上面层改性沥青混合料低温性能综合对比评价

【目的】分析足尺路面试验环道所用7种上面层细粒式改性沥青混合料的低温性能。【方法】通过小梁低温弯曲、中梁线收缩系数和法国M2F梯形梁动态模量3种室内试验开展研究及相关性分析,并应用多指标试验结果的无量纲归一化赋权求和法进行综合对比评价。【结果】最大弯拉应变、应变能密度、线收缩系数、复模量和相位角均可作为改性沥青混合料低温性能的合理评价指标;对比改性沥青类型,采用低温延性强的SBS改性沥青制备的混合料低温性能最优,橡胶沥青混合料的次之,掺抗车辙剂能增强SBS改性AC类混合料的低温性能;对比矿料合成级配,SMA类的低温性能最优,SBS改性AC类中粗集料含量越低,其低温性能越好;多孔排水式高黏SBS改性PAC类具有优良的黏弹性和低温收缩性能。【结论】评价结果可为环道沥青路面低温性能长期监测对比提供参考。

基于响应面法的半柔性路面材料低温性能研究

为提高半柔性路面材料(SFPM)低温抗裂性能,采用橡胶粉与硅烷偶联剂对水泥砂浆进行改性,制备复合半柔性路面材料(R&S-SFPM)。基于响应面分析法以劈裂抗拉强度、抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲蠕变速率以及平均线收缩系数作为评价指标分析胶粉目数、掺量及硅烷偶联剂用量对SFPM低温性能的影响,并确定了可获得最优低温性能表现的R&S-SFPM掺配比例。结果表明:橡胶粉可提高SFPM的应力松弛能力,使其具有更好的柔韧性;硅烷偶联剂可提高SFPM力学强度。此外,橡胶粉及硅烷偶联剂掺量、胶粉目数均对SFPM低温性能改善效果有较大影响。当胶粉目数为60目、掺量为14%,硅烷偶联剂用量为0.72%时,R&S-SFPM综合低温效果最佳;与普通半柔性路面材料(O-SFPM)相比,R&S-SFPM的劈裂抗拉强度、抗弯拉强度、最大弯拉应变以及弯曲蠕变速率分别提高23.7%、7.6%、29.9%和15.2%。

大掺量橡胶粉对沥青玛蹄脂碎石混合料低温性能的影响

为提高废旧轮胎的回收利用率,将轮胎粉碎加工成橡胶粉,采用等体积法替换石灰石集料,优化橡胶粉级配设计,制备聚酯纤维掺量0.4%和不同橡胶粉替代率(0、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%)的沥青玛蹄脂碎石混合料(stone mastic asphalt, SMA)。基于马歇尔稳定度试验和半圆弯曲(semi-circular bending, SCB)试验,采用SCB试件的极限拉应力、断裂能、断裂韧性和断裂劲度综合分析了不同低温环境下橡胶粉对SMA-13沥青混合料抗裂性能的影响。结果表明:SMA-13沥青混合料的最佳沥青用量与橡胶粉掺量成正比,橡胶粉掺量的增加会提高混合料的弹性性能。与石灰岩沥青混合料相比,橡胶粉沥青混合料抗裂能力更加稳定和优异。当橡胶粉替换率为3%时,SMA-13沥青混合料抵抗变形能力最强,可显著提升其低温性能,为沥青路面材料组成设计提供了理论依据。

热处理对9Ni钢焊接接头低温性能的影响

针对天然气罐用9Ni钢及其焊接接头在低温条件下塑韧性恶化问题,研究9Ni钢经手工电弧焊后,调质热处理(QT)和两相区热处理(QLT)工艺对焊接接头低温性能的影响规律。结果表明:QT热处理优化方案为淬火温度800℃、回火温度570℃,其热处理过程淬火温度对9Ni钢低温性能的作用主要是由裂纹扩展功完成,回火温度对9 Ni钢接头低温性能的作用是由裂纹形成功来完成;QLT优化方案为淬火温度800℃、中间淬火温度670℃、回火温度570℃,其淬火温度对9Ni钢低温性能影响很少,中间淬火温度对9Ni钢材焊接接头低温性能影响主要由裂纹扩展功完成,回火温度对9Ni钢接头低温性能的作用主要是由裂纹扩展功完成。

常见结构材料低温性能研究进展

随着深空探测、极地科考、低温贮运等低温领域的快速发展,对低温材料的要求越来越高,低温材料逐渐成为目前国内外的研究热点。本文综述低温钢、铝合金、钛合金、铝基复合材料以及树脂基复合材料等常见结构材料的低温性能,归纳不同晶体结构、合金种类、合金元素等因素对结构材料的低温强度、塑性与韧性等力学性能的影响及低温变形和强韧化机理,介绍不同种类低温结构材料在国内外重要领域的应用,提出了低温材料未来的研究展望。

