基于傅里叶变换红外光谱的集料指纹识别技术研究

集料的种类和性质关系密切,而且对水泥混凝土和沥青混合料的性质影响很大。如何快速地对集料分类、为集料的质量监测和保证集料来源提供可靠依据十分重要。研究目的是探索一种集料指纹识别的快速检测新技术,为此,首先对道路中常用的3种集料石灰岩、玄武岩、花岗岩,每种选择3个不同的产地进行红外光谱测试。根据红外光谱上的信息运用统计分析软件(SPSS)进行主成分、聚类分析、线性判别分析。研究结果表明,通过主成分及聚类分析,产地相同的集料可以很好的聚集在一起,线性判别分析对识别效果较好,交叉验证准确率均为96.7%以上。

α-烯烃共聚物提高沥青延度和抗剥离性能研究

采用传统自由基共聚方法,通过甲基丙烯酸十八烷基酯和丙烯酸丁酯共聚合反应,制备了甲基丙烯酸十八烷基酯-丙烯酸丁酯二元共聚物。该二元共聚物与沥青相容性好,极易溶解于沥青。二元共聚物改性沥青,延度有了极大提升,而软化点基本不变。当共聚物添加量在2%时,甲基丙烯酸十八烷基酯-丙烯酸丁酯(8∶2)共聚物使得改性沥青针入度与基质沥青相当。当共聚物添加量在4%~6%时,甲基丙烯酸十八烷基酯-丙烯酸丁酯(7∶3)共聚物使得改性沥青针入度与基质沥青相当。通过甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸自由基共聚合反应,制备了甲基丙烯酸十八酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸三元共聚物。三元共聚物改性沥青抗剥离性能有了显著提高。共聚物中丙烯酸单体的存在是造成改性沥青抗剥离性能提高的关键。三元共聚物掺量越大,改性沥青的抗剥离性能越好。

水泥混凝土路面板下地基模量合理取值方法的研究

本文基于弹性双层地基上的无限大薄板假设,在探索地基各层强度与水泥混凝土路面板弯沉曲线关系的基础上,结合室内资料的反算结果,提出了确定水泥混凝土路面板下基层和土基弹性模量的方法,利用现有试验路资料,得到了土基模量增长倍数的计算公式,最后提出了水泥混凝土路面下地基模量的取值方法。

多聚磷酸对不同沥青的改性及改性机理研究

研究了多聚磷酸(PPA)掺量(质量分数)对不同沥青(TZ-70和SK-90)物理性能和流变性能的影响,并通过化学组分分析和原子力显微镜(AFM)观察探讨了PPA掺加后沥青化学组分和胶体结构的变化.结果表明:随着PPA掺量的增加,沥青的软化点和黏度提高,延度和针入度降低,复数模量增大,相位角减小,车辙因子明显增加.与TZ-70相比,PPA对SK-90物理性能和流变性能的改善更为明显.PPA的加入提高了沥青的热稳定性.与SK-90相比,PPA对TZ-70热稳定性的改善更为明显.PPA的加入促进了沥青胶质向沥青质的转化,使得沥青中的分散相出现明显的缔合,从而提高了沥青的刚性,改善了沥青的物理性能和流变性能.

基于沥青微观形貌与流变性研究SBS改性对其老化的影响

通过考察沥青的纳米微观形貌和流变性变化,探讨了SBS改性剂对沥青老化性能影响的微观机理。用原子力显微镜(AFM)测定SBS改性前后2种沥青的3种老化状态[原状、旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)、RTFOT+压力容器老化(PAV)]的微观形貌变化。同时,利用旋转黏度计(RV)和动态剪切流变仪(DSR)测定了2种沥青在上述3种不同老化阶段的135℃旋转黏度、抗车辙因子和疲劳开裂因子。结果表明,加入SBS改性剂,在原状和RTFOT+PAV老化阶段,比相应的基质沥青增加了"蜂状结构"的"崎岖"程度,但在RTFOT老化阶段,"崎岖"程度则减轻;因老化而引起的"蜂状结构"数量的减少,与沥青黏度增加和抗车辙因子指标增大的趋势正相关;表征"蜂状结构"AFM因子中的面积差因子与沥青老化进程中旋转黏度和抗车辙因子指标呈现显著线性相关的关系。

