一种适用于刚柔复合长寿命路面的低标号改性沥青及其制备方法

一种适用于刚柔复合长寿命路面的低标号改性沥青,各组分及其所占重量份数包括:基质沥青50~80份,天然沥青15~30份,陶瓷颗粒0.5~2份,聚烯烃类改性剂1~4份,天然岩纤维1~4份,天然植物纤维0.5~2份,聚合物纤维0.5~2份,稳定剂1.5~6份。本发明所述低标号改性沥青,可显著增强沥青面层的高温稳定性和黏性,同时能避免低标号沥青存在的低温抗裂性差的问题;将其应用于刚柔复合路面中,既能大幅提高沥青层的抗车辙能力。

沥青技术:脱碳创新

Kristina Smith考察了四种新产品和新工艺,包括由藻类生产的生物沥青,旨在降低沥青混合料的碳足迹。Aggregate Industries公司推出了一种名为“Foamix Eco”的冷拌沥青混合料,它结合了冷拌技术、含有生物成分的聚合物改性沥青(PMB)、由废料和再生沥青混合料(RAP)制成的集料。

玉米秸秆焦油制备生物沥青的性能研究

随着大规模高等级公路建设和养护维修工程的不断推进,沥青材料的需求量逐渐攀升。随着化石资源的消耗,寻找一种能够替代石油沥青的材料已成为道路工程领域的迫切需求。本文以玉米秸秆焦油为原料,对其进行树脂化处理,制备生物沥青。基于BOX-Behnken响应面分析,以树脂得率为评价指标,确定了树脂合成的最佳工艺条件为:酚醛摩尔比为0.8,反应时间为125 min,秸秆焦油添加量为10%。结果表明:随着树脂化产物的增加,生物沥青的针入度也随之增大,且均高于70#石油沥青。B-PF生物沥青延度随掺量增加呈先升高后降低趋势;但H-PF生物沥青延度随掺量的增大而减小。提高生物沥青掺量可使软化点降低。H-PF生物沥青在10%掺量下延度及软化点低于70#石油沥青,而掺量达到20%时,所制备的生物沥青的软化点和延度皆低于70#石油沥青。

生产100号道路沥青影响因素分析及应对措施

某公司溶剂脱沥青装置利用重油浆和脱油沥青调合法生产道路沥青。在装置进料性质发生改变后,调合100号道路沥青时经常出现产品不合格的情况,严重影响了脱油沥青和重油浆的生产后路,不利于装置的安全平稳生产。基于生产现状,深入分析了影响100号道路沥青调合的因素,包括重油浆小于350℃含量、脱油沥青软化点、重油浆和脱油沥青调合比例等。研究得出快速生产100号道路沥青的方法:在保证脱油沥青性质、进罐量稳定的基础上,按照“宁重勿轻”的原则进行一次调合;结合一次调合的针入度结果,按比例加入重油浆进行二次调合。该方法有效提高了100号道路沥青的产量,为同类装置利用调合法生产100号道路沥青提供了借鉴。

岩沥青胶粉复合改性高模量沥青性能研究

为改善沥青路面抗车辙性能,解决因交通量迅猛增长和重载化而导致的路面车辙病害问题,采用岩沥青、胶粉对沥青进行复合改性,制备高模量胶粉/岩沥青复合改性沥青。随后通过沥青三大指标、黏度、动态剪切流变试验等测试指标分析不同改性沥青的高低温性能特点,并采用抗老化性能试验和储存稳定性试验研究复合改性沥青的高温储存稳定性及抗老化性能的变化规律。利用荧光显微分析(FM)和红外光谱(FTIR)分析技术探明沥青的复合改性机理。结果表明:胶粉和岩沥青的掺入有效改善了沥青路用性能,且胶粉能够削弱岩沥青对沥青低温性能的劣化效果;岩沥青能够有效改善沥青的储存稳定性和抗老化性能。此外,胶粉和岩沥青颗粒使得复合改性沥青的弹性成分明显增加,弹性恢复能力得到提升。随着岩沥青的掺量增加,复合改性沥青的高温抗剪能力提升更加显著;但过量的岩沥青难以分布均匀,容易导致颗粒聚集。胶粉能够在沥青中产生溶胀形成局部的网络结构,岩沥青颗粒则能够分布在这些网络结构中,与沥青进行物理共混,从而提高了沥青的内聚力。确定岩沥青和胶粉的掺量分别为6%和20%。

