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。

基于半圆弯拉试验的多聚磷酸改性沥青混合料低温性能改善研究

基于改善多聚磷酸(PPA)改性沥青混合料低温抗裂性能,室内采用半圆弯拉试验(SCB试验)探讨复合改性沥青或混合料中添加纤维方式的改善效果;并针对纤维改善方案,分析了纤维类型和纤维掺量对PPA改性沥青混合料低温性能的影响及显著性。结果表明:PPA改性沥青混合料中使用复合改性沥青或添加纤维均可改善其低温抗裂性能,相应方案的改善效果优劣依次为PPA/SBR复合改性沥青、PPA/SBS复合改性沥青和PPA/玄武岩纤维,但对于采用Shell-70沥青制备的PPA改性沥青混合料而言.PPA/SBS复合改性沥青和玄武岩纤维两种方案对应的改善效果差异不大;纤维改善PPA改性沥青混合料低温性能的效果与纤维类型和纤维掺量密切相关,其中纤维掺量的影响相对较大;玄武岩纤维、聚酯纤维和木质素纤维以复合方式添加.基本能够达到与玄武岩纤维相同的改善效果。使用复合纤维达到了改善低温性能和降低成本的双重目的,从而为改善PPA改性沥青混合料的低温性能提供一种新的尝试。

多聚磷酸改性沥青的路用性能及机理分析

为研究多聚磷酸改性沥青性能、改性机理及其混合料路用性能,制备了不同含量的多聚磷酸改性沥青和改性沥青混合料,采用3大指标(针入度、延度和软化点)、黏度(60℃和135℃)、马歇尔稳定度、流值和残留稳定度等,对多聚磷酸的改性和路用效果进行评价,结合傅里叶红外光谱与荧光显微镜分析其改性作用机理.结果表明,多聚磷酸改性沥青的软化点和黏度增幅较大,针入度显著降低,5℃延度相似;掺入改性剂的质量分数为1%的沥青混合料,高温性能提升幅度较大,但水稳定性没有明显改善;对比基质沥青与改性沥青红外光谱图,发现未形成新的吸收峰,多聚磷酸均匀分布于沥青.由改性沥青及其混合料的测试结果可知,多聚磷酸能改善沥青的高温性能,但未能改善低温性能,多聚磷酸的最佳质量分数为1%;多聚磷酸改性沥青为物理改性过程.

PPA掺量对多聚磷酸改性沥青性能的影响

为探究多聚磷酸(PPA)掺量对多聚磷酸改性沥青性能的影响,通过制备不同PPA掺量的多聚磷酸改性沥青及宏观技术手段研究PPA掺量对多聚磷酸改性沥青性能的影响,采用微观红外光谱技术揭示了多聚磷酸改性沥青的改性机理.结果表明:随着PPA掺量的增加,多聚磷酸改性沥青针入度和10℃延度显著降低,而软化点和黏度明显增大,且多聚磷酸与基质沥青之间发生了明显的化学反应,生成了新的物质.

多聚磷酸改性沥青微观结构特征参数分析

采用原子力显微镜定量观测了改性前后多聚磷酸改性沥青的分子结构变化,并通过图像处理软件,研究了改性沥青特征参数的变化,建立了改性沥青的微观结构与使用性能之间的关系。结果表明:沥青质面积、胶质面积、分散介质面积、沥青质长度、沥青质个数和最大胶团半径等微观结构参数与多聚磷酸剂量有较好的相关性,这些微观结构参数与针入度、软化点、延度等分级评价指标有较好的相关性,与抗车辙因子之间有较好的相关性。

多聚磷酸改性沥青性能研究

为了对不同多聚磷酸掺量(0.5%、1.0%、1.5%)下改性沥青的高温性能、低温性能、感温性能、流变性能、老化性能进行研究,文章采用针入度试验、软化点试验、延度试验、旋转薄膜加热试验、动态剪切流变试验(DSR)测试了多聚磷酸改性沥青的针入度、软化点、延度、车辙因子、相位角,研究结果表明:加入多聚磷酸后,改性沥青的高温性能、感温性能和抵抗永久变形能力、抗老化均得到改善,但其低温性能会降低。

多聚磷酸改性沥青在高等级公路中的应用

本文结合多聚磷酸改性沥青在公路工程中的应用实例,对多聚磷酸改性沥青与SBS改性沥青以及其路用性能进行对比总结,为多聚磷酸改性沥青在高等级公路中的应用积累经验。

多聚磷酸改性沥青混合料施工技术研究

为研究多聚磷酸改性沥青混合料施工技术,本文总结了多聚磷酸改性沥青混合料施工技术要点,在满足施工需求的基础上提出多聚磷酸改性沥青混合料现场制备工艺,将其应用在实际工程中,并对多聚磷酸改性沥青混合料配合比、施工质量以及路面性能进行检验。结果表明:生产配合比满足规范与设计要求,多聚磷酸改性沥青混合料生产工艺能满足施工需求,所铺筑成型的多聚磷酸改性沥青路面平整密实、具有良好的高温抗车辙性能。