温拌阻燃SMA沥青混合料性能与工程实践

为了探讨温拌阻燃SMA沥青混合料性能特点和工程适用性,利用一种阻燃剂和两种类型温拌剂,首先制备不同温拌阻燃SBS改性沥青,并对其各自性能特点进行研究;其次进行了温拌阻燃SMA沥青混合料设计以及性能研究;最后铺筑了温拌阻燃SMA沥青混合料试验段。研究结果表明,温拌剂和阻燃剂影响SBS改性沥青的技术指标,温拌阻燃SBS改性沥青SMA混合料的体积指标和水稳定性指标与热拌SBS改性沥青SMA混合料结果相近,但是车辙和低温弯曲试验结果有较大差异。在一定的降温幅度下,利用温拌阻燃SMA沥青混合料所铺筑路面离析严重,构造深度、摩擦系数和渗水等路面功用性能指标不满足要求,必须改进温拌阻燃SMA沥青混合料的设计方法与施工工艺。

橡胶粉对复合改性沥青多尺度性能的影响

为使废轮胎橡胶粉(CRM)和SBS复合改性沥青之间达到高粘效果,有必要探究CRM对沥青的改性作用。将CRM以0%、6%、8%、10%、12%、14%的比例掺入到基质沥青中,同时维持4.5%SBS的掺量不变来制备复合改性沥青。运用傅里叶红外光谱分析(FTIR)、原子力显微镜分析(AFM)等多尺度测试技术对其性能进行追踪测定。研究结果表明,CRM对复合改性沥青起单纯的物理改性作用,当CRM掺量为8%时达到高粘效果。此外,随着CRM掺量的增大,复合改性沥青的性能呈现“缓慢增长—快速增长—趋于平缓”三个阶段,在CRM掺量为8%和12%附近形成两个拐点。

全气候下紫外光对沥青混合料路用性能的影响

以AC-13改性沥青混合料为研究对象,采用全气候老化加速仪进行不同紫外光辐照强度下0~3000 h老化试验。对老化后的沥青混合料分别进行高温车辙、低温小梁弯曲、冻融劈裂及疲劳试验,对比分析沥青混合料老化前后路用性能的变化。结果表明:相同的热氧老化和湿度条件下,增大紫外光辐照强度,沥青混合料的高温稳定性呈先提高后降低,劲度模量提高,但低温抗裂性略有降低,水稳定性和疲劳性能降幅明显。

全气候老化条件下沥青的微宏观特性

沥青混合料在全气候条件下老化能更加正确模拟沥青路面中的沥青料实际老化规律。本研究将沥青混合料放入全气候老化加速仪中进行不同时间老化后,抽提其中的SBS改性沥青并进行原子力显微镜(AFM)试验及动态剪切流变(DSR)试验,分别探索老化后沥青的微观性能、宏观流变特性及其相关关系,为进一步研究沥青老化的机理与规律,建立一定的沥青老化模型及方程,科学预测老化后沥青性能的变化提供有效的依据。试验结果表明:(1)随着老化程度的加深,全气候老化后提取的SBS改性沥青微观形貌粗糙度变小,而微观粘附力及模量粗糙度增大,三者之间有着良好的线性关系;(2)老化程度的加深,其车辙因子增大,但随试验温度的上升,车辙因子减小。老化程度和试验温度对车辙因子的大小及其变化率都有影响;(3)全气候老化后提取的沥青微观形貌和粘附力粗糙度微观特性分别与宏观流变性有较好的线性关系,而微观模量特性与宏观流变性更接近于幂指数关系,其相关性程度取决于试验温度。