基于松弛特征的沥青结合料低温性能评价指标

本研究基于动态热机械分析仪(DMA)进行低温小梁弯曲松弛试验,采用松弛速率和松弛时间评价了4种沥青结合料的松弛特性;采用弯曲梁流变仪(BBR)、单边缺口梁弯曲试验(SENB)测试评价了沥青结合料的低温性能;基于Person相关系数和Spearman秩相关系数分析了沥青结合料松弛特性与低温抗裂性能的相关性。研究结果表明,温度越低,沥青结合料的松弛性能越差。同时,4种沥青结合料的松弛速率与其低温性能指标相关性显著,松弛时间与低温性能指标相关性较差;沥青结合料断裂时最大位移与松弛性能指标相关性显著,对应温度下λ与松弛性能指标的相关性较好。采用松弛特性指标可以进一步表征沥青结合料的低温性能。

基于稻壳基无定形碳的负极材料对锂离子电池低温性能的影响

碳基材料是目前锂离子电池最常用的电极材料,然而低温使基于碳基电极的锂离子电池(LIB)容量损失巨大。本文将农业废弃物——稻壳通过高温碳化制得多孔碳,多孔为锂离子(Li^(+))提供更多传输路径及活性位点,并促进Li^(+)在低温下的传输与扩散。研究发现,不同碳化温度对稻壳衍生活性炭(RHC)的微观结构有影响,基于不同RHC电极构建的电池性能也不同。其中,碳化温度为1 000℃获得的RHC-10负极具有最高的剩余可逆比容量,在0.2 C和2 C倍率下循环100圈后可达230和147 mAh/g;在不同倍率下循环10圈后再次在0.2C倍率下循环时,仍能保持最高的可逆比容量;在-20和-40℃可逆比容量分别可达175和98 mAh/g,表现出优异的低温充放电性能。

基于直接拉伸试验的沥青胶浆低温性能研究

文中设计直接拉伸试验对拉伸曲线进行形态分析,并提出延伸量、拉伸柔量、残余延伸量比,以及黏韧性等评价指标.通过灌浆成型制备沥青混合料基于展小梁弯曲试验评价其低温变形性能.在此基础上,通过胶浆低温性能指标与混合料最大弯拉应变相关性分析验证基于直接拉伸试验的胶浆低温性能指标的合理性.结果表明:粉胶比对沥青胶浆的低温变形性能有显著影响,粉胶比越大胶浆的脆性特征越明显,其低温性能越差;为保证胶浆的低温变形性能,建议粉胶比不大于1.5;基于直接拉伸试验得到的胶浆低温性能评价指标随粉胶比变化的趋势不受沥青类型的影响,用于评价胶浆低温性能合理可行;相关性分析表明0℃条件下的延伸量、黏韧性,以及韧性比是胶浆低温性能评价的最佳指标.

粉胶比对煤直接液化残渣复合改性沥青胶浆及混合料低温性能的影响

本工作旨在探究粉胶比对煤直接液化残渣(Direct coal liquefaction residue,DCLR)复合改性沥青胶浆及混合料低温性能的影响。设计了四种粉胶比(0.6、0.8、1.0、1.2)下三种沥青胶浆及混合料(SK-90沥青胶浆及混合料、DCLR改性沥青胶浆及混合料、DCLR复合改性沥青胶浆及混合料),采用弯曲蠕变劲度(BBR)试验、低温小梁试验、半圆弯曲(SCB)试验、接触角试验进行性能评价。试验结果表明:相比于DCLR改性沥青胶浆及混合料,DCLR复合改性沥青胶浆临界破坏温度显著降低,混合料破坏应变提升较大,基本上达到SK-90沥青胶浆及混合料的低温性能水平。综合各种试验结果,三种混合料粉胶比为1.0时的低温性能最优。尤其是DCLR复合改性沥青混合料在粉胶比为1.0时,表现出更好的低温应力松弛能力,较强的抗开裂能力与抗裂缝发展能力。但其受粉胶比变化敏感性较强,当粉胶比增加到1.2时,混合料低温抗开裂能力与抗裂缝发展能力显著降低。

