公路多聚磷酸复合改性沥青应用分析

随着我国道路交通系统的逐渐完善,公路路面的环境适应性能受到了广泛的关注。对于公路路面而言,沥青的材料性能能够对其产生直接影响,通过多种方式对沥青进行改性,可以使公路路面满足多种性能要求,提升公路的实用性。基于此,首先讨论多聚酸复合改性沥青的制备,通过实验的方式分析改性剂对沥青性能的影响,并对多聚磷酸复合改性沥青在公路的应用效果展开研究,以供参考。

多聚磷酸复合改性沥青混合料的路用性能

采用重复蠕变恢复试验分析了多聚磷酸对基质沥青、SBS及SBR改性沥青抗变形恢复能力的影响,并通过贯入剪切试验、半圆弯拉试验及弯曲疲劳试验评价了多聚磷酸对基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料及SBR改性沥青混合料抗剪切性能、低温抗裂性能及疲劳性能的影响,采用Weibull分布分析了不同沥青混合料在不同失效概率下的疲劳性能.结果表明:多聚磷酸的掺入显著增加了沥青的黏度,对其弹性变形恢复能力贡献较小,而SBS改性剂可大幅度提高沥青的弹性变形恢复能力;多聚磷酸能够明显改善沥青混合料的高温抗剪稳定性;通过复配SBS或SBR改性剂,可有效弥补多聚磷酸对沥青混合料低温性能的负面影响;多聚磷酸对沥青混合料的疲劳性能也有一定程度的改善.

多聚磷酸复合改性沥青低温性能

通过5℃延度试验、25℃针入度试验和小梁弯曲蠕变试验(BBR),研究了不同种类的多聚磷酸(PPA)改性沥青和PPA复合改性沥青(PPA+SBS,TB+PPA+SBS)的低温性能.结果表明:PPA掺量的增加有利于提高埃索70#的低温性能,PPA对伊朗70#的低温性能有害,对沥青胶结料的改性结果与沥青的化学组分有很大的关系;随着PPA掺量的增加,PPA+SBS的低温性能先升高后降低,对PPA+SBS的低温性能不利;对于TB+PPA+SBS,从软化点变化来看,PPA的掺加有利于提高其高温性能,总体上PPA对PPA+SBS,TB+PPA+SBS的低温性能影响较小,二者的低温性能主要由胶粉和SBS掺量决定,胶粉可以明显提升PPA复合改性沥青的低温性能.

SBS/多聚磷酸复合改性沥青低温蠕变特性分析

为分析多聚磷酸掺量对SBS/多聚磷酸复合改性沥青低温性能的影响,采用弯曲梁流变仪对SBS/多聚磷酸复合改性沥青和SBS改性沥青的低温蠕变劲度(S)与松弛特性(m)进行了试验测试,分析多聚磷酸掺量以及测试温度对其粘弹性组成的影响,并与SBS改性沥青进行比较。结果表明:SBS/多聚磷酸复合改性沥青的S和m值在很大程度上取决于多聚磷酸的掺量,多聚磷酸掺量越大,复合改性沥青的S值越大,m值越小,SBS/多聚磷酸复合改性沥青的低温性能随多聚磷酸掺量的增加而降低。

基于时间和温度依赖性的SBS/多聚磷酸复合改性沥青流变性能研究

为分析多聚磷酸掺量对SBS/多聚磷酸复合改性沥青高温流变特性的影响,对比复合改性沥青与基质沥青、SBS改性沥青流变特性的差异,本文采用SK90号基质沥青、制备4.5%SBS改性沥青以及SBS/多聚磷酸复合改性沥青。对沥青试样进行60℃频率扫描和30℃-60℃温度扫描试验,分析沥青结合料复数模量、相位角随加载频率和温度的变化规律。结果表明:SBS改性沥青、SBS/多聚磷酸复合改性沥青的复数模量值远大于基质沥青,SBS/多聚磷酸复合改性沥青的复数模量随着多聚磷酸掺量的增多而增大;SBS改性沥青和SBS/多聚磷酸复合改性沥青的相位角随荷载作用频率上升而迅速增大;SBS改性沥青和SBS/多聚磷酸复合改性沥青的温度敏感性较基质沥青有了显著的改;3.5%SBS+1.6%PPA复合改性沥青的复数剪切模量大于改性剂掺量为4.5%的SBS改性沥青。