基于纳米形态的沥青老化微观机理探讨

采用原子力显微镜测试手段,借助Nano Scope Analysis和Origin图像分析软件,分析基质沥青和SBS改性沥青在原状、短期老化及长期老化状态下的微观结构特性。结果表明,基质沥青和SBS改性沥青表面"蜂状结构"中波峰(波谷)高度、波长、半峰宽等均有向该结构中点附近递增的趋势,并随老化程度的提高而增加。基质沥青老化程度越高,粗糙度越高,"蜂状结构"分布越不均匀,形态越不规则;SBS改性沥青短期老化后粗糙度增加,长期老化后下降。

原子力显微镜(AFM)在沥青表面微观结构上的应用

介绍了原子力显微镜(AFM)工作模式的发展进程及其在沥青表面微观结构上的应用,结果显示,在峰值力轻敲模式下,沥青表面的典型"蜂状结构"清晰可见,其表面结构能够被高质量的成像和指标化,测试数据的均方差很小,再现性高。原子力显微镜内置的四种分析功能,能够全面且精准的分析沥青表面微观结构的形貌和力学指标粗糙度。

基于AFM的沥青微观结构及微观力学性能研究综述

原子力显微镜(AFM)可以从纳米尺度观测沥青的微观结构和力学性能。沥青的微观组成和结构十分复杂,利用AFM观察沥青的微观结构并测定其微观力学性能,有助于更好地从宏观角度解释其物理化学性能的变化。主要综述近10 a来国内外基于AFM在沥青微观形貌及力学性能方面的研究成果,为后续开展更深入的沥青性能研究工作提供一定的借鉴意义。

WMA-T型温拌剂对沥青粘度的影响研究

主要采用掺WMA-T型温拌剂的两种沥青为研究对象,利用旋转粘度计测量两种沥青的粘度,通过改变转子转速,试验温度,进行沥青的粘度试验。

全气候沥青混合料中老化沥青的微观性能非线性模型

采用凝胶渗透色谱(GPC)和傅里叶红外光谱(FTIR)技术,分别从功能团和分子水平角度,探索了沥青混合料AC-13,SMA-13,SUP-13在全气候多因素综合加速老化条件下沥青的内在老化规律.阐述了沥青老化时的微观变化,同时建立了非线性模型.结果表明:建立的非线性模型可以很好地模拟沥青的老化速率和最终老化程度;随老化时间的增加,沥青中大粒径分子、中粒径分子和羰基含量变大,小粒径分子和丁二烯基含量变小;沥青混合料SMA-13的抗老化性能较SUP-13和AC-13更佳.

温度和时间对沥青混合料低场核磁共振测试结果的影响

低场核磁共振测试沥青混合料可以有效避免沥青混合料“抽提”试验中化学试剂对沥青的损伤。本研究主要探讨对沥青混合料进行低场核磁共振测试时,测试温度和保温时间对低场核磁共振测试结果的影响。测试了沥青混合料级配AC-10在七个不同温度下,以及三个不同保温时间下的H质子T2谱图,并对T2谱的峰形状、个数、主要峰起始弛豫时间、主要峰顶点弛豫时间、主要峰占比和归一化峰总面积等主要参数进行分析,探索测试温度和保温时间对T2谱的影响规律。试验结果表明,测试温度对沥青混合料的T2谱图有较大影响,选择低于软化点温度的60℃作为测试温度测得的H谱相关信息变化率最小,H质子状态最稳定;保温时间对测试结果影响不大,为提高效率可选择10 min作为测试的保温时间。

废轮胎橡胶粉对复合改性沥青老化的多尺度性能影响

为了研究废轮胎橡胶粉(CRM)对复合改性沥青老化的影响,本文对SBS掺量4.5%不变,改变CRM掺量为0、6%、10%和14%制备复合改性沥青。对旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)老化前后的沥青分别进行动态剪切流变分析,原子力显微分析和傅里叶红外光谱分析,多尺度分析CRM对复合改性沥青老化的影响。研究发现:CRM的掺入使得沥青蜂状结构变得细小、分散,老化后沥青表面变得粗糙,微观力学性能与宏观力学性能都有所增强;CRM增强了沥青的弹性性能和抗形变性能,增大黏附力和杨氏模量,使沥青整体粗糙,CRM对复合改性沥青的老化有一定的抑制作用,对于SBS老化过程中的分解没有影响;RTFOT前后,沥青抗车辙因子与R q和杨氏模量都有明显的线性关系,抗车辙因子与黏弹性没有明显的线性关系。

