基于流变学与黏弹性理论的温拌胶粉改性沥青的高温性能研究

基于流变学与黏弹性理论,对不同温拌剂及温拌剂掺量的温拌胶粉(WCR)改性沥青与胶粉(CR)改性沥青进行高温动态剪切流变试验(DSR)与重复荷载恢复试验(RCRB),并对WCR改性沥青的高温性能进行评价。结果表明:两种温拌剂的加入都可以提高沥青的高温性能,沥青的复数剪切模量G*变大,相位角δ减小,改进的车辙因子G*/(sinδ)9增大;且随每种温拌剂掺量的增加,表面活性剂(SDYK)型WCR改性沥青的高温抗变形能力呈先增大后减小的趋势,降粘剂(EM)型WCR改性沥青的高温抗变形能力呈逐渐减小的趋势。在相同温度和应力水平下,两种温拌剂的加入均会提高沥青的黏性部分Gv值,且SDYK型WCR改性沥青的Gv值在SDYK掺量为0.6%(质量分数,下同)时出现峰值,EM型WCR改性沥青的Gv值在EM掺量为1%时达到峰值;0.6%SDYK掺量与1%EM掺量的WCR改性沥青的高温性能均较好。对比相同温度和应力水平下,0.6%SDYK掺量的WCR改性沥青的残余应变与初始应变比值(ε1/ε2)最小,具有最佳的变形恢复能力。通过层次分析法(AHP)对评价沥青高温性能指标的ε1/ε2、Gv、Z(黏弹指标)进行对比分析发现,Z具有最大的权重,推荐使用黏弹指标Z来评价WCR改性沥青高温性能。

基于Burgers模型的温拌胶粉沥青胶浆低温流变特性

为了研究热氧老化作用对SDYK表面活性剂型温拌胶粉改性沥青胶浆(SWCRM)和EM降黏剂型温拌胶粉改性沥青胶浆(EWCRM)低温流变特性的影响,对热氧老化后的SWCRM、EWCRM以及热拌胶粉改性沥青胶浆(HCRM)进行弯曲梁流变(BBR)试验.以劲度模量(S)与蠕变速率敏感指数(m)的比值S/m及基于Burgers模型的松弛时间(λ)和低温综合柔量参数(J_(c))为指标,分析老化作用对3种沥青胶浆低温流变特性的影响.结果表明:3种沥青胶浆热氧老化后的低温流变性能均减弱;采用Burgers模型研究沥青胶浆的低温流变性能是合理的;J_(c)能很好地描述沥青胶浆的低温流变性能;在-18℃时,EWCRM的S/m值和J_(c)值相较于HCRM分别下降了12.72%、8.58%,SWCRM的S/m值和J_(c)值相较于HCRM分别下降了30.09%、20.71%,说明温拌剂的加入会改善沥青胶浆的低温流变性能,且SDYK的改善效果优于EM.

表面活性剂对温拌胶粉改性沥青高低温性能的影响

为了研究表面活性剂(SYDK)对胶粉改性沥青(CR)高低温流变性能的影响,对添加不同SYDK掺量(0.4%,0.6%,0.8%)的60目胶粉改性沥青和混合目胶粉改性沥青进行动态剪切流变实验(DSR)和小梁弯曲蠕变劲度实验(BBR)。结果表明:SYDK的添加改善了胶粉改性沥青的高温性能,对混合目胶粉改性沥青高温性能的改善更显著,且SYDK掺量为0.6%的混合目胶粉改性沥青高温性能最佳。添加SYDK后,60目胶粉改性沥青应力松弛能力有所提高,低温性能有所改善,而混合目胶粉改性沥青的低温抗裂性变差,其中0.6%的SYDK掺量对其低温性能影响最小。综合考虑高低温性能指标,建议表面活性剂SYDK掺量选择0.6%。

