坡缕石改性沥青低温流变性能研究

采用低温延度、当量脆点和低温弯曲流变试验系统研究了不同细度、掺量坡缕石对SBS改性沥青低温流变性能的影响规律。试验结果表明,随着坡缕石掺量的增加,改性沥青5℃延度呈现减小趋势,沥青胶浆蠕变模量S值逐渐减小,蠕变速率m值逐渐增大;随着坡缕石细度增大,改性沥青当量脆点逐渐降低,掺量为5%时600目坡缕石改性沥青当量脆点达到最低值-10.27℃;掺量为20%时,600目坡缕石改性沥青胶浆蠕变模量S为238MPa,蠕变速率m为0.50。表明坡缕石细度越大,改性沥青低温延度的减小幅度越小,低温抗裂性能越强,沥青胶浆低温流变性能越优良,但坡缕石掺量不宜过大,容易造成低温延度的降低。

红外光谱法测定润滑油的低温流变性能

本文采用红外光谱表征的润滑油结构族组成信息，采用人工神经网络为数据处理工具，预测了润滑油的ＣＣＳ－１５℃粘度，得到很好结果，研究结果表明在润滑油组成、结构与性能研究中，人工神经网络是一种有效的处理工具。

海洋天然气水合物勘探开发中的钻井液低温流变性能研究

海洋天然气水合物是一种潜在的重要能源资源,但其开发受到技术挑战的限制,钻井是开发天然气水合物资源的首要步骤,因此需要研究钻井液在低温环境下的流变性能,以确保钻井过程的顺利进行.本次研究主要是通过实验的方式,对钻井液的流变性能以及其影响因素进行分析,为保障海洋天然气水合物开发的顺利进行奠定基础.研究表明:膨润土、改性淀粉、动力学抑制剂、固相含量属于影响钻井液低温流变性的重要因素,同时,动力学抑制剂相对于热力学抑制剂具有更高的效率、更快的反应速度、更强的适应性以及更低的温度和压力要求,因此在水合物地层钻井液中的应用具有一定的优势,合理配置钻井液是保障海洋天然气水合物开发的重要基础.

温拌剂对沥青胶结料高低温流变性能的影响

基于国外Evotherm温拌剂和国产RH温拌剂,通过动态剪切流变试验(DSR)和沥青弯曲蠕变劲度试验(BBR),对比分析掺入温拌剂后对沥青高低温流变性能的影响。结果表明:RH温拌剂可以提高基质沥青的高温性能,Evotherm温拌剂能提高SBS改性沥青的高温性能;两种温拌剂都能提高沥青的低温抗裂性,其中RH温拌剂的改善效果更好,温度越低,沥青的低温性能越差,改善效果也越差。在低于-24℃时使用温拌剂对沥青的低温性能改善无意义,综合高低温流变试验,发现在北方寒冷地区使用RH温拌剂效果更佳。

4mm DSR试验与BBR试验评价沥青低温流变性能比较研究

为更便捷、使用更少沥青样品来评价沥青低温流变性能,美国提出了使用DSR动态剪切流变仪和4mm(或8mm)平行板夹具的新的试验方法,称为4mm DSR试验。为验证该方法的有效性,基于4mm DSR试验方法并采用8mm平行板,评价不同种类沥青的低温流变性能,同时采用BBR试验进行比较。结果表明4mm DSR试验数据与BBR试验有较强线性相关性,且试验结果离散性更小,可以作为低温性能评价的补充试验。试验结果说明,30#沥青低温性能有限,而50#沥青的低温流变性能与70#及SBS改性沥青接近。