硬碳动力学特性对钠离子电池低温性能的影响及机制

以磷酸焦磷酸铁钠(NFPP)为正极,硬碳(HC)为负极,制作了软包钠离子电池,研究了不同动力学性能的硬碳对钠离子电池循环性能和低温性能的影响。借助电化学交流阻抗谱(EIS)、弛豫时间分析技术(DRT)以及恒电流间歇滴定技术(GITT)等分析手段对比研究了不同硬碳的电荷转移阻抗、SEI阻抗以及扩散系数大小,得到了动力学性能趋势:HC-A>HC-C>HC-B。结果表明,硬碳的动力学性能直接影响到钠离子电池的循环性能和低温放电性能。动力学性能最优的生物质硬碳HC-A不仅可以支持室温下5C快速充电并且循环容量几乎无衰减,还表现出良好的低温性能,可以在0℃下0.5C充电和-10℃下0.2C充电并稳定循环,在-30℃下0.5C放电容量百分比达87.5%。动力学性能最差的树脂基硬碳HC-B无法支持15℃下0.5 C循环,且-30℃下0.5C放电容量百分比仅有83.7%。针对HC-B低温性能差的问题,提高电池设计的N/P比可以显著改善钠离子电池的低温性能,使得电池在-10℃下可以支持0.1C充电并稳定循环100圈,容量保持率几乎无变化。本工作对钠离子电池的设计优化和低温性能改进具有重要的参考价值。

动力锂电池三元正极低温性能研究

动力锂离子电池低温下放电性能衰减问题一直是制约新能源电动汽车在寒冷地区推广应用的瓶颈。研究表明,动力锂离子电池正极性能对其低温放电性能产生主要的影响。因此,全面系统地了解正极低温特性具有十分重要的意义。本文以商用动力锂电池三元正极为研究对象,设计在25℃、0℃、-10℃和-35℃温度下的电池测试实验,建立从电池、极片到正极材料在低温下性能演变的关联性研究,揭示三元正极体系在低温下的性能变化特征。实验结果表明,低温对三元动力锂电池的放电容量和内阻有显著影响。随着温度的降低,电池极化内阻增大趋势远超欧姆内阻。三元正极在低温测试后表现出面密度下降、电导率下降、碳含量增加、晶胞收缩、活性损失以及颗粒开裂的特征,阻碍了电子和锂离子的迁移,引起电化学动力学参数恶化,导致电化学性能衰减。本文对揭示三元正极低温特征,帮助技术人员开发高质量低温性能动力锂电池,提升电动汽车在严寒地区推广运行方面具有一定的作用。

新型合成有机膨胀剂对铅酸动力电池低温性能的影响研究

讨论了新型合成有机膨胀剂(简称新型膨胀剂)对铅酸动力电池低温性能的影响,通过差示扫描量热法(DSC)/热重分析法(TGA)测试了木素磺酸钠与新型膨胀剂的热稳定性;通过循环伏安(CV)和析氢曲线测试,分析了二者对负电极表面电化学行为和负极析氢行为的影响;通过扫描电子显微镜法(SEM)分析了木素磺酸钠与新型膨胀剂对负极活性物质微观形貌的影响;通过低温性能测试,对比分析了二者对动力电池低温性能的影响;通过高温过充后低温保持率测试,对比分析了二者在高温环境下的稳定性;通过充电接受能力测试,对比分析了新型膨胀剂对电池充电接受能力的影响。研究发现:新型膨胀剂热稳定性明显优于木素磺酸钠,能够提高负极表面的铅离子还原反应;从析氢行为来看,新型膨胀剂负电极析氢电位更负,更不易析氢;新型膨胀剂对负极活性物质成晶形态不同于木素磺酸钠,更有利于形成比表面积大的晶粒结构;在提高动力电池低温性能方面,新型膨胀剂优于木素磺酸钠;耐高温性能、充电接受能力也优于木素磺酸钠。

新型橡维联对沥青混合料低温性能影响的研究

为了寻求一种干法工艺以改善沥青混合料的低温性能,文中基于低温弯曲破坏试验,在沥青混合料中干法掺入多种外掺剂。对比试验结果发现,新型橡维联材料改性沥青混合料的低温弯曲破坏应变不低于SBS、SBR改性沥青混合料,且在工艺方面,干法掺入更为快速便捷。

配合体系对中等丙烯腈含量丁腈橡胶耐低温性能的影响

研究了不同硫化体系、补强体系和增塑体系对中等丙烯腈含量丁腈橡胶(NBR)机械性能和耐低温性能的影响。结果表明,过氧化物硫化体系的NBR低温性能优于硫黄硫化体系;随着体系中炭黑粒径增大,NBR耐低温性能逐渐降低,白炭黑补强体系的耐低温性能最差;添加增塑剂TP-95且用量增大,NBR的TR10降低,耐低温性能得到改善。

生物油复配SBS再生沥青高低温性能研究

为研究生物油复配SBS再生沥青的高低温性能,将生物油及SBS掺入经旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)和压力老化试验(PAV)的原样沥青中制备再生沥青,通过三大标指标试验研究生物油掺量对老化沥青常规性能的影响,进而通过动态剪切流变(DSR)和弯曲梁流变(BBR)试验研究生物油复配SBS后再生沥青的高低温性能。结果表明,生物油能恢复老化沥青三大指标,但恢复不同指标的掺量有明显差异,恢复低温性能指标时高温性能存在过渡软化问题;生物油复配SBS可恢复老化沥青高低温性能,且随SBS掺量增加效果逐渐变好,采用6%生物油复配2%SBS用于老化沥青再生时,再生沥青高低温性能均优于原样沥青。