疲劳荷载下冻融循环对CR-WMA开裂特性的影响

以温拌胶粉改性沥青混合料(CR-WMA)和热拌胶粉改性沥青混合料(CR-HMA)为研究对象,对经盐冻融循环和水冻融循环作用下的半圆试件进行三点弯曲重复加载试验,同时利用数字图像(DIC)相关技术对其开裂特性进行研究.结果表明:采用开裂位置附近点的水平应变(EXX)和以全场水平应变定义的损伤变量均可反映CR-WMA和CR-HMA在疲劳荷载作用下的抗开裂性能;CR-WMA和CR-HMA的抗疲劳开裂性能随着盐冻融循环和水冻融循环作用次数的增加而降低,且盐冻融作用对其影响大于水冻融作用;无论盐冻融还是水冻融作用,CR-WMA的抗疲劳开裂性能均优于CR-HMA.

温拌胶粉改性沥青高温性能研究

为系统研究胶粉细度、胶粉掺量以及拌合温度对温拌胶粉改性沥青高温性能的影响效果及规律,通过采用流变学原理,以胶粉细度、胶粉掺量、温拌剂掺量设计三因素三水平正交试验,进行动态剪切流变试验(DSR),以车辙因子为评价指标,确定温拌胶粉改性沥青的高温性能影响规律。结果表明:胶粉掺量是最主要影响因素,依次是胶粉细度和温拌剂掺量;胶粉改性沥青的高温性能随胶粉细度的增大而降低,随胶粉掺量和温拌剂掺量的增大而升高,当胶粉掺量达到17.5%,温拌剂掺量达到3%时,温拌胶粉改性沥青的高温性能提高效果已不明显。

盐冻融循环作用对温拌胶粉改性沥青砂浆低温性能影响

为研究盐冻融循环作用下不同种类温拌胶粉改性沥青砂浆的低温性能,对掺加表面活性剂SDYK型温拌胶粉改性沥青砂浆(CR-WMA-S)、降粘剂EM型温拌胶粉改性沥青砂浆(CR-WMA-E)和热拌胶粉改性沥青砂浆(CR-HMA)在不同盐浓度(质量分数:0%,8%)和冻融循环次数(0,5,10,15,20,25次)条件下进行低温小梁弯曲试验,并对其低温性能进行对比分析.结果表明:CR-WMA-S、CR-WMA-E和CR-HMA三种沥青砂浆经的低温力学性能随冻融循环次数的增加和盐浓度的升高而降低;三种胶粉改性沥青砂浆的低温抗裂性能表现为:CR-WMA-S和CR-WMA-E的低温抗裂性能优于CR-HMA,CR-WMA-S优于CR-WMA-E.

橡胶沥青温拌剂的开发与研究

制备了新型橡胶沥青温拌剂S,并从粘度、软化点、针入度、延度等方面研究了其用量对橡胶沥青性能的影响。采用4种试验,对比了温拌剂S与国外温拌剂的温拌性能,探讨了温拌剂S的降粘机理。结果表明,温拌剂S能显著降低橡胶沥青的高温粘度,提高橡胶沥青的软化点及针入度,还可提高橡胶沥青的抗老化能力、高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性。

紫外老化对温拌胶粉改性沥青砂浆开裂特性的影响

为研究紫外(UV)老化对温拌胶粉改性沥青砂浆(CR-WAM)开裂特性的影响,以SDYK表面活性剂型温拌胶粉改性沥青砂浆(CRS-WAM)、EM降黏剂型温拌胶粉改性沥青砂浆(CRE-WAM)及热拌胶粉改性沥青砂浆(CR-HAM)为研究对象,结合数字图像处理(DIC)技术、单边切口弯曲梁(SENB)试验与有限元方法,分析了UV老化时长对沥青砂浆开裂特性的影响.结果表明:UV老化后,沥青砂浆起裂点水平位移(U)和水平应变(EXX)、应力强度因子(K)及区域损伤因子(D)均增大,且随着UV老化时长的增加,其增长速率越来越快;CR-WAM的抗开裂、抗老化能力优于CR-HAM,CRS-WAM的抗开裂、抗老化能力最优,CRE-WAM次之;沥青砂浆的裂缝长度越长、越靠近跨中位置、倾斜角度越小,K值越大,应力集中越明显,越容易开裂.

