高掺量胶粉/SBS复合改性沥青性能与改性机理研究

在“碳达峰、碳中和”战略背景下,以脱硫胶粉和SBS为改性剂,制备复合改性沥青,开展高掺量胶粉-SBS复合改性沥青性能试验与改性机理研究。试验结果表明:复合改性沥青胶粉掺量最大可达到35%,最佳掺配比为25%脱硫胶粉+2%SBS。复合改性沥青各项性能指标均满足规范要求,高温性能显著,软化点可达到80℃以上。脱硫胶粉-SBS-沥青三相间界面模糊,发生溶胶-凝胶的变化,存在化学键变化与接枝反应,形成更为稳定的三维网状结构。

高掺量胶粉/SBS改性沥青及其混合料的路用性能

为了提高废旧轮胎利用率,降低沥青生产成本,发挥胶粉和SBS两种改性沥青的优势,通过优化制备工艺和材料掺量,研究沥青的三大指标、黏度、弹性恢复、储存稳定性,确定了胶粉/SBS复合改性沥青的胶粉最佳掺量为42%,裂解剂的最佳掺量为1.5%。以制备的高掺量复合改性沥青混合料为主要研究对象,其他5种沥青混合料为对照组,包括基质沥青混合料、3%SBS改性沥青混合料、21%普通掺量的胶粉改性沥青混合料、42%高掺量胶粉改性沥青混合料以及21%胶粉+3%SBS普通掺量复合改性沥青混合料,通过车辙试验、低温小梁弯曲试验等分析各个改性沥青混合料的性能。结果表明,比起其他5种沥青混合料,高掺量胶粉/SBS复合改性沥青混合料有优异的高温抗车辙、低温抗开裂和水稳定性,为进一步研究胶粉/SBS改性沥青的应用起到了推广作用。

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。

高掺量胶粉-SBS复合改性沥青的高低温流变性能与微观机理

为研究高掺量胶粉对胶粉-SBS复合改性沥青流变性能的影响,首先采用三大指标和布氏旋转黏度确定了高掺量胶粉-SBS复合改性沥青的最佳胶粉掺量,再采用动态剪切流变(dynamic shear rheology,DSR)试验和弯曲梁流变(bending beam rheometer,BBR)试验评价了高掺量胶粉-SBS复合改性沥青在高低温条件下的流变性能,最后通过红外扫描试验和荧光显微镜试验分析了高掺量胶粉-SBS复合改性沥青的微观特征。结果表明:高掺量胶粉-SBS复合改性沥青在胶粉掺量为42%时的流变性能最佳;高掺量胶粉可以提高胶粉-SBS复合改性沥青的复数剪切模量、车辙因子和蠕变劲度,降低相位角和蠕变速率,使其高低温流变性能得到明显改善;胶粉-SBS复合改性在沥青中的改性过程主要为物理改性,并且胶粉脱硫后,其内部交联减少,在沥青中的分散效果更为均匀,可以使得高掺量胶粉与SBS在沥青中形成更为致密的交联结构,增强复合改性沥青的流变性能。

高掺量胶粉改性沥青混合料疲劳性能对比研究

为对比研究高掺量胶粉改性沥青混合料疲劳性能,选取5种不同类型混合料级配和3种改性沥青设计出8种沥青混合料进行疲劳试验。结果表明:1)高掺量胶粉改性沥青混合料路用性能较SBS改性沥青类混合料优越;2)40%胶粉改性沥青不同级配类型混合料疲劳性能整体优于30%胶粉改性沥青混合料,且疲劳性能优势随着应变水平提高呈先增大后减小的趋势;3)相较SBS改性沥青类混合料,胶粉改性沥青混合料疲劳性能具有明显的优势;4)随着公称最大粒径增大,同一掺量胶粉改性沥青其不同级配类型混合料的疲劳性能呈下降趋势,且随着应变水平增加,疲劳寿命逐渐降低。

