生物基温拌高黏沥青及混合料性能研究

采用自主研发的生物基稳定剂与生物基温拌剂,制备了两种生物基温拌高黏沥青(HVA70、HVA105),并对其润湿特性、物理性能、微观特性与流变性能进行了对比分析;在此基础上,在不同的降温幅度下制备了高黏沥青混合料,以空隙率为指标分析了混合料的合理降温幅度;最后,通过路用性能测试验证了生物基温拌高黏沥青混合料的性能优势。结果表明:与HVA0相比,在相同温度下,生物基温拌高黏沥青具有更小的接触角,能更好的与集料裹附,实现更好的铺展与润湿作用;生物基温拌高黏沥青相容性更佳,且温拌剂与其它组分之间能够发生反应;生物基温拌高黏沥青具有更好的低温抗裂性、施工和易性、抗永久变形能力;以HVA70和HVA105为胶结料降温幅度分别达20℃和30℃的前提下仍具有更优的高、低温和抗水损害性能。

速溶高黏改性剂制备高黏沥青的性能评价

针对国内现有高黏沥青生产效率低,在生产制备过程中,需要循环过磨剪切数次(SBS改性沥青生产仅需一次过磨即可)等问题,自主研发一种新型速溶高黏沥青,改性剂在180~185℃温度下,只需要搅拌就可以溶化。并对速溶高黏沥青的路用性能和流变性能展开试验研究,沥青性能试验表明,速溶高黏沥青具有较高的软化点和黏度并且不影响施工和易性,与SBS改性沥青相比,具有良好的高低温流变性能和抗疲劳性能。设计SMA-13沥青混合料并进行混合料试验研究,结果表明速溶高黏沥青混合料路用性能优异。

沥青粘滞性对混合料蠕变特性的影响

从解决沥青路面的车辙、拥包等问题出发，研究了沥青混合料的蠕变特性、沥青结合料的剪切蠕变，以及沥青混合料的劲度模量与沥青粘度的关系。研究结果认为，现行的马歇尔试验方法不足以评价沥青混合料的热稳定性；蠕变试验能充分反映沥青混合料的粘流性质，说明沥青路面产生车辙的机理；沥青结合料的粘度对混合料的抗永久变形能力有直接影响，因此抗车辙沥青结合料必须具备足够的粘度。

基于力学流变特性的高模量沥青老化性能研究

为更加深入了解高模量沥青老化后动态流变特性,选取3种常用高模量沥青进行旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)和压力老化(PAV),利用动态剪切流变(DSR)和低温蠕变(BBR)试验对不同老化状态沥青进行应变扫描、黏弹性累计变形及低温蠕变分析。结果表明:力学流变参数G′、tanδ和延迟弹性恢复指标εp/εL能精确反映高模量沥青老化前后力学性能,低温蠕变感温性指标AlgS、Algm与温度具有较好相关性,且老化降低了高模量沥青低温感温性;对于抗老化性能,基于不同力学流变评价指标的分析结果有差异,低温指标与中、高温指标反应的耐老化性相反。总之,对高模量沥青的抗老化性能分析,建议选择合理试验参数,结合主导因素指标进行综合评价。

高温高湿盐环境下SBS改性沥青胶浆的高温性能

基于自行设计的室内盐蚀干湿循环试验,采用动态剪切流变仪,对SBS改性沥青胶浆进行温度扫描试验和多重应力重复蠕变恢复(MSCR)试验.以3.2 kPa应力下的不可恢复蠕变柔量Jnr,3.2为胶浆高温流变性能评价指标,分析试验环境和干湿循环耦合作用对胶浆流变性能的影响.采用灰色关联理论,探究Jnr,3.2与常规流变参数、干湿循环次数及试验环境之间的关联性.结果表明,随着盐蚀干湿循环次数的增加,胶浆的复数切变模量、车辙因子及Jnr,3.2均呈增大趋势,相位角和蠕变恢复率呈减小趋势.在同种试验条件下,硫酸盐环境对胶浆高温性能的影响最大.Jnr,3.2与改进型车辙因子、试验环境的灰色关联度最大,关联度系数均大于0.93.建议采用日常清扫、定期洒水冲洗的方式来减小路面盐分的积累,提高高温高湿环境中沥青路面的抵抗变形的能力.