不同纤维增韧环氧沥青混合料性能

为探究不同种类纤维(玄武岩纤维、玻璃纤维和聚酯纤维)对环氧沥青混合料抗开裂和耐疲劳性能的提升效果,在混合料配比设计的基础上,采用车辙试验、低温小梁试验、浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验等对其进行路用性能测试。通过冲击试验,探究纤维对环氧沥青混合料的三种增韧效果:在环氧沥青混合料中添加纤维可以不同程度提高其路用性能;低温性能再加入纤维后,提升效果较为明显;添加玄武岩纤维路用性能优于玻璃纤维和聚酯纤维。

道路沥青紫外老化及抗老化材料研究综述

道路沥青材料在使用过程中由于长期受到太阳光紫外辐射作用会产生紫外老化现象,并且这种现象在紫外辐射强度高的地区更明显。紫外老化会使沥青的物理特性和化学组成发生改变,从而导致沥青黏塑性上升、低温和疲劳性能下降、使用裂缝增加,进而劣化路面的耐久性、影响沥青路面的运营品质和服役寿命。为了防止和延缓紫外老化的产生和发展,可在道路沥青中添加抗老化材料以增强其抵御紫外老化能力,同时延长沥青路面的使用寿命并降低其性能的衰变速率。本文阐述了基于自由基和胶体理论的紫外老化机理;从处理方式、光源与辐射强度选择等方面介绍了室内模拟老化试验条件;总结了紫外老化对沥青物理和流变性能、组分构成、微观形貌、特征峰和官能团等宏微观特性的影响;归纳了现行抗老化材料的优缺点和使用情况。分析表明后期可在老化机理深度、试验方法标准化、室外老化监测、微观数值模拟、抗紫外老化剂针对性和抑制紫外老化措施等方面开展进一步研究。

复合生物油再生剂研发及其对长期老化沥青成分的影响

为了研发一种新型复合生物油再生剂,并探究其对长期老化沥青化学成分的再生作用,采用蓖麻油植物沥青(COA)与环氧大豆油(ESO)按照不同复配比例制备了复合生物油再生剂,确定了复合生物油中蓖麻油植物沥青与环氧大豆油的最优复配比例;基于红外光谱变化研究了蓖麻油植物沥青与环氧大豆油的原位动态化学反应机制,以及沥青再生前后的化学成分变化情况。结果表明,按照蓖麻油植物沥青和环氧大豆油质量比1∶3复配制得的复合生物油再生剂可以有效地将长期老化沥青的基本性能恢复至老化前水平。蓖麻油植物沥青和环氧大豆油发生了开环缩合反应,生成含脂肪族的聚合物,该反应在老化沥青再生过程中仍然可以持续地进行,并继续影响再生沥青的基本性能。在蓖麻油植物沥青和环氧大豆油的共同作用下,再生沥青中的亚砜基和羰基官能团含量减少。该研究提供了一种长期老化沥青的复合生物油再生剂,并揭示了其对长期老化沥青化学成分的影响及再生作用。

导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合研究

针对沥青路面因车辆荷载、温度荷载等带来的裂缝扩展问题,采用碳纳米管-碳纤维制备导电沥青混合料,进行电-热愈合试验,分析沥青混合料裂缝愈合前后的电阻率值、断裂能、极限承载力和微观结构,研究导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合水平。结果表明,碳纳米管掺量在0.5%,1.0%时可以显著提高沥青混合料的自愈合能力;导电沥青混合料的自愈合水平与愈合前、后电阻率比值存在Sine函数关系;在50℃、20 min环境下小梁试件的极限承载力和断裂应变能得到最大限度的恢复。

沥青铣刨料在国省干线公路路面改造及改扩建工程中的应用

依托山西省国省道路面改造工程,主要介绍旧路沥青铣刨料在泡沫沥青就地冷再生和特种改性乳化沥青厂拌冷再生工艺中的应用,旧路沥青铣刨料在常温状态下通过冷再生技术与新材料重新拌合,再经摊铺、压实等工序铺筑成性能优越的新结构层,实现了旧路材料的循环利用。通过系统的研究和对比分析,介绍了两种工艺的适用条件和工艺细节,阐述了工艺应用全过程,该工程经过三年运营期的验证,冷再生路面结构层整体稳定、性能优越、状况良好,具有显著的经济效益、环境效益和社会效益,为今后国省干线公路路面改造及改扩建工程中沥青铣刨料的应用提供参考。