橡胶粉与多聚磷酸复合改性沥青性能研究

为了改善橡胶沥青(CRMA)的高温性能与体系稳定性,将多聚磷酸(PPA)与橡胶粉(CRM)进行复配。基于针入度分级评价体系中的粘度和软化点试验,SHRP沥青胶结料PG分级体系中的DSR、BBR试验对CRM/PPA复合改性沥青的高低温性能进行了评价。结果表明,在18%~22%CRM与1.0%~1.5%PPA复配方案下,CRM/PPA复合改性沥青的相位角小于SBS改性沥青,且抗车辙因子、复数剪切模量G*、软化点及粘度均大于SBS改性沥青,掺加PPA可显著提高橡胶沥青的高温性能,同时降低橡胶沥青粘度对温度的敏感性。22%CRM与0~1.0%PPA复合改性沥青的低温PG分级可达到-24℃,CRM/PPA复合改性沥青是一种高低温性能兼顾且体系均匀、连续的共混共融体。推荐用于CRM/PPA复合改性沥青适宜的橡胶粉掺量为18%~22%,PPA掺量为1.0%~1.5%。

橡胶/多聚磷酸复合改性沥青高低温性能研究

为分析多聚磷酸对橡胶改性沥青的高低温性能的影响,采用动态剪切流变仪、弯曲梁蠕变劲度试验及常规试验分别对基质沥青、橡胶改性沥青、不同多聚磷酸掺量的复合改性沥青5种沥青进行温度扫描试验、多应力重复蠕变试验和软化点试验研究沥青的高温稳定性,采用弯曲蠕变劲度试验和延度试验研究沥青的低温抗裂性。结果表明,橡胶粉改性剂可以显著改善沥青的高温稳定性和低温抗裂性;多聚磷酸可以改善橡胶改性沥青的高温性能,且掺量越多,改性效果越明显;多聚磷酸对橡胶改性沥青的低温性能没有明显的影响。

高速公路多聚磷酸复合改性沥青应用研究

为探究多聚磷酸复合改性沥青在高速公路建设中的应用,对PPA/SBS复合改性沥青性能及其混合›料路用性能进行室内试验分析,结果表明:PPA能够改善沥青高温性能和抗老化性能,但是对低温性能有削弱作用,建议SBS掺量3%、PPA掺量3%;其混合料具有较SBS改性沥青混合料更好的高温性能,低温、水稳定性能略弱于SBS改性沥青混合料,但是较基质沥青混合料改性效果显著。

复合多聚磷酸改性沥青混合料动态力学性能

为研究多聚磷酸(polyphosphoric acid,PPA)+SBS复合改性沥青混合料的动态力学性能,采用单轴压缩动态模量试验,分析温度和频率对动态模量和相位角的影响,并基于改进Havriliak-Negam(i HN)模型构建动态模量和相位角主曲线,同时与SBS改性沥青混合料相对比。结果表明:2种沥青混合料动态模量和相位角随温度和频率的变化呈现相同的趋势,HN模型可准确拟合2种沥青混合料的动态模量和相位角主曲线。相较于SBS改性沥青混合料,PPA+SBS复合改性沥青混合料的相位角在-10、20、50℃时均降低,而动态模量在-10℃时降低,20℃时变化较小,50℃时增加;较宽频域范围内,PPA+SBS复合改性沥青混合料在高温低频下动态模量变大,相位角变小,在低温高频下动态模量变小,相位角变化不大;PPA+SBS复合改性沥青混合料具有更优的动态力学性能。

