均为5%的复合改性沥青满足PG 76—22的指标要求;纳米碳酸钙和SBS复合改性沥青的贮能模量E′、损耗模量E″在试验温度区间(-30～30℃)均比SBS改性沥青的高,但复合改性沥青的损耗角正切(tanδ)在10℃以下略比SBS改性沥青的高,而在10℃以上则略比SBS改性沥青的低,说明在SBS改性沥青中掺入纳米碳酸钙获得了良好的增强效果,且低温下的韧性有所提高。     

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。     

胶粉/SBS复合改性沥青性能评价及改性机理

采用高速剪切法制备了复合改性沥青,其中胶粉掺量分别为7%,10%,13%和16%.通过沥青三大指标及弯曲梁流变试验发现:复合改性沥青的高温稳定性及抗高温变形能力优于单一的SBS改性沥青,但是其低温性能未得到改善.动态剪切流变试验结果表明:复合改性沥青的黏弹性力学性能也得到一定的提升.同时,借助荧光显微镜、红外光谱仪等微观手段对改性机理进行研究,结果证明:胶粉在改性过程中发生物理溶胀反应,由颗粒状变成网状;在改性过程中没有新的官能团产生,但是红外光谱特征峰的峰值发生变化,表示反应过程有化学键打开,在高温与高速剪切条件下,与胶粉发生枝接反应.结合宏观与微观试验,胶粉的合适掺量为10%～13%.     

纤维素/磷酸/多聚磷酸液晶溶液的动态流变性能

纤维素可直接溶解在磷酸/多聚磷酸溶剂体系中形成液晶溶液,使用此溶液有希望制得高强、高模的纤维素纤维.用热台偏光显微镜观察了纤维素/磷酸/多聚磷酸液晶溶液的清亮点,通过动态流变实验研究了溶液在不同温度、不同纤维素质量分数、不同P2O5质量分数及不同纤维素聚合度(DP)下的流变特性.结果表明在溶液温度40℃以下,纤维素质量分数14%～15%左右,P2O5质量分数75%和纤维素聚合度(DP)1 000的条件下是适合液晶纺丝的理想条件,为探寻合适的纺丝工艺条件提供了理论基础.     

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。     

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.     

2,6?二叔丁基对甲酚对SBS改性沥青抗老化性能的影响

为了提高苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青的抗热氧老化及抗紫外线老化性能,以2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)为原材料,利用BHT能够消除SBS改性沥青中自由基的作用机理,对掺加不同剂量BHT的SBS改性沥青进行旋转薄膜加热(RTOFT)延长老化试验、室内加速紫外线老化试验和常规路用性能试验.研究结果表明:BHT能够为SBS改性沥青中的自由基迅速提供氢原子,以提高沥青的抗氧化性能;BHT能够有效地提高SBS改性沥青的抗热氧老化及抗紫外线老化能力;BHT对SBS改性沥青的其他路用性能无明显提升或降低作用.     

纤维素在磷酸／多聚磷酸复合溶剂中的溶解性能

通过捏合机制备了纤维素在磷酸/多聚磷酸复合溶剂中的液晶溶液.主要研究纤维素质量分数、温度、复合溶剂中P2O5质量分数对纤雏素一磷酸/多聚磷酸溶液性能及溶解行为的影响.结果表明,液晶溶液的清亮点随P2Os质量分数及纤维素质量分数的增加而升高.溶解时间随P2O5质量分数的升高及温度的降低而增加.在此基础上,分析了磷酸/多聚磷酸溶剂与纤维素的相互作用并提出了纤维素在磷酸/多聚磷酸溶剂中的溶解过程及机理.