基于加速加载试验的青川岩改沥青混合料疲劳性能研究

为评价青川岩改沥青混合料疲劳性能,该文设计了基于比例尺为1∶3的路面加速加载试验系统的动轮载三点弯曲加载疲劳试验装置,对双层沥青混合料复合车辙试件进行轮胎碾压下的三点弯曲重复加载疲劳试验,结合沥青混合料小梁试件MTS弯曲疲劳试验,评价青川岩改沥青及复合改性沥青等对沥青混合料疲劳性能的改善效果。结果表明:青川岩改沥青提高了沥青混合料承受重复弯拉荷载的能力,改善了沥青混合料的抗疲劳性能,其抗疲劳性能优于青川岩沥青与SBS复合改性沥青、SBS改性沥青和基质沥青;基于比例尺为1∶3的路面加速加载试验的动轮载三点弯曲重复加载疲劳试验,能更真实地模拟现场路面轮载作用,减少了小梁试件尺寸效应对疲劳寿命的影响,再现了轮载作用下路面结构的受力状况。

煤制油沥青改性制备包覆沥青及其表征分析

以煤制油沥青(coal to oil asphalt,CTOA)为原料,加入乙烯焦油沥青(ethylene tar pitch,ETP)进行改性,采用热聚合法制备出高品质的包覆沥青。在最佳热聚合工艺条件下制备出200^(#)包覆沥青;利用元素分析仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、热重分析仪等对包覆沥青的微观形貌、结构和组成进行分析。结果表明,相较于空气氧化法和催化交联聚合法,改性和热聚合所制备的200^(#)包覆沥青的QI和灰分质量分数显著降低,产品性能优异;微观结构和组成分析表明,包覆沥青分子具有较高的碳质量分数和芳香缩合度,分子中类石墨结构增多,碳微晶排列规整,热重分析结果进一步证实其热稳定性显著增强,可用作锂电负极包覆材料。

沥青温拌技术分类及温拌效果的试验评价方法

沥青温拌技术日益广泛应用于路面工程,为了定量评价温拌沥青混合料在拌和生产过程中的温拌效果,提供试验评价方法,本研究自主开发了一种沥青混合料变速拌和试验装置,采用70^(#)基质和SBS改性两种沥青、自主研发的一种表面活性剂型沥青温拌剂(取名为Alube)和一种有机降黏型沥青温拌剂(取名为ACMP),以市场成熟产品Evotherm为参照,分别制备了温拌沥青及其AC-13C型混合料,测试了不同沥青和温拌沥青的三大指标、布氏黏度和动态剪切流变指标,分析了沥青的黏温曲线特性,通过混合料的变温击实试验和变速拌和试验,研究了沥青混合料的压实特性和拌和流动特性,提出了沥青混合料的拌和流动模型。研究结果表明,有机降黏型温拌剂减小了沥青的黏度,增大了沥青的流动性,改变了沥青的技术性能,如针入度、延度、相位角等增大,软化点、布氏黏度等减小,而表面活性剂型温拌剂不改变沥青的基本技术性能;黏温曲线法仅可表征有机降黏型温拌沥青的温度变化,等黏温度降低约9℃,变温击实法和变速拌和法则可以同时表征两大类温拌剂的温拌效果;沥青混合料的拌和流动性服从宾汉黏塑性模型,从流变理论上解答了混合料的拌和流动性及和易性,推荐采用变速拌和试验来评价温拌沥青混合料的温拌效果;综合考察现有沥青温拌技术可知,在常用温拌剂掺量下,温拌沥青的生产拌和温度可比热拌沥青混合料低20~30℃,符合常规认识。

分子动力学模拟在沥青体系中的应用研究进展

随着计算机技术的飞速发展,分子模拟方法已被广泛应用于各个领域。本文总结了沥青分子模型、老化沥青模型、集料模型的构建方法以及基质沥青模型的验证方法。通过分子动力学(MD)模拟,探讨了沥青的性质与性能、沥青的扩散现象、改性剂对沥青的改性作用、沥青老化与再生以及沥青与集料的界面相互作用。MD模拟方法能够预测沥青材料的性能,包括基质沥青的力学性能、低温性能、抗老化性能、自愈合性能,基质沥青与改性剂的相容性以及沥青与集料界面的力学性能、黏附性等性能,架起了宏观和微观行为之间的桥梁,为MD模拟在沥青材料的广泛应用提供了指导。但MD模拟在沥青体系中还需要进一步完善,如初始模型的建立、力场的优化和模型验证等,目前分子动力学模拟只关注沥青材料与改性剂之间的物理作用,缺少对两者之间化学作用的研究。此外,分子动力学在沥青混合料中的应用目前只限于沥青与集料界面之间的研究。最后,对MD模拟在沥青体系中的未来发展方向进行了展望,在未来需要使用MD方法来研究沥青的高温流变性能、沥青与改性剂的界面模拟以及多种改性剂与沥青之间的相互作用。此外,还需要探究多种因素(如裂缝宽度、改性剂、温度和再生剂)共同作用下对沥青自愈合性能的影响,为了探究沥青与改性剂之间的化学相互作用,建议结合量子力学等其他模拟方法进行研究,在沥青混合料方面建议结合有限元等模拟方法来研究沥青混合料的性能。

