TPU/Nano-ZnO复合改性沥青的性能研究及微观机制

为促进聚合物/纳米改性沥青在耐久性路面中的应用,在实验室将不同掺量的聚氨酯及纳米氧化锌添加到A-70#基质沥青中制备了复合改性沥青。采用传统物理性能试验、动态剪切流变试验(DSR)、弯曲梁流变试验(BBR)研究了其物理性能与流变特性,基于响应面法的优化设计来明确两种改性剂的最佳掺量。借助傅里叶红外光谱试验(FTIR)对其微观改性机理进行探讨。采用高压紫外汞灯环境箱对改性沥青进行不同时间的紫外老化,分析其抗紫外老化能力,并基于主成分分析法评价了老化性能测试指标的显著性。结果表明:聚氨酯与纳米氧化锌的共同作用提高了基质沥青的高温稳定性及低温抗裂性,两种改性剂的最佳掺量分别为5%、3%。根据FTIR结果,复合改性沥青的改性过程既存在物理共混,又有化学加成反应。聚氨酯及纳米氧化锌的加入在基质沥青紫外老化过程中能够抑制羰基、亚砜基等极性基团的生成,复数剪切模量、羰基指数、劲度模量及亚砜基指数对沥青紫外老化性能的影响最为显著。

聚氨酯/纳米ZnO复合改性沥青及其混合料性能研究

为提升沥青路面的路用性能,选用聚氨酯、纳米ZnO和基质沥青制备聚氨酯/纳米ZnO复合改性沥青。以针入度、软化点、延度和135℃运动黏度为评价指标,研究改性剂对沥青性能的影响,采用软化点差值评价储存稳定性,并制备3种复合改性沥青AC-13C混合料进行车辙试验、小梁弯曲试验和浸水马歇尔试验,研究改性沥青混合料的性能。结果表明,聚氨酯和纳米ZnO的掺入能显著改善基质沥青的高低温性能,且储存稳定性符合规范要求。复合改性沥青混合料能够满足沥青路面的路用性能,5%聚氨酯复配3%纳米ZnO掺量的改性沥青混合料改善高温性能和水稳性能效果最好,与基质沥青混合料相比其动稳定度提高了2.32倍,残留稳定度上升了9.0%,最大弯拉应变(-10℃)提升了8.3%。综合考虑路用性能改善效果,推荐选用5%聚氨酯复配3%纳米ZnO为复合改性沥青及其混合料的最佳掺量。

介孔硅-玄武岩纤维复合改性沥青混合料路用性能试验研究

基于介孔硅和玄武岩纤维的自身特点,文章研究复合改性沥青混合料高低温和水稳定性等特性,用于评价这两种材料复合改性沥青混合料的路用性能以及应用于道路工程的可行性。结果显示:介孔硅和玄武岩纤维均能够改良沥青混合料的高低温性能,其中介孔硅的作用更为突出,而玄武岩纤维则不利于沥青混合料的水稳定性能,但加入介孔硅后水稳定性有一定的改善提升作用;综合复合改性沥青混合料的各方面性能,通过介孔硅-玄武岩纤维复合改性后的沥青混合料具有优异的高温稳定、低温抗裂和耐水损伤等路用性能,满足路用标准。

基于综合指数法的胶粉/SBS复合改性沥青性能评价

为了实现废旧轮胎的资源化利用、将废旧轮胎回收粉碎后用于公路工程的建设,制备了不同胶粉活化度的高掺量双螺杆挤出法(twin-screw extrusion process,TSEP)活化胶粉/SBS复合改性沥青试样,对其常规性能进行测试,采用动态剪切流变仪(dynamic shear rheometer,DSR)对复合改性沥青进行高温温度扫描、多应力蠕变恢复(multi-stress creep recovery,MSCR)试验及线性振幅扫描(linear amplitude scanning,LAS)试验,探究胶粉活化度和掺量对复合改性沥青高温流变特性、高温抗车辙性能及中温抗疲劳性能的影响,同时采用综合指数法综合评价高掺量TSEP活化胶粉复配SBS改性沥青性能。结果表明:高掺量TSEP活化胶粉复配SBS改性沥青的常规指标均得到改善,尤其是ERP-B/SBSCMA黏度最低,相较于其他5种改性沥青具有更好的施工和易性;随胶粉活化度的提高,其复合改性沥青的高温抗车辙性能有所下降。33%胶粉掺量的ERP-B/SBSCMA的高温性能优于20%胶粉掺量的ERP-B/SBSCMA-20;随着温度的升高,车辙因子提高了9%~40%;抗疲劳性能也有所提高。ERP-B的活化程度适中,其复合SBS改性沥青具有良好的常规性能、高温抗变形性能及中温抗疲劳性能。