基于灰关联的SBS改性沥青低温流变性能评价指标研究

针对目前SBS改性沥青低温流变性能评价指标不明确的问题,采用灰色关联分析方法,以弯曲蠕变劲度试验的蠕变劲度S、蠕变速率m、低温连续分级温度T C、ΔT C、m/S值、松弛时间λ、耗散能比W_(d)(t)/W_(s)(t)等SBS改性沥青低温流变性能评价指标作为比较序列,以沥青混合料低温弯曲试验的最大弯拉应变εB作为参考序列,研究聚合物改性沥青的低温黏弹特性评价指标。结果表明,采用单一考虑低温变形能力或应力松弛能力的评价指标评价聚合物改性沥青的低温性能存在一定矛盾,须采用综合考虑模量与松弛能力的指标评价SBS改性沥青的低温黏弹特性;采用单一蠕变速率或蠕变劲度评价指标出现矛盾时,优先采用蠕变速率m进行评价;建议用流变学手段评价SBS改性沥青的低温性能时优先选用蠕变速率m、低温连续分级温度T C和m/S值;利用ΔT C可以判别聚合物改性沥青的低温行为是由蠕变劲度S主导还是由蠕变速率m主导,研究中应引起重视。

钢渣粉性能表征及其对沥青胶浆低温流变性能影响研究

对比了钢渣粉和石灰石粉在元素分布和热稳定性,研究了钢渣粉和石灰石矿粉对沥青胶浆低温流变性能的影响。结果表明钢渣粉元素分布较石灰石粉更加丰富,钢渣粉胶浆在低温下表现出更为优异的流变性能。

盐冻循环条件下改性沥青的细观结构及低温流变性能

冬季由于低温路面经常会被冰雪覆盖,融雪盐是对路面进行融雪化冰的主要方式之一。为了研究盐冻循环前后的基质沥青、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)改性沥青和胶粉改性沥青的细观结构和低温流变性能变化,利用SEM和弯曲梁流变仪(BBR)对其测试。结果表明:改性剂以特定的结构形态存在于沥青中,二者具有良好的相容性,这种形态可以更好地吸附沥青,提高沥青的低温弹性或韧性,进而改善了沥青的低温性能。盐冻循环破坏了沥青的结构,影响了沥青的低温抗裂性能。经历盐冻循环后沥青的蠕变劲度模量增大、蠕变速率减小,低温抗裂和应力松弛能力降低,但改性沥青低温性能总体上优于基质沥青。因此建议北方等寒冷地区尽量选用改性沥青作为路面材料。

采用降凝剂改善多蜡原油低温流变性研究

进行了多蜡原油添加降凝剂处理的实验研究。探讨了降凝剂的应用条件,考察了处理温度、冷却速度、再次加热、高速剪切、生油掺合、降凝剂注入量等因素对降凝改性效果的影响。得到的主要结论有:①加降凝剂时的处理温度有一最佳值;②在析蜡点以上10℃再次加热对流变性影响甚微,降凝改性后的原油在温度回升时出现性能恶化区;③流变性的改善随降凝剂注入量的增大而趋于一极限值。

基于老化程度的SBS复合改性沥青低温流变性能分析

为研究温度与老化程度对SBS复合红油增塑剂及C9石油树脂改性沥青低温流变性能的影响,采用弯曲梁流变试验(BBR)对3种老化程度条件下的SBS复合改性沥青低温流变性能进行研究,并与基质沥青和SBS改性沥青进行对比分析。研究表明,掺加增塑剂的SBS改性沥青低温性能优于其他沥青,但随温度下降及老化程度加深增塑剂对其改性沥青低温性能改善作用明显下降;掺加石油树脂的SBS改性沥青低温性能最差,但可以改善其改性沥青抗老化性能。通过松弛弹性模量主曲线方法分析可知,老化程度是影响沥青应力松弛能力的主要因素,因此建议通过减缓沥青老化程度的方法来延长其使用寿命。

新型温敏共聚物P(NVCL-co-DMAM)的研制及其对水基钻井液低温流变性调控

温度敏感型聚合物可以随温度变化而改变分子构象,随之改变其亲疏水特性,从而对钻井液内固相颗粒与聚合物之间的网状结构做出调整。采用温敏单元N-乙烯基己内酰胺(NVCL)和N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)为原料,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,合成一种新型温敏共聚物P(NVCL-co-DMAM),表征其分子结构与分子质量及其分布,并研究矿化度、pH值和共聚物质量分数对其低临界溶解温度(LCST)的影响。利用共聚物的温敏特性,研究其对水基钻井液低温流变性的调控能力。结果表明:P(NVCL-co-DMAM)可在4~60℃对深水水基钻井液的流变性进行有效调控,同时该聚合物具有较强的耐温、抗盐能力,可经受钻井液的温度交替变化。