不同老化方式下新旧沥青的扩散融合

分别制备了热氧老化沥青和热氧-紫外老化沥青,构建了新、旧沥青双层扩散模型,并且通过相对浓度与扩散系数的模拟计算、拉拔试验与荧光显微镜试验研究了新、旧沥青扩散融合程度与温度、沥青四组分的关系.结果表明:热氧-紫外老化沥青更不易与基质沥青扩散融合,与基质沥青的黏附性较差;在10~40℃内,新、旧沥青能够快速扩散融合,超过40℃后,升高温度对扩散融合的促进作用逐渐减小,且对热氧-紫外老化沥青与基质沥青的扩散融合促进作用的减小速率更大;沥青四组分扩散系数的大小顺序依次为:饱和分>芳香分≥胶质>沥青质,经紫外老化后,四组分的扩散系数均有所下降,沥青质的降幅最大.

鄂尔多斯盆地寒武系储层沥青地质特征及来源分析

本文通过对储层沥青的分布、含量、岩石学特征、成熟度、元素组成、生物标志物、同位素等的研究,剖析了鄂尔多斯盆地寒武系储层沥青的地质特征及来源。结果表明,寒武系储层沥青富集程度较高,多呈条带状和环状,赋存于微裂缝、粒间和溶蚀孔隙中。具有清晰的边界,高热演化程度(等效镜质组反射率值为1.35%~3.48%),高C原子组成的地质特征,为热裂解的焦沥青成因。寒武系储层沥青具有明显C_(27)规则甾烷优势、C_(23)三环萜烷及植烷优势的特征,表明其形成于还原环境,来源于低等藻类。较高三环萜烷/藿烷和较低藿烷/甾烷比值,表明其为海相成因。寒武系储层沥青中较高三芳甲藻甾烷参数(三芳甲藻甾烷/(C_(30)3-甲基-24-乙基三芳甾烷+三芳甲藻甾烷))和(C_(26)+C_(27))/C_(28)三芳甾烷比值,与东坡组烃源岩分布特征最为相似。此外,有机碳同位素和相似Rb/Sr、Zn/Co和Cu/Sr分布特征,进一步证实了盆地南缘和东缘寒武系储层沥青主要来源于东坡组烃源岩,即东坡组海相烃源岩生成的油气已经在鄂尔多斯盆地南缘和东缘运聚并成藏,寒武系原生油气藏的勘探潜力在鄂尔多斯盆地南部较大,不容忽视。

温拌SBS改性再生沥青混合料的路用性能研究

为研究再生SBS改性沥青混合料(RAP)掺量和温拌剂种类对温拌SBS改性再生沥青混合料的路用性能的影响,通过车辙试验、小梁弯曲试验和冻融劈裂试验分析了在RAP掺量为0,10%,30%,50%,Sasobit温拌剂掺量为3.0%和Evotherm温拌剂掺量为2.0%的温拌SBS改性再生沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能和水稳性能,并通过灰色关联度分析RAP掺量对两种温拌再生沥青混合料路用性能的影响。结果表明,RAP的掺入可以极大地改善温拌再生沥青混合料的高温性能,但不利于其低温抗裂性能和水稳定性能。不同RAP掺量的沥青混合料对各项路用性能影响程度大小排序均为:水稳定性能<低温抗裂性能<高温稳定性能。在RAP掺量为30%时,掺入Evotherm温拌剂的再生沥青混合料的高温性能、低温抗裂性能、水稳定性能优于掺入Sasobit温拌剂的再生沥青混合料。