BMH型温拌剂对废塑/SBS复合改性沥青疲劳性能的影响

借助动态剪切流变仪(DSR)温度扫描试验、时间扫描试验、线性振幅扫描试验以及红外试验对废塑/热塑性丁苯橡胶(SBS)复合改性沥青的抗疲劳性能进行了分析。结果显示:路陆邦(BMH)型温拌剂可以降低废塑/SBS改性沥青的疲劳因子,降低耗散能,提高抗疲劳性能,且以1.2%(质量分数,下同)的掺量表现最佳。归一化动态模量衰减至初始模量50%的指标值(N_(f50))和刚度比(S)×循环加载次数(N)均可以用来表征温拌废塑/SBS复合改性沥青的疲劳寿命,通过S×N指标来表征的疲劳寿命总体上低于N_(f50),1.2%掺量改善抗疲劳性能最优,1.4%掺量改善效果不升反降。BMH型温拌剂对于老化后沥青试样疲劳性能的改善效果更明显;无论是老化还是未老化的沥青试样,温拌剂的改善效果在高应变水平环境中更为突出;抗疲劳性能以1.2%掺量BMH型温拌剂样品最优。BMH型温拌剂能够通过降低羰基及亚砜基含量来提高沥青抗疲劳性能,对老化后的沥青提升效果更明显,这与线性振幅扫描试验结果一致。

高掺量胶粉-SBS复合改性沥青的高温流变性能

为了研究高掺量胶粉-SBS复合改性对基质沥青高温流变性能的影响,以高掺量胶粉-SBS复合改性沥青为主要研究对象,首先通过三大指标和布氏旋转黏度研究了高掺量胶粉-SBS复合改性沥青性能随胶粉掺量变化而变化的趋势;然后设计了6种试验方案,采用动态剪切流变仪探究了6种沥青的高温流变性能,并进行了比较详细的对比性研究。结果表明:高掺量胶粉-SBS复合改性沥青的高低温性能随着胶粉掺量的增加而增大,在胶粉掺量为42%时,可以同时满足良好的性能与施工要求;在高温流变性能试验中,与单一改性沥青相比,复合改性沥青的复数剪切模量(G*)、车辙因子(G*/sin(δ))、蠕变恢复率(R)得到明显提高,相位角(δ)和不可恢复蠕变柔量(Jnr)有一定程度的降低,具有更强的弹性性能、高温抗车辙能力、变形恢复能力和抗变形能力;随着胶粉掺量从21%增加到42%,胶粉-SBS复合改性沥青的弹性成分随之增多,变形恢复能力与抗变形能力更强,高温流变性能更好。

球磨GNPs/SiO_(2)复合改性沥青流变性能和疲劳特性研究

【目的】研究石墨烯纳米片(GNPs)和SiO_(2)复合改性沥青的流变性能和疲劳特性。【方法】本文以机械球磨法制备GNPs和SiO_(2)复合改性剂为核心,选取不同掺量的球磨GNPs/SiO_(2)复合改性剂,通过多应力蠕变恢复(multiple stress creep recovery,MSCR)试验、温度扫描试验、频率扫描试验和线性振幅扫描试验,分析球磨GNPs/SiO_(2)复合改性沥青的高温流变特性和疲劳特性,揭示球磨GNPs/SiO_(2)复合改性机理。【结果】球磨GNPs/SiO_(2)复合改性剂的加入,可使高应力水平重复荷载作用下的改性沥青抗变形能力得到明显改善。当复合改性剂掺量达到9‰时,球磨GNPs/SiO_(2)复合改性沥青的抗变形能力显著提高。在低应变水平下,球磨GNPs/SiO_(2)复合改性剂的添加有利于提高沥青的抗疲劳性能。【结论】球磨GNPs/SiO_(2)复合改性沥青相较于单一改性沥青在高应力水平重复荷载作用下的抗变形能力和低应变水平下的抗疲劳性能更优。