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。

基于黏弹性理论的多聚磷酸改性沥青低温性能

基于黏弹性理论,对不同质量分数(0.5wt%,1.0wt%,1.5wt%,2.0wt%)的多聚磷酸改性沥青及基质沥青进行低温弯曲流变试验(BBR),结合Burgers模型对低温弯曲梁流变试验得到的蠕变数据进行非线性拟合,利用Burgers模型的四个参数(E_1、η_1、E_2、η_2分别是Maxwell和Kelvin模型中弹性模量和黏性系数)确定出低温性能指标,对多聚磷酸改性沥青低温性能进行分析。结果表明:多聚磷酸的添加使沥青中的黏性和弹性都得到了一定的改善,沥青中松弛时间减少,储存能减少,耗散能增加,应力松弛能力得到提高。在相同温度下,多聚磷酸改性沥青延缓了沥青进入蠕变稳定期的时间,但随着温度的降低,达到蠕变稳定期的时间缩短。多聚磷酸改性剂的添加可以提高沥青低温性能,且随质量分数的增加,低温改善效果更好;但随着温度的降低,多聚磷酸对沥青的低温改善程度减小,且不同质量分数对其影响的差异也减小,在-24℃以上适合使用多聚磷酸改性,而在-24℃以下掺入多聚磷酸改性沥青意义不大。

多聚磷酸改性沥青流变性能

为研究多聚磷酸(PPA)对沥青性能的影响规律与作用机理,采用四组分分析试验和沥青三大指标试验研究了PPA对不同基质沥青化学组分的影响,基于动态剪切流变仪(DSR)开展了沥青温度扫描试验与频率扫描试验,分析了不同配比的PPA改性沥青、PPA/SBS改性沥青与PPA/橡胶粉改性沥青在不同温度、不同动态频率加载条件下的流变性能变化趋势。分析结果表明:随着PPA含量(质量分数,后同)的增加,沥青质含量逐渐提高,油分(饱和分与芳香分)含量减小,沥青逐渐由溶胶结构转变成溶-凝胶结构,沥青高温性能逐渐增强;PPA改性沥青的高温性能与基质沥青的沥青质含量相关,沥青质含量大的基质沥青经PPA改性后其沥青质含量提升最大,针入度降低最多,具备更好的高温性能;基质沥青、SBS改性沥青与橡胶粉改性沥青掺入PPA后,其抗车辙因子分别提高了1.0~8.2、0.8~13.9与2.9~19.7 kPa,表明PPA可有效改善基质沥青、SBS改性沥青和橡胶粉改性沥青的高温、感温及流变性能,增强沥青的弹性特征,提高其抵抗剪切变形能力;与单一改性沥青相比,PPA复合改性沥青的流变性能改善效果更为明显,PPA与聚合物改性沥青之间存在良好的相容性;随着PPA含量的增加,沥青10℃延度逐渐降低,当PPA含量为1.5%时,基质沥青、SBS改性沥青与橡胶粉改性沥青10℃延度分别下降77%、64%与39%,表明PPA对沥青的低温性能存在一定负面作用,建议PPA含量不宜超过1.0%;PPA/SBS改性沥青最佳复配比为1.0%PPA复配3%SBS,PPA/橡胶粉改性沥青最佳复配比为0.75%PPA复配15%橡胶粉。

多聚磷酸改性沥青改性机制

为了研究多聚磷酸(PPA)对沥青的改性作用,分别制备了掺量为0.5%、1%、1.5%和2%(PPA与基体沥青的质量比)的PPA改性沥青。三大指标实验结果显示,随着PPA掺量的增加,针入度减小,软化点升高,延度减小,说明在沥青中掺入PPA使沥青高温性能得到改善而低温性能略有减弱。通过四组分分析(SARA)发现随着PPA掺量的增加,沥青中的胶质逐渐减少,沥青质逐渐增多,饱和分与芳香分基本不变。利用FTIR发现,相比基质沥青,PPA改性沥青的红外光谱整体图线发生了迁移,且出现了新的吸收峰,说明PPA改性机制为化学改性。利用AFM得到基质沥青与PPA改性沥青的形貌与相位图,分析发现掺入PPA后相位图中连续相(para-phase)面积明显减小,而分散相(peri-phase)面积明显增加,且蜜蜂结构(catana-phase)谷地尺寸变大,说明掺入PPA后沥青中沥青质含量将会增多,而低温抗裂性将有所减弱。