矿粉微观特征及其与沥青胶浆流变性能的灰度分析

为探究矿粉的物理特征及微观结构,深入研究胶浆流变性能及矿粉对胶浆性能的影响,分析了不同类型矿粉的物理特性、化学组成及微观结构,采用不同类型矿粉及不同0.075 mm筛孔通过率矿粉制备不同掺量的沥青胶浆,利用动态剪切流变与弯曲梁流变试验对不同矿粉沥青胶浆的高低温流变性能的影响规律进行分析,借助灰色关联分析法分别探究矿粉的物理参数、微观结构参数与沥青胶浆高温、低温性能之间的关联性。试验结果表明:5种矿粉的微小孔隙数量较少,R3与R4矿粉的孔隙多为狭长型,R1、R2、R5矿粉的孔隙多是颗粒堆积形成的;随矿粉掺量的增加,沥青胶浆的整体高温性能和抗流动能力越好,而低温性能先减弱后增强;将比表面积等指标作为比较数列,相位角等指标作为参考数列,利用灰色关联分析法确定氧化物含量对高温性能影响最大,矿粉比表面积影响最小;低温条件下,矿粉粒度对蠕变劲度影响最大,平均孔径对蠕变劲度变化率影响最大。对矿粉指标的控制及其高低温特性变化的研究结果可为实际工程应用提供参考。

寒区低温环境下泡沫沥青冷再生混合料性能研究

我国西藏、青海等省区全年气候寒冷,平均气温低,昼夜温差和年温差大,冻融循环频繁,公路建设普遍面临着生态环境脆弱、建筑材料数量匮乏且质量较差等问题。针对上述寒区气候特点,采用5℃、10℃、22℃、40℃、60℃和110℃分别模拟低温、室温、中温和高温养生条件下泡沫沥青冷再生混合料现场养生条件,基于室内试验分析了寒区低温环境温度对泡沫沥青冷再生混合料力学性能、路用性能、耐久性能的劣化影响;进而基于数字图像处理技术和工业CT无损检测技术,探讨了养生温度对泡沫沥青冷再生混合料内部泡沫沥青分散性状及微细观空隙结构的影响规律。结果表明:随着养生温度升高,泡沫沥青冷再生混合料的单轴贯入强度、无侧限抗压强度、动态回弹模量等力学指标均呈指数函数关系增大;相较于标准养生条件,在低温条件下拌和、养生的泡沫沥青冷再生混合料,其高温稳定性、抗反射裂缝性能及抗疲劳性能下降明显,并且环境温度越低,泡沫沥青冷再生混合料的综合路用性能降低幅值越大。升高养生温度后,泡沫沥青在破坏试件界面的分散面积增大,微细观空隙直径减小,并且微细观空隙结构中体积小于0.05 mm3的空隙占比增大。养生温度对泡沫沥青冷再生混合料的作用机理主要在于提高养生温度对泡沫沥青分散性状的促增作用和微细观空隙结构的细化作用。建议在泡沫沥青冷再生路面施工期间加强施工和养生期间的温度控制,并且结合寒区施工季节温度调整室内配合比设计养生温度。本研究成果可为泡沫沥青冷再生技术在寒区的推广应用提供借鉴。

热诱导自愈合沥青混凝土研究综述:一种可持续路面材料

热诱导技术可以提高沥青混凝土的自愈合效率,改善路面的抗疲劳性能,延长其服役寿命并降低其全寿命周期成本,进而减少沥青混凝土生产和使用所产生的环境足迹(特别是碳足迹)。基于此,对沥青混凝土的电磁感应、微波和射线热诱导自愈合性能及其机理研究进行综述,并对沥青混凝土热诱导自愈合面临的主要难题和应用前景进行概述,以期为发展低碳及可持续路面提供支持。综述分析表明,调控并利用沥青混凝土的温度敏感性,分阶段实现裂缝界面沥青的流动与扩散是实现热诱导自愈合的关键;纤维状功能填料可使沥青混凝土在短时间产生高的热诱导自愈合效率,粒料类功能填料在长时加热后可赋予沥青混凝土高效自愈合性能;高导电和导热性功能填料对于电磁感应热诱导自愈合是不可缺少的;微波热诱导对沥青混凝土中的矿料进行加热,加入高导热和吸波性能功能填料均可改善其微波吸收能力,从而提高加热及自愈合效率;射线热诱导自愈合冷却过程快,不利于发挥降温过程的自愈合效果。在满足行车舒适性和安全性的前提下,低成本、低碳、高效以及操作安全是热诱导的应用基础,基于热诱导技术开发出智能、可自动响应、可持续的沥青混凝土是未来的发展方向。