基于流变性能试验的沥青高温性能评价指标研究

采用基质沥青、SBS改性沥青、高模量改性沥青和高黏度改性沥青,进行了常规性能试验、复数剪切试验、重复蠕变试验和广义剪切模量试验,测试几种沥青的软化点与当量软化点、车辙因子与改进车辙因子、蠕变模量和广义剪切模量等高温性能指标.通过对比分析各指标的区分度,以及沥青性能与沥青混合料车辙性能的相关性,发现蠕变模量和软化点与动稳定度拟合关系最好,建议采用蠕变模量作为沥青高温性能评价指标,软化点作为质量控制指标.     

无缝伸缩缝沥青胶结料高温性能指标区分评价

为优选无缝伸缩缝沥青胶结料类型,提高无缝伸缩缝弹塑体高温稳定性,对选用的3种无缝伸缩缝沥青胶结料分别开展沥青基本性能试验、动态剪切温度扫描试验和多应力蠕变恢复试验,采用软化点、车辙因子与相位角,以及蠕变恢复率和不可恢复蠕变柔度等指标来评价3种无缝伸缩缝沥青胶结料的高温性能,并进行一致性和区分度分析,最后结合沥青混合料车辙试验进行验证.试验结果表明:受弹塑体中沥青胶结料聚合物掺量高及其高延迟弹性恢复能力的影响,国内外现行关于无缝伸缩缝沥青胶结料规范采用的软化点、车辙因子等指标对无缝伸缩缝沥青胶结料高温性能评价的一致性存在偏差,而基于多应力蠕变恢复试验的黏弹特性指标具有较好的一致性,且区分度明显.因此推荐采用区分度和一致性更可靠的多应力蠕变恢复试验作为评价无缝伸缩缝沥青胶结料高温性能的关键控制指标.     

基于重复蠕变的改性沥青非线性黏弹响应分析

对4种改性沥青和1种基质沥青进行高温条件下较宽应力范围的重复蠕变试验,计算不同温度和应力水平下的不可恢复蠕变柔量Junr,分析改性沥青黏弹响应从线性到非线性的变化规律,再选择夏季沥青路面典型高温下沥青非线性响应区域内的Junr值,与沥青混合料车辙试验结果进行相关性分析.结果表明：随着温度升高,沥青的线性范围明显减小;进入非线性响应区域后,Junr值迅速增大,沥青抗永久变形能力明显降低;改性沥青的高温性能在不同温度和应力水平下存在差异,在较高温度和应力下,高强改性沥青的高温性能最优;有限样本条件下,沥青在非线性响应区域内的Junr值与沥青混合料车辙试验结果相关性较好,说明沥青混合料永久变形与沥青非线性黏弹响应关系密切.     

基于流变学的复合改性橡胶沥青黏弹特性研究

基于流变学理论评价复合改性橡胶沥青的黏弹特性,采用动态剪切流变仪分别对基质沥青、改性沥青、不同添加剂下的复合改性橡胶沥青、干法橡胶颗粒及工厂化橡胶沥青进行滞回环试验,从残余变形、弹性贮能、耗散能、弹性比例和复合弹性模量等指标进行评价改性剂对橡胶沥青的复合改性作用及黏弹性能影响,并对试样进行应变扫描、温度扫描、频率扫描和时间扫描等常规动态剪切流变试验。结果表明:在高温条件下,复合改性橡胶沥青性能明显优于基质沥青和改性沥青;不同改性剂对橡胶沥青复合改性明显,其中PE改性剂可以提高橡胶沥青的抗永久变形能力,但是抗疲劳特性较差,岩沥青可以增加橡胶沥青的刚度、黏性流动和抗疲劳性能;脱硫胶粉与改性剂的溶胀作用明显;工厂化橡胶沥青和干法橡胶颗粒的抗疲劳特性明显,应根据不同应用场合的需求对橡胶沥青进行复合改性。     