废旧胶粉/SBS复合改性沥青高温抗车辙性能研究

为提升沥青结合料的高温抗车辙性能,本研究使用CR和SBS两种聚合物对基质沥青进行复合改性。首先,基于常规的沥青性能试验(针入度、软化点和延度试验),对不同掺量下的CR和SBS单一聚合物改性沥青进行高-低温性能研究;继而,利用常规性能试验研究CR掺量对废旧胶粉/SBS复合改性沥青性能的影响,其中SBS掺量固定为2%,仅改变复合改性沥青中CR的掺量;最后,基于动态流动剪切仪(Dynamic Shear Rheometer,DSR)对废旧胶粉/SBS复合改性沥青进行多应力蠕变松弛(Multiple Stress Creep and Recovery,MSCR)试验,利用不可恢复蠕变柔量(Jnr)和应变恢复率(R)两个指标进一步研究废旧胶粉/SBS复合改性沥青高温抗车辙性能。结果表明,2%SBS和12%CR复合改性沥青的抗车辙性能优异,甚至优于SBS掺量为4.5%的SBS改性沥青。

橡塑复合改性沥青的研发及在碎石封层中的应用

以基质沥青为主要原料,废旧轮胎橡胶粉和SBS为改性剂,糠醛抽出油、硫磺为添加剂,采用直接投入法生产橡塑复合改性沥青。对橡塑复合改性沥青的针入度、软化点、延度、弹性恢复和粘度性能进行分析,确定其最优生产配方和制备方法。将生产出的符合要求的橡塑复合改性沥青应用于沥青路面碎石封层中,总结出橡塑复合改性沥青碎石封层的施工工艺、施工参数及路用性能。应用实践表明:橡塑复合改性沥青不仅可改善沥青路用性能,降低养护成本,延长沥青路面预防性养护寿命,同时可提高废旧橡胶材料的利用效率,符合绿色环保,资源节约的要求。

SBS/胶粉复合改性沥青共混改善及其性能提升技术

为提高SBS/胶粉复合改性沥青的储存稳定性,对其共混工艺进行了改善。分别采用不同掺量的胶粉和SBS对基质沥青进行改性,得到胶粉改性沥青母液和SBS改性沥青母液,通过将这2种母液混合制备得到共混SBS/胶粉复合改性沥青,通过与传统SBS/胶粉复合改性沥青进行对比,研究了共混改善工艺对其物理性能、流变性能和疲劳性能的影响。结果表明:共混改善工艺显著提升了SBS/胶粉复合改性沥青的综合性能,当共混时间为30 min时,提升效果最佳;当胶粉掺量为20%时,共混SBS/胶粉复合改性沥青的储存稳定性提升约30%、低温松弛性能提升约14.6%、疲劳寿命提升约23.7%,而高温蠕变性能几乎不变;综合共混SBS/胶粉复合改性沥青的软化点变化趋势,在30 min的共混时间下,胶粉的最优掺量为20%。

物理硬化下橡胶复合改性沥青低温抗裂性能研究

由于研究寒冷地区橡胶复合改性沥青(CRMA)材料物理硬化前、后低温抗裂性能的变化规律对提升寒区公路工程质量具有重要意义,所以采用单边切口弯曲梁(SENB)试验研究了物理硬化作用对CRMA低温抗裂性能的影响机制,即试验前将沥青小梁试样分别在-12、-18、-24℃的无水乙醇溶液中恒温1、12、24、36、48 h来模拟沥青不同程度的物理硬化。研究结果表明:改性沥青恒温24 h后低温抗裂性能下降速度逐渐平缓,物理硬化程度趋于饱和;改性沥青物理硬化程度随温度的降低呈正态分布,而不是温度越低,物理硬化程度就越严重;-18℃时,改性沥青的物理硬化程度最大;SBS改性沥青(SBSMA)的抗物理硬化能力优于CRMA,但物理硬化前后CRMA的低温抗裂性能均远优于SBSMA,更加适用于寒冷地区公路工程。因此推荐采用基于SENB试验恒温24 h后的断裂能指标来表征寒区改性沥青材料的低温抗裂性能。