排水路面双改性高黏沥青性能优化技术及内在规律

废轮胎橡胶粉(crumb rubber modifier,CRM)和苯乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)双改性沥青具有很好的路用性能;但它的性能与生产工艺有很大关系。探讨CRM和SBS改性剂沥青生产工艺及性能的优化。研究选用两种沥青,采用不同的剪拌工艺制备双改性沥青,进行60℃动力黏度、135℃布氏黏度、三大指标、动态剪切流变的试验。研究发现:①先加SBS在沥青中剪切再加CRM(SSRM)搅拌双改性沥青的60℃动力黏度最高,抗车辙因子也最好;②通过SSRM工艺制得的4.5%SBS,8%CRM含量的双改性沥青的抗车辙性能优异,60℃动力黏度也远远高于排水路面用改性沥青60℃动力黏度20000Pa·s的要求;③CRM与SBS双改性沥青的60℃动力黏度与三大指标、抗车辙因子有着明显的线性关系,但与135℃布氏黏度没有明显的线性关系。

水泥稳定废二灰(石灰、粉煤灰)碎石再生基层干缩特性

通过在室内对废二灰碎石物理性能的测试、水泥稳定废二灰碎石配合比的设计,及其路用性能的试验,以及对再生稳定废二灰碎石的干缩机理进行了深入探讨,试验结果显示废二灰碎石中含有大量的二灰砂浆,导致废二灰碎石吸水率较新骨料高,表观密度和毛体积密度较新骨料低;总干缩量和总失水率都随时间的增加而增加,同时增长速率随时间的增加而减少,且干缩和失水主要发生在前期;在失水率与总干缩量、干缩应变关系曲线和失水率与平均干缩系数的关系曲线中,都存在拐点,拐点在失水率约为5.7%(约占含水率的53%)时出现,拐点前干缩量、干缩应变和平均干缩系数的增长速率都随失水率增加而增加,拐点后则相反。

基于原子力显微镜技术对全气候老化沥青的老化非线性预测

采用全气候加速老化箱对马歇尔成型的SMA-13、AC-13沥青混合料分别进行0、1000、2000及3000h的老化,对混合料中的老化沥青进行抽提。沥青老化后的形貌高度(Height)、粘附力(Adhesion)以及模量(Modulus)用原子力显微镜(AFM)进行量化。选用Verhulst模型,采用1stOpt的LM+通用全局优化法对试验数据进行非线性拟合,分别建立AFM试验指标与老化时间(t)之间的非线性微分模型。结果表明:在全气候老化条件下,非线性方程可以精确地从微观角度对沥青混合料中沥青的老化规律进行描述,模型参数L和r对老化状态和老化速率进行量化。随着老化时间的增长,形貌粗糙度值降低,粘附力和模量的粗糙度值增加。

基于原子力显微镜的沥青再生机理

沥青的老化严重影响了沥青混合料在实际应用中的耐久性,为了研究沥青的老化和再生机理,将基质沥青进行SHRP(strategic highway research program)老化,利用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)和动态剪切流变仪(dynamic shear rheometer,DSR)技术研究不同掺量的基质沥青和再生剂对老化沥青的再生效果。结果表明:基质沥青和再生剂均能对老化沥青产生再生效果,且随着它们掺量的增大,再生效果变好;老化沥青表面微观结构粗糙不均匀,基质沥青和再生剂的加入有效改善其表面微观形貌,降低其黏附力和粗糙度指标,同时使老化沥青相位角增大、复数剪切模量和抗车辙因子减小;温度的升高有助于再生剂在老化沥青中的扩散。可见再生剂的主要再生机理是增加并扩散老化沥青中缺失的组分。