橡胶沥青低温评价指标

针对5℃延度指标在评价橡胶沥青低温性能上的局限性,为找寻能更好评价橡胶沥青低温性能的评价指标,通过BBR试验,对试验室制备的薄膜老化和压力老化橡胶沥青低温评价指标展开研究,分析基于BBR试验获取的劲度模量、劲度模量变化率、PG分级温度、低温连续分级温度、k指标及综合考虑沥青模量和松弛能力的评价指标SA等橡胶沥青低温评价指标.试验结果表明:随着橡胶粉的加入,沥青的低温抗裂性能显著提高,单一的S或m指标评价橡胶沥青低温性能存在一定片面性,兼顾考虑沥青模量和松弛能力的CT、k及SA指标能更加准确地反映和评价橡胶沥青的低温性能.通过与橡胶沥青混合料低温弯曲应变能密度指标进行相关性分析及综合比选,得出结论:在工程上优先推荐采用k、CT指标作为橡胶沥青低温性能的评价指标;进行研究工作时优先考虑SA指标作为橡胶沥青低温性能的评价指标.

沥青胶结料低温物理硬化及结晶动力学分析

为了准确模拟沥青胶结料的物理硬化过程及评估其物理硬化趋势,采用常规弯曲梁流变(BBR)试验设备对10种常用道路沥青进行了改进弯曲梁流变(EBBR)试验,并根据试验结果计算了低温等级损失指标;此外,在设计不同的低温恒温养护时间的基础上,测试了沥青蠕变劲度与蠕变劲度变化率,并采用Avrami等温结晶动力学理论对试验结果进行了拟合分析.结果表明:EBBR法较BBR法对沥青的低温性能区分精度更高;采用Avrami等温结晶动力学理论可较好地模拟沥青胶结料的物理硬化过程,拟合分析得到的Avrami指数与EBBR试验得到的低温等级损失值变化规律具有一致性;沥青胶结料低温物理硬化与结晶性能为评价沥青在实际工程中的低温抗开裂能力提供了更准确的信息.

矿粉对沥青胶浆性能的影响

文章选取9种矿粉,分别测试岩性、粒径、表观密度及亲水系数等技术指标,通过对加入矿粉的沥青胶浆进行动态剪切流变试验(DSR)、弯曲梁流变试验(BBR)以探究不同矿粉对胶浆性能的影响。研究结果表明:石灰岩矿粉比白云岩矿粉更易吸附沥青,同种岩性下矿粉粒径越小,其亲水系数越低,越容易吸附沥青;矿粉中的碳质会降低矿粉与沥青的吸附能力,且对胶浆的性能有不利影响;矿粉的掺加会大幅提高沥青胶浆的抗车辙因子,同时也使胶浆的低温劲度模量增大;矿粉的亲水系数与沥青胶浆的性能相关性较高,亲水系数值越低的矿粉与胶浆胶结程度越好,可作为矿粉对胶浆改性效果的评价指标。

复合改性沥青的抗老化性能研究

沥青路面在使用过程中,由于沥青老化容易导致路面产生裂缝、剥落和松散等病害,提高沥青的抗老化性能,有助于延长沥青路面的使用寿命.采用抗氧剂2246、辅助抗氧剂Irgafos168及炭黑对基质沥青进行复合改性,根据残留针入度比、软化点增长率、残留延度比综合确定复合改性剂的最佳用量.在最佳剂量下制备复合改性沥青,用DSR试验和BBR试验评价复合改性沥青在老化前后的路用性能.试验结果表明,用0.6%主抗氧剂2246、0.6%辅助抗氧剂Irgafos 168和2%炭黑制备的复合改性沥青,可以显著提高沥青的抗老化性能.

