节能环保路面改性新材料高模量沥青混合料聚烯烃改性剂研究

随着全球气候环境的不断恶化,世界各国各行各业对环保给予了高度关注,提倡发展"绿色·低碳"循环经济。我国沥青道路与材料行业也不例外,高模量沥青混合料聚烯烃改性剂(KZD-I)即是一种绿色低碳、节能环保路面改性新材料。从五年来全国各地应用效果及各工程的检测报告来看,该材料同时具有显著的抗高温、耐低温及耐水损害的特性;应用后沥青混合料动态模量指标完全满足高模量沥青混合料的相关要求,且在70℃极端高温条件下抗车辙动态稳定度试验指标值达到4778次/mm,可大大延长道路使用寿命,减少环境污染;该材料的原材料为聚烯烃类材料,是"白色污染"物再生利用,它直接与矿料拌和生产出高性能沥青混合料,省去与沥青改性有关的所有过程及工厂、设备等,省去了改性工厂、"白色污染"物等占用的土地资源,免去了"白色污染"及传统沥青改性工艺过程中所有污染排放,具有较高的社会及环保价值,是节能环保路面改性新材料的优秀代表。

废旧聚烯烃改性沥青混合料路用性能研究

论文以废旧聚烯烃改性沥青混合料为主要研究对象,通过室内试验及理论分析的方式,对其路用性能进行了研究,同时结合内蒙古各地区气候水文及交通量特点,按自西向东根据区域划分给出内蒙古地区KDZ-1改性沥青混凝土中KZD-1改性剂掺量的推荐值。

高模量树脂改性沥青混合料的性能研究

将高模量树脂添加到沥青混合料中,制备高模量树脂改性沥青,通过对试样的车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔以及疲劳试验的研究,讨论2种不同掺量的高模量树脂对沥青混合料性能的影响。结果表明:随着高模量剂掺量的增加,当高模量剂的掺量为0.6%时,沥青混合料的车辙性能和抗水损害能力表现出更优越的效果。这是因为高模量树脂的加入使沥青混合料的整体结构更加紧凑,矿粉、集料与沥青间的胶结更紧密,增强了路面的弹性模量和抗剪切性能,防止路面受到水分侵蚀而产生龟裂、脱落等损害,从而增强了路面的耐水性能和抗车辙性能。

添加剂型高模量沥青混合料性能试验对比研究

针对干线沥青路面在重载交通条件下的早期损坏问题,本文选用3种不同类型的高模量剂,分别在其最佳掺量下配制高模量改性沥青,对3种沥青胶结料及SBS改性沥青的技术指标进行试验对比分析,并在此基础上进行沥青混合料的配合比设计,最终实现对高模量沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、动态模量等路用性能评价。

直投改性剂对高模量沥青混合料应用性能的影响研究

采用3种直投改性剂制备高模量沥青混合料,研究了空隙率、改性剂种类及其掺量对混合料应用性能的影响。结果表明,高模量沥青混凝土的动态模量随空隙率增加而逐渐降低,建议将高模量混凝土的空隙率控制在3%左右。在改性剂选择中推荐采用与沥青相容性好、具有高熔融流动性、易密实的聚合物/沥青复合类和多元复合类高模量改性剂,改性剂最佳掺量为0.60%~0.75%。制备的高模量沥青混合料具有优异的应用性能,可兼顾动态模量、疲劳性能和抗车辙性能。

基于高掺量RAP的高模量再生沥青混合料性能试验研究

高模量沥青混合料(high modulus asphalt mixture, HMAM)因具有良好的综合性能,被运用于重载路面中。沥青路面回收料(reclaimed asphalt pavement, RAP)是路面维修养护过程中铣刨出的废旧材料。对掺加硬质沥青颗粒制备成的高模量沥青混合料,以及向高模量沥青混合料中掺加RAP重新拌和成的高模量再生沥青混合料的复数模量、高温稳定性、低温稳定性、水稳定性和疲劳性能进行测试,试验结果表明,基于高掺量RAP的高模量再生沥青混合料表现出较好的高温抗车辙性能、低温抗裂性能、抗水损害性能以及疲劳性能。