岩沥青-胶粉复合改性沥青混合料黏弹特性研究

为研究岩沥青-胶粉复合改性沥青混合料的黏弹特性,采用沥青混合料性能试验机(asphalt mixture performance testing,AMPT)对不同岩沥青用量的复合改性沥青混合料在不同试验条件下的单轴动态压缩模量和相位角进行了测试,构建了动态模量主曲线,建立了动态模量预测模型。结果表明:当试验温度增大或加载频率降低时,岩沥青-胶粉复合改性沥青混合料的动态模量逐渐降低;随着岩沥青掺量的增加,AC-20复合改性沥青混合料抗车辙性能提高,疲劳性能降低;测定的复合改性沥青混合料20℃动态模量接近于14000 MPa,符合高模量沥青混合料的技术要求;经测试,所构建动态模量预测模型的预测精度可达83%。

PU-SBS复合改性沥青的制备及其性能研究

为提升沥青路用性能,文中制备了以聚氨酯(PU)复配SBS的复合改性沥青,对PU-SBS复合改性沥青进行了三大指标试验、软化点差值试验和动力黏度试验,并评价其基本性能,使用动态剪切流变试验(DSR)和低温弯曲梁流变试验(BBR)评价PU-SBS复合改性沥青在不同温度下的流变性能。结果表明,SBS和PU对针入度和软化点均有改善,PU对延度的改善显著,且适量的SBS对延度也有一定贡献,SBS可显著提高复合改性沥青的动力黏度,PU则对复合改性沥青的动力黏度值没有贡献,且两种改性剂与沥青均具有良好的相容性;SBS可显著改善沥青的高温性能,沥青的低温性能主要由PU贡献,PU复配SBS改性沥青高低温性优于单一改性剂,综合基本性能及高低温流变性能推荐改性剂最佳产量为3%SBS+20%PU。

橡胶复合改性沥青制备工艺优化及规模化应用

为总结橡胶复合改性沥青在河南省应用经验,促进橡胶复合改性沥青推广应用,从制备工艺、与SBS改性沥青性能对比、规模化应用效果测评三方面分析了橡胶复合改性沥青在河南省应用实践情况,结果表明:橡胶粉在双螺杆挤出机中机械剪切速率建议为88~112 r/min,螺杆温区最高温度建议为270~290℃。脱硫橡胶粉和SBS复合改性沥青经4000r/min高速剪切和动态硫化处理后可保持良好储存稳定性。与常规SBS改性沥青相比,橡胶复合改性沥青常规路用性能和疲劳耐久性更优,疲劳性能提高20%~40%,老化后疲劳耐久性衰减程度较小。橡胶复合改性沥青已在河南省高速公路、国省道干线公路新建及大中修养护项目应用710.6km,在重载交通下运营4年后路面技术状况评价仍为“优”。橡胶复合改性沥青路面在河南省实际工程中应用状况较好,可进一步推广应用。

PPA/SBR复合改性沥青混合料性能研究

为提高多聚磷酸和SBR复合改性沥青材料抗老化和路用性能,保证公路路面稳定性延长使用寿命。本文采用AC-16级配类型,最佳油石比为5.0%制备试件,利用四点弯曲疲劳试验、低温弯曲测试、浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验,评价复合改性沥青混合料的抗疲劳性能、低温抗裂性以及水稳性。试验结果表明,PPA和SBR改性沥青材料复掺后显著提升沥青混合料抗疲劳性能和水稳定性,但PPA含量过高对混合料低温性能不利,结合工程实际,最终确定按照3.0%SBR+1.0%PPA制备复合改性沥青混合料性能最佳。

