MSCR试验对不同老化程度高黏沥青高温性能分析

基于多重应力蠕变恢复试验(MSCR)研究3种高黏沥青在不同老化程度下的高温性能的影响,采用蠕变恢复率及不可恢复柔量评价不同老化条件下高黏沥青高温抵抗外界荷载作用能力,并分析高黏沥青的应力敏感性。研究表明:经短期老化与长期老化后,高黏沥青老化后变得更坚硬,且Ⅰ型高黏沥青在不同应力和不同老化条件下抗变形能力最优。不同老化条件下,Ⅰ型与Ⅱ型高黏沥青的平均蠕变恢复率均高于SBS改性沥青,平均不可恢复柔量均小于SBS改性沥青,表明添加高黏改性剂对提高沥青的弹性恢复性能与高温抗流动变形能力具有明显作用。3种高黏沥青在不同老化程度下的应力敏感性大小为Ⅱ型<Ⅰ型<SBS改性沥青,与其蠕变恢复率大小顺序相反,说明应力敏感性与平均蠕变恢复率具有良好的负相关性。结果表明:多重应力蠕变恢复试验考虑不同老化条件下高黏改性沥青的高温黏弹特性,采用平均蠕变恢复率、平均不可恢复柔量和应力敏感系数指标,对全面评价高黏改性沥青的不同老化程度下高温性能具有重要作用。

基于MSCR的基质沥青老化高温性能

针对50#、70#、90#三种基质沥青,采用旋转薄膜烘箱试验模拟沥青不同老化时间;基于多应力蠕变恢复试验(MSCR),在两种不同测试应力、三种不同测试温度下测得各沥青试样的不可恢复蠕变柔量J_(nr)和变形恢复率R,进行老化高温性能变化规律分析。试验发现:三种沥青的J_(nr)和R均符合老化动力学变化规律,其中90沥青J_(nr)、R老化速率均最大;测试温度、应力越大,沥青抗变形能力下降。

基于MSCR试验的温拌阻燃沥青高温性能评价与分级

本研究利用70号道路石油沥青和SBS改性沥青,将温拌剂(Sasobit)、氢氧化铝(ATH)和有机蒙脱土(OMMT)与沥青复配,制备成三种不同阻燃剂掺量(质量分数)的温拌阻燃沥青,采用多应力蠕变恢复(MSCR)试验开展对温拌阻燃沥青高温性能的评价。分别对温拌阻燃沥青在60℃下的应变变化、蠕变恢复率(R)、不可恢复蠕变柔量(J_(nr))及其相应应力敏感性指标(R_(diff)、J_(nrdiff))进行分析,并依据AASHTO M 332-20标准对不同阻燃剂掺量的温拌阻燃沥青进行交通分级。结果表明:随着阻燃剂掺量的提高,两种类型沥青的应变值减小,J_(nr)值呈减小趋势,R值呈增大趋势;阻燃剂掺量较低时,提高其掺量对沥青结合料的高温性能改善效果更加明显;温拌阻燃沥青(道路石油沥青)的J_(nr3.2)值不满足AASHTO标准中“≤4.5”的要求。温拌阻燃沥青的J_(nrdiff)值均能满足AASHTO标准中“≤75%”的要求。温拌阻燃沥青(道路石油沥青)未达到标准交通要求而无法分级,温拌阻燃沥青(SBS改性沥青)在4%阻燃剂掺量下达到特重交通的标准,在8%、12%掺量下达到极重交通的标准,因此温拌阻燃沥青(SBS改性沥青)的高温性能更好。基于对温拌阻燃沥青蠕变力学指标、高温交通分级和经济性的综合考虑,推荐复配阻燃剂(ATH、OMMT的质量比为3∶1)的最佳掺量为8%。

基于MSCR的再生沥青高温本构模型建立与评价

通过多重应力蠕变恢复(MSCR)试验计算了不同再生剂掺量下再生沥青的高温黏弹性特征参数,然后采用3种黏弹性本构模型分别构建了再生沥青高温本构模型,并结合主成分分析(PCA)模型评价了适用于再生沥青高温性能研究的本构模型.结果表明:Burgers模型和三参数固体模型在评价再生沥青高温性能时,特征参数呈现显著的交替波动性,而四参数固体模型具有较好的稳定性;PCA模型发现四参数固体模型比Burgers模型和三参数固体模型具有更显著的评价效果,验证了采用四参数固体模型评价再生沥青高温性能的可靠性.

基于MSCR试验的改性沥青高温性能评价

应用多应力蠕变恢复(MSCR)试验,对SBS改性沥青、胶粉改性沥青和高强沥青在不同温度下的不可恢复蠕变柔量Jnr与应力敏感性指标Jnr-diff进行了分析,依据AASHTO MP19-10标准对3种改性沥青进行了交通分级,并采用改性沥青混合料三轴动态蠕变试验进行了验证.结果表明:在非线性范围内应力和温度对改性沥青抗永久变形能力的影响具有等效性;随着温度的升高,改性沥青流变性能的线性范围逐渐变窄,应力敏感性更为显著;胶粉改性沥青在低应力区间的高温性能优秀,但是其线性范围很小,当应力或温度提高时胶粉改性沥青的流变性能迅速进入非线性范围,高温性能急剧衰减;不同应力和温度下改性沥青高温性能的排序发生改变,基于AASHTO MP19-10标准的交通分级能够反映改性沥青的这一特性.