盐冻融循环下温/热拌胶粉改性沥青混合料高低温性能研究

对温拌胶粉改性沥青混合料(CR-WMA)、热拌胶粉改性沥青混合料(CR-HMA)进行了三轴重复蠕变试验、小梁弯曲试验及弯曲蠕变试验,研究了其在盐冻融循环作用前后的高低温性能,并利用Burgers模型对蠕变数据进行了拟合分析。结果表明:随着冻融循环次数的增加,CR-WMA与CR-HMA的高低温性能均逐渐下降,在冻融循环次数为0~15次时高低温性能降低速度最快,之后变化趋于平缓,而CR-WMA比CR-HMA性能降低的速度要缓慢、程度要小;随着盐浓度的增加,CR-WMA与CR-HMA的高低温性能均逐渐下降,在盐浓度为8%(质量分数)时下降幅度达到最大,而CR-WMA比CR-HMA下降趋势要缓和。通过蠕变数据拟合出的粘弹参数变化规律也验证了上述结论,均表明掺加SDYK型表面活性剂温拌剂可有效地提高胶粉改性沥青混合料的高低温性能,使其抵抗盐侵蚀及冻裂病害的能力更佳。

温拌胶粉改性沥青低温性能及其与集料黏附性分析

通过弯曲梁流变(BBR)试验、接触角测量及原子力显微镜(AFM)测试等方法,从宏观和微观角度对老化前后温拌胶粉改性沥青(WCR)低温抗裂性及其与集料黏附性的变化规律进行研究,并以热拌胶粉改性沥青(HCR)作为对比。结果表明:随着老化程度的加深,HCR、WCR的蠕变速率(m)和弯曲蠕变劲度(S)的比值(m/S)减小,低温抗裂性能变差,WCR的低温抗裂、抗老化性能均优于HCR;老化前后HCR、WCR与三种集料的黏附性能大小依次为石灰岩>玄武岩>花岗岩,WCR与集料的黏附性均优于HCR;老化前后两种沥青的微观Derjaguin-Muller-Toporov(DMT)模量与低温流变参数(m/S)呈良好线性关系,且基于Johnson-Kendall-Roberts(JKR)力学模型得到的微观表面能、黏附功分别与基于表面能理论得到的宏观表面能、黏附功呈较强相关性。

基于温拌沥青技术的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/橡胶粉复合改性沥青应力吸收层层间性能

将3种不同的温拌剂添加到苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)/橡胶粉复合改性沥青中,并拌和相应的应力吸收层混合料成型后制得复合式试件,通过黏度试验评价了不同温拌剂对SBS/橡胶粉复合改性沥青降黏效果的影响,通过层间拉拔试验、剪切试验和剪切疲劳试验分析了温拌SBS/橡胶粉复合改性沥青混合料应力吸收层层间性能的变化特性。结果表明,温拌剂的降黏效果由优到劣的顺序依次为:Evotherm-3 G、Sasobit-LM、Aspha-min,温拌沥青技术并不影响常温环境下复合改性沥青应力吸收层层间的黏结性能和抗剪性能;高温及水浴环境会导致不同应力吸收层层间力学强度明显降低,且不同温拌剂复合改性沥青应力吸收层的层间拉拔强度和抗剪强度存在差异,其中温拌剂Evotherm-3 G和Sasobit-LM能够增强应力吸收层层间的力学强度;相对于SBS/橡胶粉复合改性沥青的应力吸收层,添加温拌剂会缩短应力吸收层混合料的层间剪切疲劳寿命,Sasobit、Aspha-min和Evotherm-3 G温拌复合改性沥青应力吸收层的层间剪切疲劳寿命分别缩短了约10.0%、17.4%和2.7%。