高模量改性剂的作用机理及应用研究

以70#石油沥青、SBS改性沥青和高模量改性沥青为研究对象,通过流变试验,定量研究了高模量改性剂掺量对沥青黏弹特性的影响,并与SBS改性沥青进行了对比分析,结合荧光显微试验,研究了高模量改性剂的改性机理;基于车辙试验和动态模量试验,分析比较了高模量改性沥青混合料和SBS改性沥青混合料在路用性能方面的差异.结果表明:高模量改性剂在改善基质沥青的高温性能和黏弹性能方面具有良好的效果,其掺量为6.67％时改性效果优于SBS改性沥青;高模量改性剂颗粒可以在沥青中溶胀发育,形成聚合物链接,改善了沥青的黏弹特性;与SBS改性沥青混合料相比,高模量改性沥青混合料的抵御变形能力更好,在高温地区的使用性能优越.     

高黏改性剂的研发与性能评价

介绍了一种高黏改性剂的研发及其应用在沥青及沥青混合料当中性能的评价。该高黏改性剂主要由橡胶粉、SBS、油以及石油树脂按照一定的比例组合而成,通过分析各种材料对改性剂性能指标的影响,采用正交试验的方法研发出高黏改性剂的配方,然后进行试验证明:添加该高黏改性剂后剪切而成的改性沥青具有优异的性能,其指标均满足交通运输行业标准JT/T860.2—2013沥青混合料改性添加剂第2部分:高黏度添加剂规定要求。且将其添加到OGFC-13沥青混合料中后发现其具有良好的抗飞散效果及其他优越的路用性能,可应用于道路工程。     

基于LT-HVA高黏改性沥青的超薄磨耗层性能研究

为了探索LT-HVA高黏改性沥青超薄磨耗层的路用性能,以LT-HVA高黏沥青改性剂为原材料,同时引入TPS高黏沥青改性剂为对比项,对于超薄磨耗层用高黏沥青的性能展开试验研究,分析了其内聚力与黏聚力,并对高黏沥青超薄磨耗层的抗滑性能及排水性能进行了试验研究。研究结果表明：LT-HVA高黏改性沥青和TPS高黏改性沥青均具有出色的常规技术性能;TPS高黏改性沥青的最大应力峰值略高,且在拉伸过程中的强度损失率较小,但是优势并不明显;LT-HVA高黏改性沥青拥有更大的接触角,黏聚力更大;LT-HVA高黏改性沥青超薄磨耗层沥青混合料与TPS高黏改性沥青超薄磨耗层沥青混合料具有相似的抗滑与排水性能。     

SBS改性剂与沥青的相容性分析

分别采用4303、LG501两种SBS改性剂与辽河90#基质沥青进行相容性试验。沥青胶浆性能结果表明两种改性剂与基质沥青相容性良好,在掺量一定的情况下,两种SBS改性剂制成的改性沥青的感温性能、高温稳定性能是4303优于LG501;低温延伸性LG501优于4303;弹性恢复、抗老化性两者性能相当。混合料性能试验结果表明,室内制成的改性沥青与成品改性沥青拌制混合料性能相当,在高温抗车辙方面稍优于取样改性沥青。     

沥青混合料高温性能评价指标区分度研究

针对中国沥青路面结构设计规范中的车辙试验和单轴贯入试验,实测得到9种沥青混合料的永久变形量、动稳定度、贯入强度和贯入位移4项指标,并进行4项指标的高温性能区分能力研究.首先利用箱型图定性比较同一指标对不同沥青混合料高温性能的区分能力;然后引入2种区分度计算方法——熵值赋权法和高低分组法,计算得到4项指标的区分度.结果表明:4项指标对应的沥青混合料高温性能区分能力存在显著差别;采用2种区分度计算方法得到的4项指标区分度排序一致,从高到低依次为永久变形量、贯入强度、贯入位移和动稳定度.建议沥青路面结构抗车辙设计时考虑不同指标的区分度,而车辙试验采用永久变形量代替动稳定度.     