LDPE/EVA复合改性沥青的流变性能

为探究掺入低密度聚乙烯(LDPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)2种聚合物的复合改性沥青的流变性能,选用掺量为0%、2%、4%的LDPE和掺量为0%、2%、4%、6%、8%的EVA进行复配,制备了14种复合改性沥青.通过流变性能试验、离析试验、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等,分析了复合改性沥青的高低温性能及储存稳定性能.结果表明:复合改性沥青的车辙因子和失效温度均较基质沥青有所增大,且当EVA掺量大于4%时,其高温指标高于SBS改性沥青,LDPE与EVA均可大幅改善沥青的高温性能;2种聚合物的掺入对沥青的低温性能改善效果不明显;EVA的掺入能在一定程度上改善复合改性沥青的储存稳定性;LDPE、EVA与沥青之间未发生明显的化学反应.

橡胶改性沥青流变性能及存储稳定性研究

采用动态剪切流变仪、弯曲梁流变仪对国创90号,SK 90号和Shell 90号3种基质沥青制备的橡胶改性沥青的常规技术性能、高低温流变性能、抗老化性能和存储稳定性进行研究。结果表明,SK 90号橡胶改性沥青的常规技术性能优于其他两种橡胶改性沥青。64℃时SK 90号橡胶改性沥青的高温抗变形性能最优,但其对温度的敏感性更大,随着温度继续升高,其高温性能劣于国创90号橡胶改性沥青和Shell 90号橡胶改性沥青。国创90号、SK 90号和Shell 90号橡胶改性沥青的高温分级分别为76,82和82℃,而低温分级均为-28℃。但劲度模量和蠕变速率的变化趋势表明,低温抗裂能力由强到弱依次为SK 90号橡胶改性沥青、Shell 90号橡胶改性沥青和国创90号橡胶改性沥青。3种橡胶改性沥青在0~12h内为离析程度最大的时间段;且以SK 90号橡胶改性沥青的热存储稳定性最优。

PCBs粉末改性沥青流变性能及相容性

采用了动态剪切流变仪的温度扫描和频率扫描方法、低温弯曲蠕变劲度试验、离析试验等方法对废旧印刷线路板粉末(Printed circuit boards,PCBs)掺量为0%、6%、12%、18%的沥青试样的高低温流变性能及相容性进行了研究,结果表明:随着PCBs粉末掺量的增加,沥青的复数模量G*有明显增大,相位角小幅降低,车辙因子G*/sinδ得到了提高,60℃零剪切粘度明显提高,高温流变性能得到显著增强;劲度模量S值在增大,蠕变速率m值在减小,沥青的低温抗裂性能变差;PCBs粉末与基质沥青的相容性在逐渐变差,其中6%的最好,12%的次之,并且与6%的接近,18%的最差.

纳米ZnO-SBR硫化复合改性沥青流变性能研究

针对冷热交替型天气,应用复合丁苯橡胶(SBR)与纳米ZnO对沥青进行改性,并在此基础上对改性沥青加以硫化,以减少极端天气导致的路面损害,达到延长沥青路面使用寿命的目的。掺入不同比例的SBR改性剂和纳米ZnO,按照与SBR质量比1%的标准加入DTDM进行硫化,借助三大指标试验等试验,协同综合表征沥青性能的改进效果。研究发现:改性沥青高温和低温性能均有增强,当SBR与纳米级ZnO掺量均为4%时,沥青综合性能在比照组中最为合理。

用于冻土区天然气水合物钻探的聚合物钻井液低温流变响应

陆域天然气水合物(以下简称水合物)主要赋存于高原冻土区,为保证顺利钻探,要求钻井液既能够有效抑制水合物分解、维持其相态平衡,又能在低温环境下具有良好的流变性能。为此,以新研制的低失水抗低温聚合物钻井液配方为研究对象,对其在低温条件下的流变性能进行了测试,并利用回归分析法和最小二乘法对试验数据进行计算与分析。结果表明:①赫谢尔—巴尔克莱模式是描述该钻井液体系低温流变性能的最佳模式;②应用该模式计算得到了低温条件下钻井液流变性能参数,其变化规律表现出随着温度降低,钻井液动切力呈近似波动变化,钻井液的稠度系数和流性指数均大致呈线性增长的趋势,但增长幅度较小。结论认为:所建立的钻井液表观黏度低温响应数学模型拟合精度高,可准确预测井内钻井液在低温下的流变性能。