多聚磷酸复合天然胶乳改性沥青实验研究

鉴于当前交通量持续增大及行车荷载不断提升的现状,传统的道路路面材料已难以满足道路使用性能的需求,亟待进行改进与升级。改性沥青可以有效提升路面使用质量,防止沥青路面出现开裂、车辙等病害,但改性沥青选择的材料不同,最终的沥青性能会有一定的差异。为此,文章对多聚磷酸复合天然胶乳改性沥青进行实验研究,通过动态剪切流变试验和沥青旋转黏度试验来了解这种多聚磷酸复合天然胶乳改性沥青的性能。研究表明,采用PPA与NRL复配得到的改性沥青,其高温性能更优良,能有效延长道路路面的使用寿命。

复合多聚磷酸改性沥青混合料高温蠕变特性与本构关系研究

为了研究复合多聚磷酸(PPA)改性沥青混合料的高温蠕变特性,采用三轴重复蠕变恢复试验,根据竖向永久变形、应变速率和流动指数指标,对比分析了不同条件下SBS改性沥青混合料与PPA+SBS复合改性沥青混合料高温蠕变特性;综合运用黏弹塑性力学和损伤力学理论,建立了重复荷载作用下沥青混合料竖向永久变形的蠕变损伤力学模型。研究结果表明:在不同温度和应力水平下,PPA+SBS复合改性沥青混合料竖向永久变形和应变速率均小于SBS改性沥青混合料,但其流动指数却远大于SBS改性沥青混合料;将Burgers模型中串联的黏壶替换为黏塑性元件所形成的损伤本构模型,可以全面反映沥青混合料三阶段的竖向永久变形特性。

多聚磷酸/天然胶乳(PPA/NRL)复合改性沥青流变特性

为提高天然胶乳(Natural Rubber Latex,NRL)改性沥青的高温性能,基于多聚磷酸(Polyphosphoric Acid,PPA)的协同增效机制,制备了不同PPA掺量的PPA/NRL复合改性沥青,分析了改性沥青的黏弹特性、高温性能、低温性能、疲劳性能以及施工和易性。一方面,利用动态剪切流变仪和弯曲梁流变仪进行温度扫描、时间扫描、频率扫描以及蠕变劲度测试,分析复数剪切模量G^(*)、相位角δ和车辙因子G^(*)/sinδ随温度及时间的变化规律,以复数剪切模量下降至初始值的50%时对应的加载次数表征PPA/NRL复合改性沥青的疲劳性能,以m值与蠕变劲度S的比值表征PPA/NRL复合改性沥青低温性能。另一方面,利用布氏黏度计测试PPA/NRL复合改性沥青的黏度,评价其施工和易性。试验结果显示:随着PPA掺量的增加,PPA/NRL复合改性沥青的车辙因子值升高,意味着沥青高温性能提升;车辙因子对数值与温度的线性关系证明了PPA掺量增加也有助于改善PPA/NRL复合改性沥青的感温性能。此外,随着PPA掺量的增加,PPA/NRL复合改性沥青的疲劳寿命逐渐延长;PPA的掺入会降低PPA/NRL复合改性沥青的低温性能;PPA/NRL复合改性沥青的黏度随PPA掺量的增加而增大,为了保证其施工和易性,PPA掺量不宜超过1.1%。研究表明,采用多聚磷酸作为天然胶乳的复配材料是实现天然胶乳路用的有效途径,仅需较小的掺量即可使改性沥青获得较优的路用性能。