纤维增强高模量沥青混合料的路用性能表征与机理研究

高模量沥青混合料具有优异的高温和抗疲劳性能,但低温性能有待提升。为此,采用聚酯纤维与玄武岩纤维对高模量沥青混合料的路用性能进行提升。通过单掺和复掺2种方式,制备不同纤维含量的沥青混合料,利用车辙试验、低温弯曲试验和半圆疲劳试验对其路用性能进行分析,并通过沥青胶浆的多应力重复蠕变恢复试验、弯曲梁流变试验和低温小梁断面的扫描电子显微镜微观表征揭示纤维在沥青胶浆中的作用机理。研究结果表明:复掺纤维可以显著提升高模量沥青混合料的动稳定度、低温破坏应变与疲劳寿命,在玄武岩纤维与聚酯纤维质量比为1:2的条件下,高模量沥青混合料的动稳定度、低温破坏应变和疲劳寿命(应力比为0.4时)分别提高61.7%、49.2%和200.0%,高模量沥青胶浆的不可恢复蠕变柔量(应力为3.2 kPa时)降低63.0%,蠕变速率(-12℃时)提高9.0%。复掺纤维的方式可以充分发挥玄武岩纤维刚性与聚酯纤维柔性的特点,牢固的纤维网络能够有效传递并分散沥青混合料的内部应力。因此,推荐采用复掺玄武岩纤维和聚酯纤维优化高模量沥青混合料的性能。

芳纶纤维对高模量沥青混合料耐久性的影响

为了提高高模量沥青路面的耐久性,借助车辙试验、浸水劈裂试验和四点弯曲试验研究了芳纶纤维对高模量沥青混合料性能的影响。结果显示:掺加芳纶纤维后,沥青混合料的空隙率提高,进而对混合料高温性能和水稳定性造成负面影响;纤维的吸附和加筋作用增大了沥青混合料的抗拉强度,抗拉性能至少提升20%;疲劳损伤值分析表明,芳纶纤维的添加对沥青混合料的抗疲劳性有积极影响。

高模量低标号沥青混合料的设计及应用

针对高速公路的车辙问题,运用硬质沥青技术开发一种综合性能优异的高模量沥青混合料,并对其路用性能指标展开研究。结果表明:采用低标号沥青胶结料可以获得耐久性高模量沥青混合料;采用低标号沥青的混合料在显著提高其高温性能的同时,其低温性能、抗水损害性能没有降低,能够满足路面设计及施工的各项指标要求;高模量沥青路面实体工程的铺筑与现场检测,进一步验证了高模量沥青混合料具有较好的抗变形能力和高温稳定性,同时也可取得较高的经济效益和社会效益。

复掺高模量剂及玄武岩纤维对沥青混合料性能的影响研究

为延长路面的使用寿命,文章通过掺入高模量改性剂(HM)和玄武岩纤维(BF)对混合料性能进行改善,选用AC-20级配进行HM和BF对混合料整体性能影响的试验研究,并基于扫描电镜(SEM)分析HM和BF对混合料性能的增强机理。结果表明:复掺HM和BF后,沥青混合料最佳油石比提升了0.3%,沥青混合料整体性能提升,MS0提高了1.0%,TSR提高了3.9%,DS提高了约7.1倍,最大弯拉应变提高了2.3%,疲劳寿命提高了8.9倍;利用SEM观察到HM能充分熔融,与沥青形成新的聚合物,增加混合料界面粘结力,BF能均匀分散在混合料体系中,形成空间网状结构,起加筋、桥接作用,承担、分散混合料内部应力。

