基于正交设计和灰色关联理论的DCLR改性沥青优化与机理研究

基于不同工艺条件下煤直接液化残渣(direct coal liquefaction residue,DCLR)改性石油沥青,通过设计三因素三水平正交试验,得到DCLR改性沥青的最佳工艺条件为剪切搅拌时间45 min、剪切搅拌温度150℃、剪切搅拌速率4000 r/min;通过灰关联度分析,发现针入度、软化点、延度、PI这4个指标的影响权重不一,主次顺序分别为针入度>PI>延度>软化点.利用BP神经网络对改性沥青的性能(针入度)进行模拟和预测,预测值与实验数据拟合度为0.993,证明了该方法的有效性.采用红外光谱、热重和扫描电镜对改性沥青进行分析.结果表明:DCLR与沥青之间没有发生明显的化学变化.在确定其最优配比的基础上,通过车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验来评价混合料的高温性能、低温性能和水稳定性能,结果表明:DCLR能明显改善沥青的高温性能和水稳定性,但对其低温性能影响不大.

高温和重载对DCLR改性沥青混合料抗变形能力的影响

为了评价煤直接液化残渣(DCLR)和复合DCLR改性沥青混合料在高温和重载下的抗变形能力,对级配为AC-20的2种沥青混合料进行多温度(50℃、60℃、70℃)、多荷载(0.7、0.8、0.9、1.0 MPa)条件下的三轴重复荷载试验,并对试验数据进行非线性拟合,提出了能够在高温和重载条件下评价2种沥青混合料抗变形能力的指标,并利用方差分析法研究了温度和荷载对沥青混合料抗变形能力的显著性影响。研究结果表明:2种沥青混合料的永久变形随温度和荷载的增大而增大,流动数、非线性拟合指数分别与温度和荷载呈负相关与正相关,说明流动数和非线性拟合指数均能反映沥青混合料的抗变形能力,但2种沥青混合料的流动数的三维曲面在温度为65℃～70℃和荷载为1.0 MPa处有交叉,说明流动数在高温和重载条件下不能有效区分DCLR和复合DCLR改性沥青混合料的抗变形能力;在0.05显著性水平下,2种沥青混合料的抗变形能力对温度的敏感性均高于荷载,因此,温度为影响2种沥青混合料抗变形能力的主要因素,荷载为次要因素;温度和荷载的非线性拟合指数、流动数分别在0.013和0.113显著性水平下对2种沥青混合料的抗变形能力有显著性影响,因此,在试验温度和荷载范围内非线性拟合指数比流动数更适合作为评价DCLR与复合DCLR改性沥青混合料抗变形能力的指标。

DCLR与TLA共混改性沥青的性能对比

以SK-90沥青为基质沥青,分别加入相同掺量(与沥青质量比为5%、10%、15%和20%)的DCLR和TLA,利用SHRP PG、针入度分级体系、红外光谱仪和凝胶色谱仪对比分析DCLR和TLA共混改性沥青的宏观性能和微观结构的变化。结果表明,DCLR和TLA的加入均可以改善沥青的高温性能,但对沥青的低温性能和疲劳性能产生一定的不利影响。同时,根据DCLR和TLA共混改性沥青的官能团和分子量分布的变化可以判断DCLR和TLA对沥青的改性作用主要为物理改性,在某种程度上,DCLR不能完全替代TLA。

煤直接液化残渣改性沥青及其混合料性能评价

为了研究煤直接液化残渣(direct coal liquefaction residue,DCLR)改性沥青混合料性能,制备10%DCLR(与基质沥青质量比)改性沥青混合料和复合DCLR(2%SBS+15%橡胶粉+10%DCLR)沥青混合料,并与热拌沥青混合料以及SBS改性沥青混合料性能对比.试验结果表明:DCLR的掺入可以提高沥青混合料的高温稳定性和水稳定性能,但对其低温性能有损伤;复合DCLR沥青混合料的低温性能得到了很大程度的提高,其高低温性能和水稳定性明显高于SBS改性沥青混合料.

基于SHRP的煤直接液化残渣改性沥青性能研究

文章基于美国公路战略研究计划(Strategic Highway Research Program,SHRP)体系方法对煤直接液化残渣(direct coal liquefaction residue,DCLR)改性沥青的性能进行了评价,并采用复数模量指数(GTS)和蠕变劲度模量指数(STS)对沥青的温度敏感性进行了评价。结果表明:DCLR的加入增强了沥青的高温性能,但降低了沥青的低温性能;在高温(46~82℃)范围内,DCLR的加入降低了沥青的温度敏感性,但在低温(-18~0℃)范围内,DCLR的加入提高了沥青的温度敏感性。与基质沥青相比,DCLR改性沥青更适合应用在夏季高温地区或作为沥青面层结构中的中面层,有利于提高沥青路面的高温抗变形能力。

煤直接液化残渣改性沥青胶浆性能研究

为了研究煤直接液化残渣(Direct Coal Liquefaction Residue,DCLR)改性沥青胶浆的性能,制备不同DCLR掺量和粉胶比(Filler-Asphalt ratio,FA)的DCLR改性沥青胶浆。采用动态剪切流变仪与弯曲梁流变仪对胶浆的性能进行测试,并利用方差分析法分析了单一因素(DCLR掺量、温度、FA)及因素间耦合作用对胶浆性能的影响。结果表明,DCLR和矿粉的加入均能显著提高胶浆的高温性能,但对其低温及疲劳性能会造成较大的损伤。平衡DCLR掺量和FA对胶浆性能的综合影响,得出最佳DCLR掺量为10%,最佳FA为1.0。除此之外,单一因素(DCLR掺量、温度、FA)及因素间耦合作用对胶浆的性能均有着显著的影响,相对来说,因素间耦合作用对胶浆性能的影响明显小于单一因素对胶浆性能造成的影响。

煤直接液化残渣改性沥青路面结构车辙预估

为研究煤直接液化残渣(DCLR)改性沥青路面的抗车辙性能,基于京新(北京—乌鲁木齐)高速公路的交通环境调查数据,以车辙深度和动稳定度为指标,采用ABAQUS模拟和沥青路面结构分析软件(APAD)计算2种方法,分别对作为中面层的4种沥青混合料(DCLR改性沥青混合料、复合DCLR改性沥青混合料、SK-90沥青混合料和SBS改性沥青混合料)在同一路面结构(4 cm AC-13上面层、6 cm AC-20中面层、8 cm AC-25下面层、40 cm水泥稳定碎石基层和20 cm石灰土底基层)和不同使用年限(1、2、5、10、15年)下进行车辙预估,并通过室内车辙试验和统计学检验方法进行性能验证和模拟结果评价。结果表明:理论预测值与实际测试结果基本一致,在显著性水平取0.05时,2种车辙深度模拟计算方法不存在系统误差,即车辙预估具有一致性;4种沥青路面结构的车辙深度均随使用年限的增加呈线性增长,判定系数R2均在0.9以上,其中复合DCLR改性沥青路面车辙增长速率最慢,DCLR改性沥青路面次之,第3为SBS改性沥青路面,最差为SK-90沥青路面;在设计年限15年内,与常规的SK-90和SBS改性沥青路面相比,DCLR和复合DCLR改性沥青路面分别减少了40%~60%和30%~50%的车辙,抗变形能力分别提高了1.7~2.4倍和1.4~2.0倍;复合DCLR改性沥青路面抗车辙性能最为优异,DCLR改性沥青路面强于SBS改性沥青路面,SK-90沥青路面抗车辙性能最差。