沥青结合料低温物理硬化特性及评价方法的研究

沥青结合料的低温物理硬化特性对沥青路面的低温抗裂性能影响较大,研究几种具有代表性的道路沥青结合料的低温硬化行为规律对保证寒冷地区路面结构的耐久性具有重要意义。采用改进弯曲梁流变(EBBR)及动态剪切流变(DSR)试验对5种沥青结合料的低温物理硬化行为进行分析,研究改性剂、低温养护时间及温度对沥青结合料物理硬化行为的影响,并对硬化后沥青结合料的低温等级损失与DSR试验结果进行拟合分析。结果表明,与养护时间相比,养护温度对沥青结合料的物理硬化行为影响更加明显;低温条件下沥青结合料的物理硬化程度随时间的增大而增大,物理硬化速率会随养护时间的增长而逐渐下降;0℃养护温度下沥青结合料的低温等级损失与复数剪切模量、相位角具有较高的相关性,推荐采用0℃的DSR试验结果对沥青的物理硬化行为进行评价;与SBS、SBR及纳米CaCO;改性沥青相比,橡胶改性沥青受低温物理硬化行为的影响最小,可在较长时间的低温条件下保持较好的性能表现。对长时间处于恶劣低温环境下的沥青路面,推荐采用橡胶改性沥青铺筑。

基于ABAQUS标准扩展有限元法的不良裂缝构型影响分析

在实际应用中,扩展有限元法分析裂纹问题存在总体刚度矩阵高度病态、矩阵奇异等问题,数值模拟没有实现分析结果与网格划分无关的理想要求.基于ABAQUS平台选取三点弯曲梁试验,引入离散弗雷歇距离对具有时程性的裂缝发展路径进行差异评价;分析标准扩展有限元法应用中与网格划分相关的不良裂缝构型对模拟结果的影响.结果表明:数值模拟时初始裂缝端点必须在单元边界处,避免削弱构件;不良裂缝构型会导致裂缝发展路径模拟失真,且随不良系数的减小失真情况加重;不良系数u要控制在0.25~1内;通过引入黏性阻尼可以提高数值模拟的收敛性和路径的准确性.

基于弯曲梁流变试验和黏弹性理论评价沥青低温性能研究

通过对长期老化状态下的90#基质沥青、SBS改性沥青、极寒沥青和橡胶沥青在不同低温(-12,-18,-24和-30℃)条件下进行低温弯曲梁流变(BBR)试验,分析了4种沥青60 s时的蠕变劲度模量S和蠕变速率m随温度的变化规律;基于分数阶微分理论,证明了黏弹性材料的黏弹性行为分数阶演算,并采用分数阶导数黏弹性模型对沥青BBR蠕变劲度曲线进行拟合,确定了相关的模型参数和物理意义。同时,基于分数阶导数黏弹性模型构建了沥青低温蠕变劲度模量S和蠕变速率m之间的物理方程。结果表明,BBR试验了4种沥青60 s时的蠕变劲度模量S和蠕变速率m与温度的关系,由于沥青会发生玻璃化转变,在温度低于-18℃时,其4种沥青的蠕变劲度模量S和蠕变速率m往往会发生突变,不会呈现显著的线性变化;分数阶导数黏弹性模型能够更加精确地描述BBR试验中的沥青低温性能,模型参数A和分数阶导数阶次α具有物理意义。参数A表示沥青低温变形因子,参数A值越大4种沥青的低温抗裂性越好;分数阶导数阶次α表示沥青低温松弛因子,α值越大,4种沥青的沥青低温松弛能力越强,分数阶导数阶次α可较好地预估沥青的低温蠕变速率m;基于分数阶导数黏弹性模型,沥青低温蠕变劲度模量S和蠕变速率m之间的物理方程可以采用蠕变柔量速率J′(t)表征,并通过增大模型参数分数阶导数阶次α,可以得到更大的蠕变柔量速率J′(t),以提高沥青低温抗裂性能,故蠕变柔量速率J′(t)是一种能够很好地表征沥青低温性能的指标。

不同标号沥青SHRP试验对比分析研究

SHRP沥青试验方法以流变学为基础,不同温度范围内有相应的流变仪与之对应.其中使用最普通的有DSR动态剪切流变仪、BBR弯曲梁流变仪和Brookfield旋转粘度计.它们分别用于测定超常温(40～82℃)、低温(-5℃以下)、高温(100℃以上)下改性及非改性沥青的流变指标,且各指标与沥青路用性能有直接关联.通过对中海油泰州牌的3种不同标号的沥青(AH-30#,AH-50#,AH-70#)及其RTFOT残留沥青、PAV残留沥青进行简支梁弯曲试验(BBR)和动态剪切试验(DSR),来对比分析这3种沥青的性能,并最终确定其路用性能等级.