高掺量胶粉复配SBS改性沥青高温性能研究

采用高温热解工艺制备高掺量胶粉改性沥青,同时复配SBS改性剂对高温性能进行提升,并通过时间扫描试验和多应力蠕变回复试验评价其高温性能。结果表明,利用高温热解工艺制备的高掺量胶粉,随着胶粉掺量的增加改性沥青高温性能随之变得较差。SBS可以明显改善高掺量胶粉改性沥青的高温性能,掺量为3%时可以达到甚至优于4.5%SBS改性沥青的水平。随着SBS掺量的增加,高掺量胶粉改性沥青高温性能的提升幅度会不断变小,从高温性能和经济角度出发,SBS存在一个最优掺量,30%胶粉沥青的最优SBS掺量为4%,40%胶粉沥青的最优SBS掺量为3%。

高掺量胶粉复合改性沥青制备及存储稳定性研究

针对高掺量胶粉改性沥青性能差、离析严重等问题,对橡胶沥青的制备及存储稳定性能展开研究。制备了4种橡胶改性沥青,通过针入度、延度、软化点指标及存储稳定性试验对比研究并分析了SBS及HPT对橡胶改性沥青的性能的影响。结果表明CR-SBS/HPT整体性能最佳且存储最稳定性。

胶粉与SBS复合改性沥青的合理掺量及性能评价

针对目前国内对废旧轮胎橡胶粉和SBS复合改性沥青的研究现状和不足,以A-70为基质沥青,采用废旧轮胎橡胶粉和SBS为改性剂,通过低温延度、针入度、软化点、弹性恢复等试验确定了胶粉和SBS的合理掺量,并利用动态剪切试验和低温弯曲梁试验评价复合改性沥青的路用性能,通过经济效益分析,确定了复合改性沥青的社会经济价值。研究结果表明:当SBS掺量为4%、胶粉掺量为4%时,复合改性沥青的路用性能和经济价值均具有一定优势。研究结果可为废旧轮胎橡胶粉与SBS复合改性沥青掺量的合理选择提供重要参考。

高掺量橡胶复合改性沥青热储存稳定性研究

橡胶改性沥青凭借良好的高低温性能、抗疲劳性能,以及对降低“黑色污染”的贡献,被广泛应用于高等级绿色交通发展中。但是,传统橡胶沥青在储存过程中会遇到明显相容性差的问题,严重影响工程中的应用。为了研究现场制备高掺量橡胶复合改性沥青的热储存稳定性,采用离析试验、荧光显微镜、红外光谱及DSR离析率四种手段进行表征,并与SBS改性沥青对比。结果表明,高掺量橡胶复合改性沥青经过一系列化学物理变化大体可以形成均匀一致的稳定性结构;但在储存时会出现离析现象,并且随着橡胶粉掺量的增大,沥青离析程度会提升,虽然不同掺量的橡胶复合改性沥青的稳定性不同,但建议现制现用,不适合长时间储存,尤其在高温条件下。

胶粉与SBS复合改性沥青的优化掺量及施工质量控制

采用基质沥青AH-90#、废旧轮胎橡胶粉和SBS制备形成复合改性沥青,对其低温延度、针入度、软化点进行室内试验,确定了胶粉和SBS的合理掺量,通过采用该掺量进行试验路铺设,总结施工工艺,提出复合改性沥青混合料的施工质量控制指标。

高掺量胶粉改性沥青混合料设计及性能研究

为研究砂浆填充率对高掺量胶粉改性沥青混合料性能的影响,采用捣实法和PCG旋转压实法分别测定粗集料骨架间隙率,对粗、细集料级配进行配合比设计,并研究80%,90%,100%和110%沥青砂浆填充率对混合料性能的影响。结果表明,关键筛孔9.5 mm和4.75 mm通过率分别在62.8%~70.1%之间和30%左右时,混合料高、低温性能和水稳定性较好;随着沥青砂浆填充率增大,混合料动稳定度呈现逐渐降低趋势,低温弯拉应变和疲劳寿命呈现逐渐增加趋势;与100%砂浆填充率相比,砂浆填充率80%混合料的动稳定度提高了77%,最大弯拉应变和疲劳寿命分别降低了24%和57%;而砂浆填充率110%混合料的动稳定度降低了24%,最大弯拉应变小幅度提高,疲劳寿命提高了60%。