有机化蒙脱土改性生物沥青的流变性能研究

为探究生物油改性效果及改善生物沥青的性能表现,采用生物油和有机化蒙脱土为原料,分别制备生物沥青和有机化蒙脱土改性生物沥青,利用流变性能试验、布氏黏度试验和多应力蠕变性能试验,揭示生物油和有机化蒙脱土对沥青的改性机理。研究结果表明:生物油与石油沥青具有良好的相容性,生物油改性后生物沥青的高温抗永久变形能力和低温抗裂性能较好,黏度稍有提高;有机化蒙脱土可形成独特的片层结构吸收沥青组分,沥青中重组分含量增加,掺加有机化蒙脱土后,改性生物沥青高温抗永久变形能力进一步改善,黏度提升效果显著,达基质沥青的2倍以上,但低温性能受到影响。

橡胶改性沥青流变性能及存储稳定性研究

采用动态剪切流变仪、弯曲梁流变仪对国创90号,SK 90号和Shell 90号3种基质沥青制备的橡胶改性沥青的常规技术性能、高低温流变性能、抗老化性能和存储稳定性进行研究。结果表明,SK 90号橡胶改性沥青的常规技术性能优于其他两种橡胶改性沥青。64℃时SK 90号橡胶改性沥青的高温抗变形性能最优,但其对温度的敏感性更大,随着温度继续升高,其高温性能劣于国创90号橡胶改性沥青和Shell 90号橡胶改性沥青。国创90号、SK 90号和Shell 90号橡胶改性沥青的高温分级分别为76,82和82℃,而低温分级均为-28℃。但劲度模量和蠕变速率的变化趋势表明,低温抗裂能力由强到弱依次为SK 90号橡胶改性沥青、Shell 90号橡胶改性沥青和国创90号橡胶改性沥青。3种橡胶改性沥青在0~12h内为离析程度最大的时间段;且以SK 90号橡胶改性沥青的热存储稳定性最优。

基于复合改性的高模量沥青高温和流变性能研究

考察了自主研制的高模量沥青高温性能和流变性能,并把其与秦皇岛AH-70及北京地区常用的SBS改性沥青进行了对比研究。结果表明:高模量沥青具有硬质沥青特性,高温性能突出,且明显大于SBS改性沥青和秦皇岛AH-70沥青;高模量沥青的60℃零剪切黏度显著大于SBS改性沥青和秦皇岛AH-70,且在非牛顿流体区域的剪切变稀作用小于SBS改性沥青和秦皇岛AH-70;高模量沥青的不可回复蠕变柔量Jnr极低,表现了良好的高温性能,且应力敏感系数较Jnr-diff低,对应力敏感性小;在试验温度和频率范围内,高模量沥青的复数模量均显著大于SBS改性沥青和秦皇岛AH-70,随温度增大,频率降低,三种沥青的复数模量均呈增加趋势,三种沥青对温度和频率的敏感性大小顺序均为:高模量沥青<SBS改性沥青<秦皇岛AH-70。

基于流变学的高黏改性沥青高低温性能研究

为了研究高黏改性沥青的高低温流变特性,选择3种高黏改性沥青为研究对象,通过温度扫描试验、多应力重复蠕变试验和弯曲梁蠕变试验,分别研究了高黏改性沥青的高低温性能。结果表明,高黏改性沥青均具有较高的车辙因子,其中成品高黏改性沥青的车辙因子最高;多应力重复蠕变试验可以反映沥青抵抗永久变形的能力,成品高黏改性沥青的抗永久变形能力最强;高黏改性沥青的蠕变劲度、蠕变速率与温度呈指数关系,高黏改性沥青的蠕变劲度明显优于基质沥青,成品高黏改性沥青的低温连续分级温度最高,其低温流变性能最好。

用于排水沥青路面的高黏度改性沥青的制备及性能

为制备出适用于排水沥青路面的高黏度改性沥青,并降低使用成本,运用熔融共混工艺,将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、天然增黏树脂(TR)以及少量增塑剂混炼得到新型热塑性高黏度改性剂(N-HVM),用其制备新型高黏度改性沥青(N-HVA),并对其改性效果进行研究。选用传统TPS-HVA、SINOTPS-HVA作为对照组进行对比分析。首先通过针入度、软化点、5℃延度、60℃动力黏度、135℃布氏黏度、弹性恢复试验研究不同N-HVM掺量对沥青常规物理性能的影响,确定出N-HVM的最佳掺量范围;其次通过黏度试验分析高黏度改性沥青的黏流特性,借助傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验、差示扫描量热(DSC)试验探析高黏度改性沥青的改性机理;最后利用动态剪切流变(DSR)试验和弯曲梁流变(BBR)试验评价高黏度改性沥青的高低温流变性能。试验结果表明:N-HVM最佳掺量(质量分数,下同)范围为14%~18.5%,制备的高黏度改性沥青常规物理性能满足规范要求。N-HVM的成本仅为市售高黏改性剂TPS、SINOTPS的30.8%、67.1%,能够显著降低高黏度改性沥青的使用成本。基质沥青与N-HVM共混过程中既存在物理改性,同时伴随有化学反应的发生。N-HVA的黏流活化能Eη小于TPS-HVA、SINOTPS-HVA,具有更好的温度稳定性及施工和易性。相比于TPS和SINOTPS,N-HVM对沥青的高低温性能改善效果更为显著,改性后的沥青具有优异的高温抗车辙性能和低温柔韧性。