多聚磷酸及其复合改性沥青与沥青混合料抗裂性能评价

目前对多聚磷酸改性沥青和多聚磷酸改性沥青混合料低温性能所得结论不尽相同,有些结论甚至矛盾。该文采用低温延度、BBR试验研究了多聚磷酸及其复合改性沥青的低温性能,基于低温弯曲试验、低温SCB试验、预切口J-积分试验和四分点加载疲劳试验研究了多聚磷酸及其复合改性沥青与沥青混合料低温抗裂性能和抗疲劳耐久性。试验结果表明,多聚磷酸对沥青混合料低温性能改善效果不明显,甚至有负面影响,可通过掺加SBR、SBS、纤维或橡胶改性沥青来改善其低温抗裂性能,多聚磷酸与SBR复合改性沥青对沥青混合料低温性能的改善效果优于多聚磷酸与SBS复合改性沥青,多聚磷酸与SBS复合改性沥青对沥青混合料疲劳性能的改善效果优于多聚磷酸与SBR复合改性沥青,将多聚磷酸与橡胶沥青或玄武岩纤维复配可提高沥青混合料的抗疲劳耐久性。仅采用沥青的低温指标并不能全面反映多聚磷酸改性沥青混合料的低温性能,断裂能密度、破坏应变作为抗弯拉强度与抵抗低温破坏变形能力的综合评价指标可综合反映多聚磷酸改性沥青混合料的低温抗裂性。

多聚磷酸/生物油复合改性沥青混合料路用性能研究

PPA可显著改善沥青混合料的高温性能与疲劳性能,但会降低低温性能与水稳定性能。本研究通过生物油复合改性以提升沥青混合料的路用性能,采用凝胶色谱仪选取了4种不同分子量的生物油制备PPA/生物油复合改性沥青,通过车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验以及4点小梁弯曲疲劳试验评价了路用性能。研究结果表明,PPA/生物油复合改性沥青可提高沥青混合料的高低温性能、水稳定性能以及疲劳性能,但提升幅度取决于生物油的分子量;生物油分子量越大,高温性能与水稳定性能提升越多,在PPA/生物油C复合改性沥青混合料时有最佳性能;推荐在南方高温多雨地区使用PPA/生物油C复合改性沥青混合料,在北方低温严寒地带使用PPA/生物油A复合改性沥青混合料。

多聚磷酸复合SBS改性沥青流变性能及抗老化特性

采用动态剪切流变和弯曲梁流变试验,对多聚磷酸(PPA)复合SBS改性沥青在高、低温下的流变特性进行了研究,并与硫磺复合SBS改性沥青进行了对比分析.通过傅里叶红外光谱分析仪对不同原样沥青、旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT)以及压力加速老化试验(PAV)后沥青中含有的与老化有关的官能团进行了分析.结果表明:添加适量的PPA可明显改善沥青的高温性能;相对于硫磺复合SBS改性沥青,PPA复合SBS改性沥青具有较好的高温性能,但低温性能相对较差;随着SBS掺量的增加,PPA复合SBS改性沥青的低温性能随之增强;经过短长期老化后PPA复合SBS改性沥青的亚砜基指数变化很小,其抗老化性能得到改善.

氧化石墨烯复配多聚磷酸改性沥青流变特性及抗热氧老化性能

采用动态剪切流变(DSR)、多重应力蠕变恢复(MSCR)及弯曲梁流变(BBR)试验,研究了掺加氧化石墨烯(GO)、多聚磷酸(PPA)及其复配改性沥青老化前后的流变特性与抗热氧老化性能,并通过凝胶渗透色谱(GPC)分析了沥青不同热氧老化状态下的分子量。结果表明:掺加氧化石墨烯、PPA能显著改善沥青的高温抗变形能力和弹性变形恢复能力,与SBS改性沥青相比,氧化石墨烯复配PPA改性沥青老化前后的抗车辙因子更大,不可恢复蠕变柔量更小,且老化前后各项指标变化幅度更小,其高温抗变形能力、弹性恢复性能及抗高温热氧老化性能优于SBS、SBR改性沥青;通过氧化石墨烯复配PPA显著降低了老化前后沥青的劲度模量及老化后劲度模量的增幅,有效改善了沥青的低温抗变形能力及抗低温老化性能,其低温抗裂性能与SBR改性沥青相当;老化前后氧化石墨烯复配PPA改性沥青不同分子量的分布区域更窄,RTFOT、PAV老化后,氧化石墨烯复配PPA改性沥青的分子量(M_(w)、M_(n))及分散系数d的变化幅度相较于SBS、SBR改性均更小,其抗热氧老化稳定性更强。