胶粉掺量对橡胶改性沥青低温性能的影响

通过弯曲梁流变(BBR)试验分析不同掺量橡胶改性沥青以及胶粉复合SBS改性沥青的低温性能。结果显示,随着胶粉掺量的增加,橡胶改性沥青的劲度模量逐渐下降,蠕变速率逐渐增加,沥青逐渐变软,低温变形以及应力消散能力逐渐提升,低温性能逐渐提升;当胶粉掺量达到18%时,其低温PG分级相较于基质沥青可提升一个等级。对于胶粉复合SBS改性沥青,随着SBS的加入,橡胶改性沥青的劲度模量稍有提高,然而蠕变速率也增加,说明加入SBS使得橡胶改性沥青变硬的同时,也提升了其低温变形能力以及应力消散能力;当胶粉掺量从5%增加至18%时,其低温劲度模量降低约50%。

超硬质沥青改性结合料流变性能分析

为研究超硬质沥青(super hard asphalt,SHA)对超硬质沥青结合料的高、低温流变的影响效果,采用SHA作为改性剂对AH-90道路石油沥青进行改性,制备了不同质量分数(5%、6%、7%和8%)的SHA改性结合料,并进行动态剪切流变试验、多应力蠕变恢复试验及小梁弯曲蠕变试验.试验结果表明:其适用于时温等效原理;SHA的掺入会有效提高沥青结合料的车辙因子G*/sinδ,沥青混合料的高温性能得到明显改善;随着SHA掺量的增加,沥青结合料的平均应变恢复率R逐渐升高,不可恢复蠕变柔量Jnr逐渐降低,掺加SHA有利于提高沥青结合料高温抗变形能力与变形恢复能力;随着SHA的掺入,沥青结合料的蠕变劲度S与蠕变劲度变化率m变化幅度不大,对沥青结合料的低温抗裂性能影响不大.SHA改性沥青结合料高温抗车辙性能优异,低温性能相对于基质沥青PG分级保持不变.

高性能高黏改性沥青高低温性能研究

为进一步提升材料的黏结能力与耐久性,特研发HVA-H高黏改性剂,使用此种改性剂与SBS改性沥青在合理剪切工艺下,制备出一种高黏改性沥青。通过荧光显微镜观察HVA-H高黏改性剂掺量分别为4%、6%、8%、10%时高黏改性沥青的分散性,确定最佳掺量,并将其与试验室原有的高黏改剂和其他厂家高黏改性剂进行对比分析。结果表明:HVA-H高黏改性剂最佳掺量为8%,HVA-H高黏改性沥青高低温性能优于HVA高黏改性沥青和其他厂家高黏改性沥青,且拉伸柔量指标与BBR试验结果之间存在相关性,可精确评价改性沥青的低温性能;Carreau模型比Cross模型拟合精度更高,在实际应用中可通过Carreau模型拟合零剪切黏度,对研究改性沥青高温性能有较好的指导作用。

基于复合改性方法的岩沥青低温性能改性

为了改善岩沥青的低温性能,采用两种改性剂[丁苯橡胶(SBR)、纳米碳酸钙(nano-Ca CO3)]对布敦岩沥青(BRA)改性沥青进行复合改性。以布敦岩沥青(BRA)改性沥青为研究对象,分别将两种改性剂掺入到BRA改性沥青中,通过低温弯曲梁蠕变试验(BBR),测定两种复合改性沥青在3种掺量和3个试验温度下的蠕变柔量,从蠕变柔量值来评价复合改性剂对岩沥青改性沥青低温性能的改善效果。研究结果表明:两种复合改性沥青中,布敦岩沥青SBR复合改性沥青的低温抗裂性能最好,布敦岩沥青nano-Ca CO3复合改性沥青次之。

基于水基发泡的泡沫沥青胶结料性能研究

通过布氏旋转黏度试验、多应力重复蠕变恢复试验(MSCR)及沥青弯曲蠕变劲度试验测定并分析基于水基发泡的泡沫沥青胶结料的黏温特性、高温和低温性能,并与未发泡的原样沥青进行比对,以综合评价泡沫沥青胶结料的性能。由不同温度下的黏度试验结果得出,在4200s气泡消散后,泡沫沥青与原样沥青的黏温特性相当;MSCR试验结果表明,泡沫沥青和原样沥青均呈现较高的应力敏感性;BBR试验结果表明,沥青发泡后低温性能略有降低,但能满足道路使用要求。