高模量沥青混合料疲劳自愈合性能研究

为研究高模量沥青混合料自愈合性能的影响因素,文章通过四点弯曲疲劳试验,得到归一化劲度次数积所对应的模量和疲劳寿命,研究在不同沥青用量、空隙率、愈合温度和愈合时间下高模量沥青混合料的劲度模量恢复率和疲劳寿命恢复率。结果表明,疲劳寿命恢复率随沥青用量和自愈合时间的增加而增加,空隙率为3.5%、自愈合温度为60℃时疲劳寿命恢复率达到极大值。沥青用量、空隙率和自愈合温度对劲度模量恢复率的影响都存在最佳点,劲度模量恢复率随愈合时间呈指数增加。

低标号高模量剂在沥青混合料中的应用

通过高温车辙试验、低温小梁试验、冻融劈裂试验和动态模量试验,研究低标号高模量剂与集料的拌和温度及拌和时间对高模量沥青混合料的动态模量和路用性能的影响。研究结果表明:拌和温度升高,有利于提高低标号高模量剂的改性效果,但存在最佳的温度区间,180~190℃时,高模量沥青混合料的各项性能满足技术指标,温度高于190℃,高模量沥青混合料的性能衰减过快;拌和时间延长,可以提高低标号高模量剂与集料的拌和效果,但时间过长,沥青容易发生老化,影响高模量沥青混合料的性能,推荐低标号高模量剂与集料的拌和时间为15 s。

USP改性剂对沥青混合料路用性能的影响

为探究USP改性剂对沥青混合料路用性能的影响,分别采用沥青质量分数为4%和4.5%USP改性剂制备USP改性沥青和USP/SBS复合改性沥青。通过对USP改性沥青混合料以及USP/SBS复合改性沥青混合料路用性能研究,评价了USP改性剂对沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性能和水稳定性的影响。结果表明,USP改性沥青与USP/SBS复合改性沥青混合料的高温性能均有较大提升,水稳定性以及低温性能满足要求,但低温性能略有下降。

干法改性剂对沥青混合料AC-13性能的影响分析

为了解决广西普通国省干线公路中重载交通、长大纵坡和红绿灯交叉口等低速行车路段沥青路面极易出现中重度车辙问题,文章针对广西地区高温多雨的气候特点,选用粗颗粒断级配骨架密实型级配,将70#基质沥青、SBS改性沥青、干法SBS改性剂、新型抗车辙剂KCZ制备成四种沥青混合料,通过车辙试验检验其高温稳定性,采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验其水稳定性,利用不同温度下的粘聚力和内摩擦角评价其力学性能。结果表明,干法掺入SBS改性剂和新型抗车辙剂可提高沥青混合料的动稳定度,可为干法添加剂新材料在广西普通国省干线公路沥青路面中的推广及应用提供参考。

基于直投式改性剂的沥青混合料性能改性方法及经济效益分析

为实现公路建设的可持续发展,采用实验室自制的回收聚乙烯(MRPE)作为直投式改性剂,通过不同的制备工艺,制备相应的直投式改性沥青混合料。测试结果表明,MRPE作为直投式改性剂后,在一定程度上提升了沥青混合料的路用性能,有效的节降低了工程造价成本。

废旧聚烯烃类高模量沥青混合料改性剂适用性研究

文中研究了废旧PE类材料加工利用制备沥青混合料高性能改性剂,制备高模量沥青混合料,提出了在珠三角地区适合于该类材料沥青路面的设计控制参数,在节约沥青路面造价的基础上提高沥青混合料的路用性能,研究成果将对珠三角地区乃至国内相关地区高等级沥青路面的建设具有重要的参考价值。

HMB高模量天然改性沥青混合料动态模量研究

为探究高模量天然改性沥青混合料的动态模量及其主曲线的变化规律,以高模量天然沥青(HMB)为沥青胶结料,制备EME20、AC20两种不同级配的沥青混合料,使用SPT简单性能仪,在不同温度和频率下对两种不同级配沥青混合料的动态模量进行检测,分析了温度和频率对沥青混合料动态模量的影响;基于时温等效原理,通过非线性最小二乘法拟合得到高模量沥青混合料的主曲线方程。结果表明:在同一温度下,沥青混合料动态模量随荷载频率的增加而提高,在同一频率下,沥青混合料的动态模量随着温度的升高而降低;通过试验测得两种不同级配沥青混合料的动态模量,再应用所得动态模量数据拟合出动态模量主曲线,算出不同温度下的移位因子,得出的动态模量主曲线方程,对其不同温度下的动态模量进行分析,预测分析出EME-20级配沥青混合料的高低温性能要优于AC-20级配沥青混合料。

