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.

基于MSCR试验的生物沥青高温性能评价

通过高温分级试验和多应力蠕变恢复试验,研究了不同生物质重油掺量及温度下生物沥青的PG高温分级、不可恢复蠕变柔量、蠕变恢复率和应力敏感性,对比分析了基于AASHTO MP 19标准的生物沥青高温性能分级,并采用车辙试验验证了生物沥青混合料的高温性能.结果表明:综合等车辙因子临界温度对生物沥青的原样沥青的等级划分效果明显;生物沥青的恢复率较基质沥青和S100沥青大,蠕变柔量较基质沥青和S100沥青小;生物沥青的不可恢复蠕变柔量和蠕变恢复率应力敏感性随生物质重油掺量的变化不呈现明显规律,但应力敏感性随温度的升高而增大;64℃可作为低掺量生物沥青高温分级的基准温度.

基于MSCR试验的SBS改性沥青高温性能评价

对不同老化程度的SBS70^(#)改性沥青进行多重应力蠕变恢复试验(MSCR),结果表明:随着温度的增加,老化前后SBS70^(#)改性沥青的J_(nr)呈现出增大的趋势,而R则呈现出减小的趋势;J_(nr)对应力的敏感性较高,而R对应力的敏感性较低;当试验温度为58℃和64℃时,老化前后SBS70^(#)改性沥青的J_(nr)0.1和J_(nr)3.2值随着老化时间的增长呈现出先增大后减小的趋势,在老化时间为40 min时,J_(nr)0.1和J_(nr)3.2值最大;当试验温度为70℃时,老化前后SBS70^(#)改性沥青的J_(nr)0.1和J_(nr)3.2值也随着老化时间的增长呈现出先增大后减小的趋势,在老化时间为85 min时,J_(nr)0.1和J_(nr)3.2值最大。

基于MSCR试验的橡胶改性沥青高温性能

为了准确地反映橡胶改性沥青的高温性能,采用多重应力蠕变恢复(MSCR)试验对橡胶改性沥青的高温性能进行评价。研究结果表明:随着胶粉掺量的增大,橡胶改性沥青的不可恢复蠕变柔量J_(nr)呈减小趋势,变形恢复率R呈增大趋势。R对温度的敏感性较低,J_(nr)对温度的敏感性较大,增大胶粉掺量能够减小J_(nr)对温度的敏感性。AASHTO M332-14标准中的J_(nr)分级指标不适用于所有改性沥青,其适用性应视具体的改性剂而定。

基于MSCR试验的沥青恢复率修正算法研究

多重应力蠕变恢复(MSCR)试验作为评价沥青高温性能的规范试验方法已得到了广泛认可.然而在对基质沥青进行MSCR试验时,恢复率计算值可能出现负值,恢复率为负显然不符合基本的黏弹性理论和黏塑性理论.针对恢复率出现负值情况,提出一种修正的恢复率计算方法,保证沥青的恢复率计算值始终为正.在采用动态剪切流变仪对三种基质沥青和两种改性沥青进行MSCR试验后,参考《AASHTO T 350-14》中的方法计算出每种沥青的恢复率,计算结果表明:三种基质沥青的恢复率均在某一应力水平下出现了负值.分析基质沥青恢复率出现负值的原因发现,仪器的实际卸载时间相对于设定卸载时间出现了一定程度的时间延迟,沥青试样实际加载结束时间处于第1~1.1 s.据此,文中提出了一种沥青恢复率的改进计算方法,该计算方法分为两步:①确定延迟时间;②根据延迟时间计算加载结束时的应变并进一步计算恢复率.采用本文提出的方法计算得到的基质沥青的恢复率均为正值,从而验证了修正方法的可行性.

基于MSCR试验的石墨烯复合橡胶改性沥青抗老化性能研究

为了评价石墨烯复合橡胶改性沥青(GRS)的高温抗变形能力随老化时间的变化规律,分别选取SBS改性沥青、橡胶复合改性沥青及石墨烯复合橡胶改性沥青,进行原样及热氧老化20h(TFOT5h+PAV20h)、40h(TFOT5h+PAV40h)和60h(TFOT5h+PAV60h)的多应力重复蠕变试验(MSCR)。结果表明,在同一温度对应相同蠕变加载应力状态下,GRS改性沥青的Jnr最小,SBS改性沥青的Jnr最大。GRS改性沥青有更好的高温抗变形能力,PAV老化60h后,GRS改性沥青的R3.2kPa最大,Jnr-3.2kPa最小,对热氧老化作用敏感度最低。

沥青胶浆的MSCR试验研究

多应力重复蠕变试验能够充分考虑到胶浆的延迟弹性,因此用试验所得的不可恢复蠕变柔量Jnr和不可回复蠕变柔量差值Jnr-diff来评价沥青胶浆的高温性能。结果表明矿粉的加入使不可恢复蠕变柔量减小,提高基质沥青胶浆和高黏沥青胶浆的高温性能。试验还发现可用不可恢复蠕变柔量差为0来判断基质沥青胶浆的最大粉胶比。