高海拔地区用温拌抗光老化沥青低温性能研究

针对高海拔地区沥青路面易诱发紫外老化、低温开裂问题,采用3种光稳定剂制备出改性温拌抗光老化沥青,通过低温延度、差示扫描量热分析和弯曲蠕变劲度试验以及Burgers黏弹模型,对光老化前后的沥青开展多指标低温性能评价,并借助灰色关联度法分析各低温指标的相关性。结果表明:表面活性温拌剂对沥青的低温性能有不利影响;3种光稳定剂均对沥青抗光老化性能有改善作用,其中UV326能明显改善温拌沥青低温性能,抗光老化效果最佳,Burgers模型能准确描述沥青在弯曲蠕变劲度试验中的低温蠕变行为。根据灰色关联分析结果,推荐蠕变速率、-18℃低温综合柔量参数和玻璃态转变温度可作为高海拔地区沥青胶结料的选型指标。

不同比例EMC/EA改善LiCoO2电池电解液低温性能

低温时电解液的离子电导率是锂离子电池(LIBs)低温性能的重要影响因素。适量乙酸乙酯(EA)的加入,能够提高电解液的离子电导率,降低电池极化,从而使得电池具有较高的放电比容量以及循环稳定性。因此,通过调节电解液溶剂EMC/EA比例,考察LiCoO2电池在不同比例电解液中的25和-20℃下的电化学性能。结果表明,使用0.5 mol/LLiBF4/0.5 mol/LLiODFB-PC/EC/EMC/EA(体积比为1∶1∶1∶2)的电解液所组装的LCO/Li半电池在25和-20℃循环100次后,其放电比容量分别为130.2和112 mAh/g,容量保持率分别为96.30%和92.33%;未加EA体系在25和-20℃循环100次后放电比容量分别为122.9和103.2 mAh/g。采用电化学交流阻抗谱测试电池的阻抗行为,有EA的溶剂体系阻抗都低于未加EA体系;用SEM对电极表面进行分析,发现溶剂体系中EA的加入,在正极材料与电解液之间形成较为稳定的电化学界面(CEI)膜,可防止电解液中的物质进一步反应和溶解正极材料,从而有效阻碍电解液的持续分解,提高常温/低温LCO/Li半电池的放电比容量及循环稳定性。

PU/SBS复合改性沥青及铺路混合料高低温性能研究

为讨论聚氨酯(PU)用量对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青及铺路混合料高低温性能的影响,首先通过离析试验、动态剪切流变试验、低温弯曲梁流变试验分析了PU用量对SBS改性沥青储存稳定性和高低温流变性能的影响,然后以SBS改性沥青混合料为对照组,采用车辙试验、低温小梁弯曲试验探究了PU/SBS复合改性沥青混合料的抗高温性能和抗裂能力。结果表明,PU的添加不但提高了SBS改性沥青的储存稳定性,而且大幅度改善了SBS改性沥青及混合料的高温抗车辙能力和低温抗裂能力,建议PU用量为沥青的10%。

CRH2和CRH3型动车组用U形外风挡的耐低温性能研究

以三元乙丙橡胶(EPDM)为主体橡胶,通过添加石蜡油以及EPDM与聚烯烃弹性体(POE)和顺丁橡胶(BR)并用来制得耐低温性能优良的CRH2和CRH3型动车组用U形外风挡胶料,并测试U形外风挡涂层性能。结果表明:添加石蜡油可以提高外风挡胶料的耐低温性能,但会影响U形外风挡漆膜与母材的附着力,石蜡油用量不宜超过10份;EPDM与BR和POE并用可以获得耐低温性能(耐-55℃低温)、耐屈挠性能和物理性能优异的U型外风挡胶料,制得的U型外风挡适合在较寒冷的环境下使用。

基于配比优化设计的半柔性路面低温性能研究

半柔性路面的配比优化设计是其力学性能表现良好的先决条件。本文采用体积法对基体沥青混合进行配比优化,以灌浆材料的力学特性为评价指标并采用正交试验法对配比进行优化,此外通过自行研制的灌浆设备对半柔性路面进行制备,对低温性能进行评价。结果表明,该基体沥青混合料最佳油石比为4.3%,空隙率和连通孔隙率分别为25.45和23.18,满足灌注要求;以初始流动度、30min流动度、泌水率、7d抗折强度、7d抗压强度为评价指标,获取该灌浆材料的最优水胶比及砂胶比分别为0.46和0.15。自行研制的灌浆设备可对灌浆材料进行有效灌注,灌注率满足要求。力学性能测试表明,该半柔性路面具备良好的低温性能及水稳定性。