复杂气候条件下胶粉改性沥青的低温性能

我国北方地区夏季高温炎热,冬季寒冷冰冻。沥青路面在施工和使用的过程中,高温易导致老化,低温易发生冻融循环,都会对沥青的性能产生影响。本研究分别对基质沥青和胶粉改性沥青进行短期、长期热老化试验和盐冻循环试验,并对环境影响后的基质沥青和胶粉改性沥青进行弯曲梁流变试验(Bending beam rheometer,BBR),通过弯曲蠕变劲度S和蠕变速率m对比其低温性能的变化规律。同时对不同环境影响后的两种沥青进行原子力显微镜(AFM)观测,比较两种沥青微细观结构的变化情况。结果表明:基质沥青和胶粉改性沥青的低温抗裂性能和抗变形能力受热老化影响严重,季节性冰冻区沥青路面铺设和使用时要注意热老化的控制和预防,从而保证道路的使用寿命;与基质沥青相比,胶粉改性沥青盐冻循环和热老化后的抗变形能力和低温柔性得到改善,其更适合北方寒冷地区使用。

两性离子聚合物钻井液低温流变特性研究

两性离子聚合物钻井液在高原冻土钻探的成功应用对于实现钻井液的低温流变调控意义重大。以HT为主处理剂的两性离子聚合物钻井液作为研究对象,对钻井液在低温条件下的流变性能进行了测试。利用多元回归分析和最小二乘法对试验数据进行统计学分析。结果表明,宾汉模式可作为描述该两性离子聚合物钻井液低温流变特性的优选模式。基于此,计算出该钻井液配方在不同温度下的流变参数,以探究钻井液流变性能随温度降低的变化规律;并就该钻井液的低温流变特征进行了评价。进一步采用傅里叶红外光谱试验和扫描电镜试验就该两性离子聚合物对钻井液低温流变调控机理进行了探讨。

无固相/低固相聚合物钻井液低温流变特性

研究低温条件对钻井液流变性的影响,对保证在冻土地区天然气水合物钻探安全顺利的开展有着重要的意义。通过对实验室研制出的无固相聚合物钻井液与低固相聚合物钻井液流变性进行对比研究,分析两种不同类型的钻井液低温流变性的变化规律。采用赫-巴模式中的参数对无固相与低固相聚合物钻井液的流变性能进行分析比较。对无固相聚合物钻井液与低固相聚合物钻井液建立了预测黏度与温度关系的数学模型。实测数据验证表明,数学模型拟合度高,可在现场根据不同类型的钻井液采用不同的模型进行分析研究。最后采用扫描电镜对两种体系钻井液的低温流变性进行了微观机理分析。

POE/SBS复合改性沥青高低温流变及疲劳性能研究

为解决苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青热氧和光氧老化的问题,本研究以聚烯烃弹性体(Polyolefin elastomer,POE)为改性剂,分别加入2%、3%、4%和5%的掺量对SBS改性沥青进行复合改性,以研发一种新型高性能POE/SBS沥青。通过采用布氏黏度试验(Rotation Viscosity,RV)、频率扫描(Frequency sweep,FS)和温度扫描(Temperature sweep,TeS)、多应力蠕变恢复试验(Multiple Stress Creep Recovery test,MSCR)、线性振幅扫描试验(Linear Amplitude Sweep,LAS)和低温弯曲梁流变试验(Bending Beam Rheological test,BBR),对POE/SBS复合改性沥青老化前后流变性能进行对比分析。研究结果表明,POE的掺入可显著提升SBS沥青高温抗变形能力、弹性恢复性能,但却对低温和疲劳性能有轻微不利作用。综合沥青胶结料各性能要求,POE/SBS复合改性沥青的最佳配比为4%SBS+3%POE+0.1%硫磺。