有机类温拌橡胶沥青流变改性机理研究

研究发现在不影响工程性能的条件下,有机类温拌剂能够明显的改变橡胶沥青的流变性能,但是人们对于温拌橡胶沥青的流变机理的研究却很少。研究选取40目的胶粉和PG64-22基质沥青在室内制备胶粉掺量为18%(外掺)的橡胶沥青,并以Sasobit为温拌剂制备温拌橡胶沥青。研究测定了橡胶沥青以及不同Sasobit掺量的温拌橡胶沥青的粘度、高温性能和中低温性能,并通过一些非常规的试验,包括组分试验、差热试验(DSC)、红外光谱,从化学组分和分子结构角度对橡胶沥青以及温拌橡胶沥青进行微观分析。试验结果表明,Sasobit和橡胶沥青没有发生复杂的化学反应,但它能够影响橡胶沥青的组分含量以及各组分的聚集状态,从而改变橡胶沥青的流变性能。

沥青路面研究与应用绿色技术进展

温拌沥青混合料、胶粉改性沥青混合料以及沥青混合料再生技术是沥青路面工程领域绿色技术的主要代表。系统介绍与分析这些绿色技术的特点、研究与应用现状,以利其大规模推广和应用。

泡沫温拌橡胶沥青混合料成型温度确定及路用性能研究

为研究泡沫温拌橡胶沥青混合料成型温度及其路用性能,选择江苏地区常用的AR-AC-13橡胶沥青混合料,分别在120℃、130℃、140℃、150℃和160℃下成型马歇尔试件,通过最佳空隙率法确定其成型温度,并通过车辙试验、低温小梁弯曲试验和冻融劈裂试验验证其路用性能。结果表明,泡沫温拌橡胶沥青混合料的成型温度为138℃,泡沫温拌技术可降低橡胶沥青混合料成型温度25℃以上,且其路用性能良好。

基于DIC技术的老化作用下温拌胶粉改性沥青胶浆低温抗裂性能研究

沥青胶浆对沥青混合料性能具有重要影响。为研究热氧老化作用对温拌胶粉改性沥青胶浆(WCRM)低温抗裂性能的影响,以热拌胶粉改性沥青胶浆(HCRM)作为对比试件,采用数字图像相关(DIC)技术对单边切口弯曲梁试验(SENB)中2种试件的开裂全过程进行图像采集,利用Vic-3D软件计算加载过程中试件的水平应变,从宏细观相结合的角度定量分析沥青胶浆的抗裂性能。对比分析沥青胶浆的荷载-位移(L-D)曲线和水平应变-时间(Exx-t)曲线,通过在细观尺度下胶粉改性沥青胶浆裂纹萌生和发展的规律来解释沥青胶浆宏观力学行为。通过弯曲梁流变试验(BBR)分析老化前后WCRM和HCRM的低温流变性能,并对沥青胶浆低温性能评价指标进行相关性分析。结果表明:随热氧老化程度的加深,HCRM和WCRM的水平应变密度DE值(细观层面)和临界断裂韧度JIC值(宏观层面)均减小,证明热氧老化会降低2种胶粉改性沥青胶浆的抗裂性能;相同条件下,WCRM的DE值和JIC值均大于HCRM,即与HCRM相比,WCRM具有更好的抗开裂和抗老化性能;在沥青胶浆开裂过程中,微裂纹形成时的荷载、峰值荷载及最大水平应变对应荷载并非同一荷载值;老化后,2种胶粉改性沥青胶浆的低温流变性能降低,同一条件下,WCRM具有更加优异的低温流变性能;沥青胶浆低温流变参数(S/m)与宏细观开裂指标(JIC,DE)均具有较好的相关性,即将DIC技术应用到SENB试验来分析老化作用及温拌剂对胶粉改性沥青胶浆宏细观开裂特性的影响具有较好的可靠性。