EBBR试验下沥青结合料低温性能评价指标

聚焦沥青结合料低温性能评价指标,基于流变学的弯曲梁流变仪试验、改进弯曲梁流变仪试验,分别分析了实际路面回收沥青、老化后的基质沥青、改性沥青低温流变性能规律;利用传统劲度模量及模量变化率指标展开了沥青的低温性能评价,提出了等效低温设计温度指标与温度差异值指标;在不同养护环境下进行模拟,利用低温等级损失指标对新制备、回收沥青展开了低温物理硬化影响因素研究;利用不同来源、不同品种沥青试验结果相互验证,从抗干扰能力、稳定性、评价准确度、直观性与指标获取难易程度等方面对上述指标进行分析,确立了4类指标对沥青低温性能的区分与评价能力。研究结果表明:回收沥青的实验室流变分析能够反映路面结构的低温抗裂水平,开裂严重路段沥青的模量明显高于其他路段,其数值差异可达130 MPa;新制备的SBS改性沥青与回收沥青低温加载规律一致性高,模量偏差低于15%,可有效搭建起实验室研究同实际路面病害处理需要的关系;传统指标数据稳定性偏弱,置信度仅为64.7%~82.3%,难以满足研究需要,温度差异值指标及低温等级损失指标在应用方面同样受到制约,对此仍需开展更多深入的研究。

基于SCB试验的沥青混合料低温性能评价指标研究

研究沥青混合料低温性能评价指标与路面开裂状况之间关系,是合理确定沥青混合料低温性能评价标准的重要依据。为解决传统小梁弯曲试验同现场开裂相关度不高的问题,针对现场不同裂缝间距段落的芯样,引入半圆弯曲试验(SCB)开展混合料低温断裂与抽提沥青BBR试验研究,建立沥青路面开裂间距与沥青混合料断裂能、断裂韧性、劲度模量等指标的关系。从SCB与BBR对比试验可得出结论:改进后的SCB试验能真实反映吉林地区沥青路面实际低温开裂状况;提出了寒区沥青路面低温开裂判定标准;并通过断裂能及断裂韧性等指标的对比分析,提出采用SCB试验的断裂能作为混合料低温性能的评价指标更为合理。研究成果丰富了沥青混合料低温性能评价方法,为完善沥青路面低温抗裂设计提供了技术支撑。

温拌剂对沥青断裂和老化性能的影响

针对当前DSR试验、BBR试验在评价温拌沥青断裂性能上的局限性,为准确预估温拌剂对沥青材料断裂性能的影响,选取两种不同类型的温拌剂(Sasobit和ET-3100)加入基质沥青中,并进行旋转薄膜老化(RTFO)和压力箱老化(PAV),对温拌沥青的断裂性能展开研究。采用扩展弯曲梁流变(Ex-BBR)试验和双边缺口拉伸(DENT)试验分别评价了沥青的低应变流变性能和高应变延性断裂性能。另外,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验对比了温拌剂加入前、后沥青的分子结构。试验结果表明:3%及以上掺量的Sasobit会显著降低沥青的低应变流变性能和高应变延性断裂性能;ET-3100会略微降低沥青的抗延性断裂性能,但效果并不显著且与掺量无关;FTIR试验结果显示,温拌剂ET-3100减缓了沥青的老化程度,这表现为羟基C=O和亚砜基S=O的减少。

基于分数阶黏弹性模型的温拌改性沥青低温性能

基于分数阶黏弹性模型,通过低温弯曲梁流变试验(BBR)分析RH和Evotherm温拌剂对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青低温性能的影响。结果表明:利用BBR试验数据拟合出的分数阶黏弹性模型参数可较好地预估温拌改性沥青的蠕变柔量和蠕变速率;RH温拌剂可以提高SBS改性沥青的阻尼比和耗散能比,但Evotherm温拌剂在低于-18℃时不能够提高;因7种沥青按照阻尼比和耗散能比排序相同,故也可以将阻尼比作为温拌改性沥青低温性能的一种评价指标;RH可以改善沥青的蠕变柔量,提高黏性流动柔量,且掺量越高改善效果越好,但不能提高黏弹性比,故不能用黏弹性比评价温拌SBS改性沥青的低温性能,而Evotherm温拌剂的规律性不强;两种温拌剂都在低于-24℃时对SBS改性沥青的低温性能改善不佳。