多聚磷酸改性沥青表面形态学与流变学特性

为了研究多聚磷酸(PPA)改性沥青的宏观和微观性能,基于表面形态学与流变学原理,利用原子力显微镜(AFM)与动态剪切流变仪(DSR)对基质沥青、4%苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性沥青(SBS与基质沥青的质量比)和2%PPA改性沥青(PPA与基质沥青的质量比)进行研究。利用AFM测出三种沥青的形貌图与相位图,发现:PPA改性沥青的蜜蜂结构尺寸略大于基质沥青与SBS改性沥青,PPA改性沥青的整体图像明亮度也大于基质沥青与SBS改性沥青。通过表面承载系数(Sbi)与峰密度(Sds)分析得出,PPA改性沥青硬度较高,且表面更为均一。利用DSR对上述三种沥青进行测试,通过复数剪切模量(G*)、相位角(δ)和车辙因子(G*/sinδ)三个参数分析得出,PPA改性沥青具有更好的高温抗变形能力。

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。

复合多聚磷酸改性沥青混合料疲劳性能

采用四点小梁弯曲疲劳试验方法,考虑不同试验温度和不同应变水平等因素的影响,研究多聚磷酸(PPA)-苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)复合改性沥青混合料疲劳性能的变化规律,并与SBS改性沥青混合料进行对比。结果表明:相同条件下,PPA-SBS改性沥青混合料比SBS改性沥青混合料残留劲度模量比大,损伤因子小,稳定阶段耗散能变化率的平均值小,疲劳损伤演变小,抗疲劳性能好;同一温度下,应变水平越大,残留劲度模量比越小,损伤因子越大,耗散能变化率维持稳定阶段的平均值越大,疲劳损伤演变越剧烈,抗疲劳性能越差;同一应变水平下,15℃时沥青混合料试件的抗疲劳性能优于10℃时。

多聚磷酸/SBS复合改性沥青的高温流变特性

为了研究多聚磷酸(PPA)/SBS复合改性沥青的高温流变特性,利用动态剪切流变仪(DSR)对四种不同掺量的PPA/SBS复合改性沥青及SBS改性沥青进行重复蠕变恢复试验(RCRT)。结果表明:PPA/SBS复合改性沥青变形恢复能力不受加载循环次数与应力水平的影响,但受温度的影响,其在蠕变阶段主要发生黏性流动变形,且卸载后黏性变形不可恢复;PPA/SBS复合改性沥青的累积应变随温度、应力水平和荷载作用次数的增加显著增大,特别是温度和应力水平对改性沥青累积应变的影响较大;在温度和应力水平相同的条件下,复合改性沥青中PPA 1%+SBS 3%的改性沥青蠕变劲度的黏性部分G v值最大,具有最好的高温抗变形能力。

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。

多聚磷酸复配Terminal blend胶粉改性沥青流变特性及其混合料路用性能

基于针入度评价体系和PG分级体系研究了多聚磷酸(PPA)与Terminal Blending胶粉复合沥青性能,优化了最佳的PPA与TB胶粉掺量范围,采用车辙、低温弯曲、浸水马歇尔、冻融劈裂试验和四分点加载疲劳试验研究了PPA与TB胶粉复合改性沥青混合料的路用性能、抗疲劳性能和自愈合性能,并将其与4.5%SBS改性沥青混合料进行了对比。结果表明,TB胶粉改性沥青低温性能和抗疲劳性能优良,但其高温性能较差,将TB胶粉与PPA复配后可实现二者对沥青混合料高低温性能和抗疲劳性能改善效果的优势互补。在1.0%~1.5%PPA掺量和18%~24%TB胶粉掺量范围内TB与PPA复合改性沥青可替代4.5%SBS改性沥青,且PPA与TB胶粉复合改性沥青混合料具有更优的路用性能和抗疲劳性能。1.0%PPA+18%TB、1.25%PPA+22%TB、1.5%PPA+26%TB三种复合改性沥青混合料疲劳寿命比4.5%SBS改性沥青混合料高40%~110%,室温放置4个月后的自愈合性能为SBS改性沥青混合料的2.5倍,掺TB胶粉改性沥青显著提高了PPA改性沥青混合料的抗疲劳耐久性和自愈合性能。推荐PPA与TB胶粉复合改性沥青中,适宜的PPA掺量为1.0%~1.5%,TB胶粉合理掺量为20%~24%。

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.