基于灰色关联分析的树脂与弹性体高黏沥青高温性能评价

通过透射电子显微镜扫描(TEM)、流变试验,以及常规性能测试,分析树脂高黏沥青与弹性体高黏沥青的路用性能及改性机理。采用流变仪分别进行不同掺量(3%、5%、8%)下两种高黏沥青的多重应力蠕变恢复试验(MSCR)、温度扫描试验和动态频率扫描试验,并采用Cross模型和Carreau模型对动态频率扫描结果进行拟合,得到沥青60℃零剪切黏度(ZSV)。进一步对高黏沥青胶结料试验指标与车辙动稳定度进行灰色关联分析。结果表明:树脂类高黏改性沥青主要由内部形成的结晶体起到增黏效果,弹性体改性沥青由改性剂与基质沥青形成的三维弹性结构起到增黏效果;树脂类高黏改性沥青在线性弹性区间有很好的改性效果,但在非线性弹性区间由于结晶体熔化,改性效果不如弹性体高黏沥青;Cross模型得到的ZSV拟合值大于Carreau模型;高黏沥青软化点和蠕变恢复率与沥青混合料车辙动稳定度有显著相关性,可以很好地评价高温路用性能,而不可恢复蠕变柔量和相位角的相关性较差。

高黏改性剂对沥青流变性能的影响

为了更好地将高黏改性剂应用于排水沥青路面和沥青混合料抗车辙设计中,通过在基质沥青中掺加不同种类及不同剂量的高黏改性剂制备高黏改性沥青。将质量分数为4%,8%和12%的3种高黏改性剂掺入基质沥青中,采用DSR和BBR试验分析了高黏改性剂对沥青的高、低温和疲劳流变性能的影响,得出高黏改性剂对沥青PG分级结果的影响规律。结果表明,添加高黏改性剂可显著提高沥青的车辙因子G*/sinδ,且随高黏改性剂掺量的增加G*/sinδ逐渐提高。相对日本TPS高黏改性剂,国产高黏改性剂可更显著提高沥青高温性能。采用国产高黏改性剂制备的高黏改性沥青老化后G*/sinδ提高幅度较大,抗老化能力相对较弱,但随温度提高,老化后高黏改性沥青的G*/sinδ衰变较快;高黏改性剂可降低弯曲劲度模量S,同时也降低了m值,综合来说高黏改性剂降低了沥青的低温流变性能。高黏改性沥青的低温分区取决于m值;不同高黏改性剂及其掺量对沥青的疲劳性能影响不同,一定掺量下TPS和H型高黏改性剂对沥青的疲劳性能具有提高作用,但是R型高黏改性剂对沥青的疲劳性能产生了不利影响。高黏改性沥青的G*/sinδ,G*sinδ,S值和m值随温度的升高呈现指数分布。高黏改性沥青的PG分级结果表明,高黏改性剂的掺入主要改变了沥青的PG分级中的高温分级结果,对低温分级结果几乎无影响。

基于动态流变法的温拌高黏改性沥青中高温性能研究

为了探究两种温拌剂RH和JY-W1对高黏改性沥青流变性能的影响规律,提出了高黏改性沥青与两种温拌高黏改性沥青的制备方法。结合原样PG高温试验、温度扫描试验、频率扫描试验、多应力重复蠕变恢复(MSCR)试验,从抵抗永久变形、蠕变恢复及沥青材料的动态响应等方面对两种温拌高黏改性沥青和原样高黏改性沥青进行了中高温时流变性能的分析评价。结果表明:高黏改性沥青和温拌高黏改性沥青的制备,需要将制备时间、剪切速率、温度等参数严格控制在合理的范围之内,外观应无杂质,并保证沥青基本性质满足要求;两种温拌剂及其不同掺量对高黏改性沥青恢复性能和高温抗车辙性能的影响程度不同,两种温拌高黏改性沥青的蠕变恢复性能和抗变形能力总体好于高黏改性沥青,两种温拌剂在一定的应力和温度范围内可以改善高黏改性沥青的高温性能;相比较两种温拌高黏改性沥青,RH温拌剂在高黏改性沥青中抵抗永久变形的表现更为突出,尤其掺量为4%时;温度较低时,JY-W1温拌高黏改性沥青的抗剪切变形能力高于RH温拌高黏改性沥青,其中最为突出的是0.4%的掺量;两种温拌剂对沥青抗剪切变形能力的影响程度不同,G都会随着扫描频率的增加逐渐增大,并且随温度升高表现为下降态势;高黏改性沥青在低温时表现更好的弹性,JY-W1温拌剂相对RH温拌剂对高黏改性沥青的抗剪切变形作用影响更大。