直投式高黏改性沥青混合料路用性能试验

高黏改性沥青是决定排水沥青路面使用性能的关键因素之一。为了评价改性剂类型、掺量及生产工艺的影响,分别采用车辙、半圆弯曲、浸水马歇尔、冻融劈裂和浸水肯塔堡飞散试验对高黏改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性进行测试,通过微观形貌特征对改性剂在沥青中的工作机理进行分析。研究结果表明:不同因素对沥青混合料空隙率的影响很小。在相同的掺量和生产工艺下,与常规的泰孚派克(Tafpack super,TPS)高黏改性沥青混合料相比,热塑性树脂(thermoplastic resin,TPR)高黏改性沥青混合料具有更优的低温抗裂性、相当的水稳定性和略差的高温稳定性,但是两者的路用性能在统计学意义上无显著差异。TPR改性剂掺量的提高可以明显提升混合料的各项路用性能;当以70#普通沥青和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrenic block copolymers,SBS)改性沥青作为基质沥青时,TPR改性剂掺量分别达到13%和9%,其混合料路用性能即可满足排水沥青混合料的技术要求。总体上看,改性剂掺量和生产工艺对各项路用性能均有显著影响,其中改性剂掺量的影响大于生产工艺。从微观形貌角度证实采用直投法时沥青中存在颗粒结团,部分改性剂颗粒与沥青的不完全混融导致直投法的改性效率低于剪切法,因此采用直投法时应适当增加改性剂掺量。研究结果可为排水沥青路面的材料设计提供有益的参考。

多功能高模量改性沥青混合料级配参数优化研究

为了探讨多功能高模量改性沥青混合料的最佳级配范围,通过集料压碎值试验和混合料试验分析粗细集料骨架和填充作用,在其基础上合成5种不同级配和不同细集料含量的混合料,以路用性能为检验评价指标,对多功能高模量改性沥青混合料粗细集料的最佳含量开展试验研究。结果表明:0.6~2.36mm细集料在混合料中起到受力和填充作用,使用多功能高模量改性沥青,可有效提升沥青胶浆内黏聚力、刚度和软化点,进而增强混合料整体路用性能。当0.6~2.36mm的细集料含量占30%~60%,0.6mm以下填料含量占20%~30%,2.36mm以上粗集料含量占20%~40%,多功能高模量改性沥青混合料的动稳定度达到1万(次/mm)以上、冻融劈裂强度比达到88%以上,表现出较好的高温稳定性和水稳定性。

玄武岩纤维对高模量改性沥青混合料性能影响

高模量改性沥青混合料常用于沥青路面的预防性养护及非结构性裂缝的修补,为了延长其使用寿命,进一步改善路用性能,在高模量改性沥青混合料中加入短切玄武岩纤维,并通过浸水马歇尔试验、车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验等来评价短切玄武岩纤维不同掺量下高模量改性沥青混合料的路用性能。试验结果表明,短切玄武岩纤维的最佳掺量为0.3%,在该掺量下,高模量改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性均有显著提升,其中动稳定度提升了58.1%,-10℃破坏弯拉应变提升了29.4%,残留稳定度提升了6.4%,冻融劈裂强度比提升了10.2%。为了进一步检测在玄武岩纤维最优掺量下高模量改性沥青磨耗层的路用性能,在福建省南平市铺装了试验段,对试验段进行相关检测后发现,纤维对高模量改性沥青磨耗层的水稳定性、平整度、抗滑性能均有着积极作用。