橡胶粉/SBS与高黏剂复合改性沥青的制备及性能研究

为了给排水性沥青路面提供所需的高黏度改性沥青,并控制其制备成本,通过添加橡胶粉、SBS改性剂和高黏剂制备了高黏度复合改性沥青。根据针入度、延度、软化点、针入度指数和60℃动力黏度等指标,研究了各改性剂对复合改性沥青性能的影响,确定各自的合适掺量。采用软化点差值法评价高黏度复合改性沥青的热储存稳定性,采用动态剪切流变试验(DSR)研究高黏度复合改性沥青的高温流变性能,采用复数模量指数(GTS)法研究高黏度复合改性沥青的感温性能,借助傅里叶红外光谱(FTIR)和差示扫描量热法(DSC)对高黏度复合改性沥青的改性机理进行分析。试验结果表明:5%的SBS改性剂、13%橡胶粉和4%的高黏剂为合适的配比掺量,所制备的高黏度改性沥青具有较强的高温抗车辙能力和良好的感温性能,并满足储存稳定性要求。橡胶粉、SBS和高黏剂与基质沥青之间既存在物理共混,也有化学反应的发生。

响应面法-灰关联分析优化活化胶粉/SBR复合改性沥青掺量研究

为提升沥青的综合性能,采用废食用油对废胶粉进行活化处理,复配丁苯橡胶(SBR)制备复合改性沥青。采用响应面法中的Box-Behnken设计方法,分别对不同掺量废食用油、废胶粉、SBR制备的复合改性沥青进行三大指标和135℃旋转黏度性能测试,利用灰关联分析对沥青的性能进行综合评价,建立关联度的响应面数学模型,得出各改性剂的最优掺量。结果表明,选用响应面法-灰关联分析可以很好地对沥青改性剂的掺量进行优化;当废食用油掺量为10%、废胶粉掺量为10%、SBR掺量为5%时,制得的复合改性沥青综合性能最优,且关联度的预测值与实际值相对误差仅为2.45%,拟合程度较高。

稳定剂掺量对胶粉/SBS复合改性沥青性能的影响

选用0、1.4‰、1.6‰、1.8‰、2.0‰、2.2‰、2.4‰等不同的稳定剂掺量,采用三大指标、弹性恢复和离析试验评价胶粉/SBS复合改性沥青的基本性能,通过温度扫描和频率扫描研究稳定剂掺量对胶粉/SBS复合改性沥青高温性能的影响,同时借助红外光谱(FTIR)分析稳定剂掺量对复合改性沥青的作用机理。研究结果表明:添加稳定剂可提高复合改性沥青的延度(5℃)和软化点、降低针入度,同时改善存储稳定性,增加弹性恢复率;推荐复合改性沥青最佳稳定剂掺量为2.0‰;稳定剂对胶粉/SBS复合改性沥青的改性为物理过程,其掺量对复合改性沥青的各官能团特征峰影响不明显。

SBS改性沥青在大跨径桥面铺装中的应用研究

文章依托北京大兴机场高速主线大桥工程,选择SBS改性剂混比1%、3%、5%、7%、9%来探索高粘SBS改性沥青的性能。旨在制备粘度更高、弹性更强、韧性更强的高粘改性沥青,提高集料的包覆力和粘附性,改善SBS改性沥青混凝土在大跨径桥面铺装中的应用现状,通过对改性沥青的基本物理性能、高温抗变形性能、低温抗裂性能及其粘附性进行测试来实现。

不同掺量高黏弹改性剂对高黏弹复合改性沥青性能影响

为研究不同掺量高黏弹改性剂对沥青性能影响,选取市售SBS改性沥青及高黏弹改性剂作为原材料,在室内制备不同掺量高黏弹改性剂的复合改性沥青,并对制备的复合改性沥青进行常规性能及微观相态测定分析。结果表明,随着高黏弹改性剂掺量的不断增加,复合改性沥青25℃针入度呈现下降趋势,软化点呈现出明显增加趋势;高黏弹改性剂掺量增加对老化前后延度指标相对影响均较小,其数值基本取决于基础SBS改性沥青。不同高黏弹改性剂掺量下,复合高黏弹改性沥青微观相态均呈现出明显的空间网络结构,该结构主要是由SBS改性剂交联形成,高黏弹改性剂的加入会影响空间网络结构;复合高黏弹改性沥青微观显微相态界面显著,无明显化学发应现象,其改性过程以物理改性为主。