多聚磷酸SBS复合改性沥青混合料低温流变特性及本构关系研究

基于小梁弯曲蠕变试验和直接拉伸应力松弛试验,采用蠕变速率、松弛时间、松弛模量等流变学指标,对比分析了在不同低温条件下,多聚磷酸(PPA)-SBS复合改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料的低温流变特性,同时结合损伤力学和黏弹性力学理论,建立了蠕变损伤模型与六单元广义Maxwell应力松弛模型.结果表明:不同低温条件下,PPA-SBS复合改性沥青混合料进入蠕变稳定期的时间早于SBS改性沥青混合料,其累积变形量和蠕变速率均大于SBS改性沥青混合料;以Burgers模型为基础,结合损伤力学建立的蠕变损伤模型能够较好地反映蠕变损伤3阶段的变形特性;10℃时2种沥青混合料的应力松弛能力几乎相同,而0、-10、-20℃时PPA-SBS复合改性沥青混合料的应力松弛能力要优于SBS改性沥青混合料,且温度越低效果越明显;采用六单元广义Maxwell模型能够较好地描述低温条件下的沥青混合料应力松弛特性.

多聚磷酸与橡胶粉复合改性沥青及其混合料在西藏地区的应用研究

西藏地区紫外线辐射强烈、昼夜温差大等气候条件对沥青混合料的抗老化性能和低抗裂性提出了更高要求。为改善西藏地区沥青混合料的耐久性,以西藏拉林高速公路为背景提出采用多聚磷酸与橡胶粉进行复配,在优选出4种复配方案的基础上,采用车辙试验研究了橡胶粉和多聚磷酸(PPA)掺量对复合改性沥青混合料高温稳定性的影响,并基于室内模拟老化试验,采用低温弯曲试验研究了紫外线老化与热老化前后PPA与橡胶粉掺量沥青混合料低温抗裂性能的影响,采用加速加载试验对优选出来的复合改性沥青复配方案进行了筛选,并将其与SBS改性沥青进行了对比。推荐最佳的复配方案为20%橡胶粉+1.25%PPA。

多聚磷酸与SBS复合改性沥青及其混合料抗老化性能研究

改善沥青混合料的抗老化性能,对于提高沥青路面的使用寿命有重要意义,基于室内模拟老化试验,采用低温弯曲试验和小梁疲劳试验研究了紫外线老化与热老化前后多聚磷酸(PPA)掺量对SBS改性沥青及其混合料抗老化性能和低温抗裂性能的影响。试验结果表明:PPA有效的提高了复合改性沥青高温荷载作用下模量的弹性分量比例,改善了复合改性沥青及其混合料的高温抗变形能力,但也会对复合改性沥青混合料的低温性能有负面影响,多聚磷酸的掺加能改善复合改性沥青的温度敏感性和老化前后的抗疲劳耐久性,增大PPA可显著提高老化后复合改性沥青混合料的低温抗裂性,PPA对SBS改性沥青的改性机理在于PPA能与SBS改性剂粒子共同交织形成空间网络结构,PPA与沥青质胶团中的亚砜基发生酯化反,增强了SBS改性剂在沥青中的交联作用。

多聚磷酸与TPS复合改性沥青及排水性沥青混合料耐久性试验研究

排水性沥青混合料空隙率大,易于产生热老化和紫外线老化现象,为了提高排水性沥青混合料的耐久性,提出采用多聚磷酸与TPS复配方案,研究了TPS和PPA掺量对高粘改性沥青和排水性沥青混合料性能的影响,并与14%TPS改性沥青混合料进行了对比。试验结果表明,掺加PPA可显著改善TPS改性沥青混合料的高温稳定性和抗疲劳耐久性,采用PPA对TPS改性剂复配方案可显著改善排水性沥青混合料的抗热老化和紫外线老化性能,同时降低TPS掺量。采用TPS与PPA复配方案替代高剂量TPS改性沥青在技术上可行,推荐了最佳的TPS与PPA复配方案为12%TPS+1%PPA。