温拌剂对沥青流变学特性的影响及其作用机理

为了研究温拌剂对SBS沥青流变性能的影响及其作用机理,首先,通过DSR试验对掺加不同量(1%、3%、5%)温拌剂的SBS沥青的高温流变性能进行了研究,通过频率扫描,构造了沥青主要流变参数主曲线,并分析了不同温度和频率条件下各改性沥青的流变性能,基于频率扫描结果,分析了温拌剂对SBS沥青内部相态变化的影响;通过温度扫描研究了温拌沥青的感温性能。其次,通过MSCR试验研究了SBS沥青和温拌沥青的弹性恢复能力。最后,通过FTIR试验和AFM试验研究了温拌剂对SBS沥青内部化学结构和表面微观形貌的影响。研究结果表明,温拌剂通过增加高温低频区域的弹性模量改善了SBS沥青的高温抗变形能力,降低了感温性能,并显著提高了弹性恢复能力;此外,温拌剂的掺入增加了SBS沥青中轻质组分的含量,提升了微观结构的稳定性和均匀性,使SBS沥青逐渐向单相体系发展。

高强高韧改性沥青及其混合料路用性能研究

以SBS和PE作为主要改性剂进行高强高韧改性沥青的制备,通过复合改性工艺以期达到沥青高低温使用性能均衡提高的目的,对制备完成的高强高韧沥青进行常规性能和流变学试验,分析认为以复合改性工艺制备的高强高韧改性沥青具有优良的高温与低温路用性能。进行了AC-25级配高强高韧改性沥青混合料的配合比优化设计及性能验证试验,试验结果表明高强高韧改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料相比具有优异的综合路用性能。

钢桥面铺装常用改性沥青高温性能关键指标分析

通过多应力蠕变恢复(MSCR)试验,分析了3种高性能改性沥青(A、B、C沥青)和SBS改性沥青(D沥青)的不可恢复蠕变柔量(J_(nr))、蠕变恢复率(R)及相应的应力敏感性指标;通过室内车辙试验和动态蠕变试验,分析了4种改性沥青混合料的高温抗变形性能指标及其相关性.结果表明:与B、D沥青相比,A、C沥青在不同应力条件下的J_(nr)值较小,R值较大,对应力的敏感程度较低;A、C沥青混合料的高温性能要明显优于B、D沥青混合料;相较于室内车辙试验,动态蠕变试验与改性沥青J_(nr)、R之间的相关性更好;使用高应力(3.2、6.4、12.8 kPa)条件下MSCR试验获取的J_(nr)及R值来评价改性沥青混合料的高温性能较为合理;A、C沥青的应用可以显著提升钢桥面铺装磨耗层的高温稳定性.

改性乳化沥青高温性能研究

为了反映改性乳化沥青蒸发残留物的高温性能,基于常温蒸发的获取方式,采用软化点试验、PG分级试验和多重应力蠕变恢复(MSCR)试验对改性乳化沥青蒸发残留物的高温性能进行评价.研究结果表明:软化点试验和PG分级试验的结果一致,高温改善效果由高到低分别是SBR>CR>重庆牌>北京牌>丙烯酸;MSCR试验的结果表明,重庆胶乳改善高温性能的效果最明显.

基于动态剪切流变试验的沥青高温性能评价

沥青的高温稳定性作为沥青路面材料设计的输入参数之一,能够保证沥青路面使用寿命内不发生严重车辙病害。为了探究沥青的高温黏弹性行为,选取三种基质沥青和两种改性沥青,利用动态剪切流变仪(DSR)对其高温性能进行测试。对比了不同沥青的软化点、PG高温分级结果和多应力重复蠕变试验(MSCR)实验结果的一致性。试验结果表明,采用不同实验所得的结果具有一致性,改性沥青的高温性能优于基质沥青。改性沥青的软化点、车辙因子(G*/sinδ)和蠕变回复率(R)均大于基质沥青,而不可回复蠕变柔量(J_(nr))小于基质沥青。此外,基于DSR的测试指标相比针入度和软化点能够更好地表征沥青的黏弹性性能,并且更好地模拟在实际路面上车辙的产生发展过程。

基于MSCR试验及Burgers模型分析的沥青高温性能评价

采用多种沥青样品,通过旋转薄膜加热试验(RTFOT)、多应力重复蠕变恢复(MSCR)试验、车辙因子(G*/sinδ)测定以及Burgers模型对不同状态的沥青进行高温性能评价研究。结果表明,由于不同沥青间分子链段及相态结构的不同使改性沥青的不可恢复蠕变柔量差(Jnrdiff)远大于石油沥青,原样改性沥青的Jnrdiff随温度升高呈现无序性;改性沥青老化样品应力敏感性急剧下降,不可恢复蠕变柔量随着温度的升高呈现出逐渐升高的趋势;石油沥青旋转薄膜老化试验前后Jnrdiff变化幅度小,原样石油沥青Jnrdiff随温度的升高逐渐增大的趋势。采用Burgers模型对MSCR试验单循环蠕变加载曲线进行拟合,拟合计算采取固定值与非固定值拟合两种方式,非固定拟合参数法计算的变形分量误差大;将黏性分量(Gv)作为固定值,其他3个参数作为自由变量进行拟合计算,可以消除黏性变形误差大的问题,同时将总变形误差控制在较低程度范围,大大减小拟合误差。由于石油沥青在动态加载及静态蠕变状态下的高温变形都以黏性变形为主导,因此G*/sinδ,Gv评价石油沥青具有高度一致性;改性沥青因为改性剂种类差异,其增强高温性能的机理不同,评价改性沥青不一致。Gv增大了沥青个体间差异程度,进行沥青高温横向对比选择时,更加有利于增弹性改性沥青,而不利于增黏性改性沥青。