基于MSCR试验评价SBS改性沥青的老化特征

为研究SBS改性沥青在不同老化程度时的性质,该文制备了5种不同SBS含量的改性沥青,利用薄膜烘箱试验(TFOT)、压力老化试验(PAV)进行模拟老化,通过多应力重复蠕变恢复试验(MSCR)等方法分析不同老化程度时的流变学特征。研究结果表明:MSCR可以反映改性沥青与基质沥青在流变学性质上的不同;改性沥青的老化程度与老化温度并非严格正相关,当拌和温度大于163℃时,老化程度明显加快,R对改性剂的老化敏感性强于J_(nr);高SBS含量的改性沥青具有更优的整体性能,但是随着老化程度的加深,改性剂带来的性能优势逐渐弱化。

马来酸酐接枝反应及其对沥青性质的影响

通过均匀设计实验对酸酐化反应条件进行优化,利用FTIR,AFM等方法对反应前后沥青的常规性质、流变性质、化学组成、微观形貌变化等进行了研究。实验结果表明,在最佳反应条件(反应温度180℃、马来酸酐加量2%(w)、反应时间4.67 h、反应压力0.14 MPa)下,反应转化率可超过90%;酸酐化反应可以提高沥青弹性成分的占比,改善沥青的高温抗车辙性能、应力敏感性能,但对温度敏感性不利;改性沥青的胶质、沥青质增多,饱和分、芳香分下降,胶体结构由溶胶型向凝胶型转变;改性沥青中的蜂状结构高且锋利、数量更多、分布更密集,酸酐化反应使沥青质发生团聚,形成了强极性的胶团结构。

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。

高温剪切时间对废橡胶-沥青相容性的影响

废弃橡胶与沥青之间的相容性决定了橡胶沥青的工程性能。在180℃和1 h、5 h条件下采用废弃轮胎橡胶粉分别对沥青进行短期和长期剪切改性,通过胶粉残余量、动态剪切流变和多重应力蠕变恢复等试验及傅里叶变换光谱表征,研究高温剪切时间对橡胶-沥青相容性的影响。结果表明:在180℃高温条件下,剪切时间从1 h延长至5 h,橡胶沥青的胶粉残余量和特征官能团无明显变化,且改性沥青的高温性能和黏弹性能也无明显改善。高温剪切时间的延长不能促使橡胶发生明显降解而改善橡胶与沥青之间的相容性。

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。

基于流变特性的橡胶沥青性能研究

以橡胶沥青为研究对象,采用动态剪切流变仪,获取橡胶沥青的流变参数,建立复数模量主曲线,针对胶粉细度和沥青标号对其性能的影响进行分析,通过开展应力重复蠕变恢复试验,对橡胶沥青的高温性能进行研究。

矿粉对沥青胶浆的性质影响及作用机理

利用常规分析方法及流变测试技术,对普通石油沥青胶浆与SBS改性沥青胶浆进行性能评价和机理探讨.试验发现,沥青胶浆的力学强度和黏弹性变化源于其组成之间的相互作用,2种沥青胶浆在黏弹性组成上有差异,并导致不同的应力响应特点;在高温高频状态下,沥青胶浆内部损耗行为随着粉胶比的增加而提高,胶浆体系更容易被破坏;从沥青胶浆的结构稳定性和损耗特性入手,如相位角的变化,可以更好地研究矿粉对沥青胶浆的影响机制;可利用多应力重复蠕变回复试验中的不可回复柔量差,进行沥青胶浆的最大粉胶比判断.

溶解性胶粉改性沥青与SBS的交联反应研究

采用凝胶渗透色谱、红外光谱、荧光显微镜等从化学和微观角度对TB+SBS复合改性沥青进行观测,对其反应机理进行分析,并采用动态震荡和多应力蠕变恢复试验对其流变性能进行评价,最后采用汉堡车辙试验对其混合料高温稳定性进行验证,以期找到高温性能俱佳的掺配比例.结果表明:TB+SBS复合改性沥青的最佳配合比为:w(胶粉)为20.0%,w(SBS)为3.0%;SBS的掺加使TB沥青产生了交联反应,相对分子质量增大,弹性恢复能力增强,从而使其混合料的高温性能得到大幅提升.考虑TB沥青在经济和环保方面的优势,其具有一定的工程应用潜力.

沥青高温指标与其高温路用性能的相关性研究

以5种石油沥青为原料,以车辙试验作为评价高温路用性能的基准,考察了软化点、60℃黏度、动态剪切和重复蠕变试验,表征沥青高温路用性能的准确性和有效性。通过关联和比较表明,软化点在表征沥青高温性能时具有一定的局限性,当两沥青软化点差小于1.0℃,软化点的高低不能反应沥青的高温性能。由于5种沥青黏度相差较大,试验仅得出当两沥青黏度差大于平均值的7.56%时,黏度大小可以表征沥青高温性能。动态剪切试验可以很好地对沥青进行不同温度等级的划分,对于同一温度等级的沥青而言,可以采用重复蠕变试验进行评价,动态剪切和重复蠕变试验的联合应用,可以准确有效地评价沥青的高温路用性能。