SBS对高掺量胶粉改性沥青高温性能的影响

通过三大指标试验、旋转粘度试验、高温PG分级试验和多应力重复蠕变回复试验(MSCR)对不同SBS掺量(0、1%、2%、3%、4%、5%)的高掺量胶粉改性沥青(内掺35%)的基本性能和高温性能进行研究,全面研究SBS掺量对高掺量胶粉改性沥青高温性能的影响,探究高温法制备高掺量胶粉改性沥青的可行性。研究结果表明:随着SBS掺量的提高,高掺量胶粉改性沥青的针入度不断减小,软化点、延度和运动粘度不断增大;高温PG分级试验和MSCR试验均表明,高掺量胶粉改性沥青高温性能差,复配SBS后,其高温性能提升明显,当SBS掺量为3%时,复合改性沥青的高温PG分级为76℃,弹性性能也十分优越;当SBS掺量较高时,继续增加SBS掺量对复合改性沥青高温性能的提升贡献很小,所以从性能和经济角度综合考虑,35%高掺量胶粉改性沥青的推荐掺量为3%、4%。

高掺量废旧胶粉改性沥青相容性改善实验研究

高掺量胶粉沥青因稠度过大和胶粉分布不均,严重影响沥青的应用品质,同时在施工过程中也易堵塞管道。为了改善胶粉沥青的稠度,依据橡胶粉和沥青相容性原理,采用热重分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)对胶改沥青的微观结构进行研究。研究结果表明:胶粉掺量为30%的胶改沥青中提取的有效胶粉含量为18.8%,说明胶粉在掺入沥青时有一部分发生了反应;高温在使橡胶氧化断链形成更多的COOH和CO基团的同时,造成沥青中饱和分的挥发和芳香分的脱水,降低了高掺量胶改沥青的相容性,说明添加活化剂为研究高掺量胶改沥青增容的主要方向;活性聚合剂中有与沥青饱和分相容的C链和与芳香分相容的苯环,可改善橡胶粉和沥青的相容性,降低胶改沥青的稠度;含30%胶粉的胶改沥青被溶剂刻蚀后,其表面在SEM下能观察到尺寸小于30μm且分布相对均匀的白色颗粒;活性聚合剂能在不提升施工温度的条件下有效解决高掺量胶粉沥青稠度过大和胶粉分部不均等问题,提高胶粉沥青的应用品质。

高掺量胶粉改性沥青混合料动态粘弹性分析

为了研究高掺量胶粉改性沥青混合料的动态粘弹性特性,选择3种级配和2种掺量的胶粉改性沥青混合料进行AMPT试验,测定混合料的动态模量和相位角,分析级配、胶结料、加载频率和温度对胶粉改性沥青混合料动态响应参数动态模量和相位角的影响。试验表明,级配类型和胶结料分别对胶粉改性沥青混合料的粘弹性具有明显的影响;混合料的动态模量随着加载频率的降低而逐渐减小;随着温度的升高,动态模量逐渐降低。当加载频率一定时,相位角随着试验温度的增加呈现先增大后减小的趋势;当加载频率增加时,相位角在低温环境(5℃)时逐渐衰减,相位角在高温环境(35℃、50℃)时逐渐增大,在中间温度(20℃)时呈现先上升后下降的趋势。

高掺量胶粉改性沥青SRA-20混合料设计及性能研究

基于沥青混合料是由沥青砂浆、粗集料和空隙组成的设计理念,为测定沥青砂浆掺加量对混合料的性能影响,通过PCG旋转压实法测定粗集料的骨架间隙率,采用次集料逐级填充测定骨架间隙率,得出I级、II级、III级、IV级最小骨架间隙率,按最小骨架间隙率的85%、95%、100%和110%分别填充沥青砂浆,测定其高、低温性能,疲劳性能和动态模量。试验结果发现,随着沥青砂浆填充率的增加,混合料动稳定度呈降低趋势;混合料的最大弯拉应变呈增大趋势;混合料的抗疲劳性能逐渐增强;在相同的试验温度和加载频率下,动态模量呈增大趋势。填充率与混合料的动稳定度呈现负相关;填充率与混合料最大弯拉应变呈现正相关性。该种设计方法与路用性能直接关联,具有实际的应用价值。