玄武岩纤维/多聚磷酸复合改性沥青性能研究

为同时提高基质沥青的高低温性能,制备玄武岩纤维/多聚磷酸复合改性沥青,通过三大指标测试其基本性能;借助动态剪切流变试验(DSR)研究高温性能;利用弯曲梁蠕变试验(BBR)研究低温抗裂性能。试验结果表明:PPA的加入使得沥青的高温性能得到明显提高,表现于针入度降低34.5%,软化点上升幅度为34.1%,车辙因子升高,相位角降低,但对低温性能也产生较大的不良影响;玄武岩纤维的加入,使得由PPA产生对低温性能的消极影响得到大幅度改善,相较于PPA改性沥青延度增加181.3%,蠕变劲度减小,蠕变速率m增大。因此,玄武岩纤维/多聚磷酸复合改性沥青既可以充分发挥出优异的高温稳定性,又可以提升其低温性能。

PE/纳米SiO_(2)复合改性沥青性能研究

为了实现塑料高效回收利用,促进道路建设行业低碳绿色发展。本研究采用2%,4%,6%聚乙烯(PE)和0.2%纳米SiO_(2)制备PE/SiO_(2)复合改性沥青,进行常规性能、储存稳定性、流变性能等试验,并与4%SBS改性沥青进行对比。结果表明:PE/SiO_(2)复合改性可改善沥青的高温性能,PE掺量越大,性能提高越明显。当PE掺量大于4%时,PE/SiO_(2)复合改性沥青高温性能优于4%SBS改性沥青。PE降低了沥青的不可恢复蠕变柔量,提高了蠕变恢复率,改善了沥青高温抗变形能力和弹性恢复能力。掺入0.2%纳米SiO_(2)后PE/SiO_(2)复合改性沥青的软化点差减小,一定程度上改善了PE改性沥青的储存稳定性。但是PE对沥青的低温性能有负面影响。

胶粉复合改性沥青的研制及工业化生产

以某公司加工的环烷基和中间基原油为原料,通过优化原油配比,采用常减压蒸馏工艺,通过控制减压蒸馏工艺条件,生产出符合技术标准要求且能够用于改性沥青的基质沥青原料。通过筛选与基质沥青配伍性好的胶粉、助剂添加比例及工艺条件优化,研制出符合技术规范要求的胶粉复合改性沥青并进行了工业试生产。对工业生产的产品检测及专业部门鉴定结果表明,胶粉复合改性沥青产品各项技术指标符合JT/T798-2019《路用废胎胶粉橡胶沥青》技术要求,成功实现了工业化生产和应用。

废胶粉及废塑料复合改性沥青路面混合料的路用性能探讨

废弃橡胶、塑料占用土地资源,带来环境污染,需设法实现回收利用。基于此,探讨了利用废胶粉、废旧塑料进行基质沥青复合改性的方法以及复合改性沥青混合料的高低温性能。通过马歇尔试验、车辙试验、低温劈裂试验分析了不同掺量的废胶粉和废塑料对改性沥青混合料的影响。结果表明,废胶粉、废塑料均可提高改性沥青的高温稳定性,但要综合考虑其对低温抗裂性的影响。经过优化,确定15%WTR+4%EVA为复合改性沥青的最佳掺量,旨在为废胶粉、废塑料的资源化利用提供有效途径,提高沥青路面施工质量。

SBS与胶粉复合改性沥青在改善路面高温性能中的应用

由于道路上车辆数量的增加,二手车轮胎的数量也呈指数级增长。将轮胎制成胶粉,加入沥青中,形成沥青橡胶作为沥青路面的一种沥青结合料,是利用废旧轮胎的有效途径。为了评价复合改性沥青材料的高温性能改善作用,选择了3种不同的沥青结合料和2种不同的混合料类型,并进行了相关试验。最后,从50~70℃胶粉和SBS(苯乙烯嵌段共聚物)复合改性沥青的还原率最小。研究表明,在高温季节,胶粉和SBS的复合改性沥青是沥青路面表面施工的最佳选择。本研究为沥青橡胶在道路建设领域提供了借鉴,也实现了废物的循环利用和环境保护。