多聚磷酸复合改性沥青混合料的路用性能

采用重复蠕变恢复试验分析了多聚磷酸对基质沥青、SBS及SBR改性沥青抗变形恢复能力的影响,并通过贯入剪切试验、半圆弯拉试验及弯曲疲劳试验评价了多聚磷酸对基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料及SBR改性沥青混合料抗剪切性能、低温抗裂性能及疲劳性能的影响,采用Weibull分布分析了不同沥青混合料在不同失效概率下的疲劳性能.结果表明:多聚磷酸的掺入显著增加了沥青的黏度,对其弹性变形恢复能力贡献较小,而SBS改性剂可大幅度提高沥青的弹性变形恢复能力;多聚磷酸能够明显改善沥青混合料的高温抗剪稳定性;通过复配SBS或SBR改性剂,可有效弥补多聚磷酸对沥青混合料低温性能的负面影响;多聚磷酸对沥青混合料的疲劳性能也有一定程度的改善.     

Preparation and rheological characterization of asphalt binders reinforced with layered silicate nanoparticles

Bentonite clay (BT) and organically modified bentonite (OBT) were used to reinforce and modify a bituminous paving asphalt binder. The modified asphalt binders were produced by melt processing under sonication and shearing stresses. The interlayer spacing of silicate layers in bentonite, organically modified bentonite and the modified asphalt binders were analyzed by wide angle X-ray diffraction (WAXD). The softening point, viscosity and ductility of the modified asphalts were tested as a function of clay content and clay type. The dynamic shear rheological tests showed that the modified asphalts have higher rutting resistance. Bending beam rheometer (BBR) test results for aged specimens (through rolling thin film oven (RTFO) and pressure aging vessel (PAV)) indicated that adding BT and OBT can significantly improve low temperature rheological properties and cracking of asphalt.     

高模量沥青胶结料路用性能流变学分析

以基质沥青、高模量改性沥青和SBS改性沥青的路用性能为研究对象,通过常规流变学试验方法,对比研究了高模量外掺剂和SBS改性剂对基质沥青黏弹特性的定性影响,并量化分析了不同外掺剂种类对基质沥青路用性能的影响;通过多应力重复蠕变恢复试验,对比研究了高模量外掺剂和SBS改性剂在提高基质沥青抗车辙能力上的差异和提高效果;基于加速疲劳试验方法对上述三大类沥青胶结料的疲劳损伤及失效特性进行对比研究,分析比较了不同沥青胶结料在疲劳损伤演化和疲劳寿命方面的差异.结果表明:RA(resin alloy)和PR(PR plasts)这2种常用高模量外掺剂在提高沥青胶结料劲度模量方面具有相近的效应;三大类沥青胶结料在相同试验温度条件下的永久变形抵抗能力排序为:高模量改性沥青SBS改性沥青基质沥青;三大类沥青胶结料疲劳寿命的排序为:SBS改性沥青高模量改性沥青基质沥青;此外,在使用相同基质沥青的条件下,掺加RA的高模量改性沥青比掺加PR的高模量改性沥青具有更好的抗疲劳性能.     

SBR胶乳掺量对改性乳化沥青性能的影响

为研究丁苯橡胶(SBR)胶乳掺量对改性乳化沥青性能的影响,对不同SBR胶乳掺量的改性乳化沥青进行针入度、软化点、延度和储存稳定性试验,并采用动态剪切流变仪(DSR)和弯曲梁流变仪(BBR)测试了SBR胶乳掺量对改性乳化沥青高低温性能的影响.结果 表明:随着SBR胶乳掺量的增加,改性乳化沥青的延度、软化点及软化点差逐渐增大,针入度降低;相同温度下,随着SBR胶乳掺量的增加,改性乳化沥青的复数模量、车辙因子和蠕变速率逐渐增大,劲度模量、相位角逐渐减小;综合考虑SBR胶乳掺量对改性乳化沥青各项性能指标的影响,SBR胶乳的建议掺量为4％.     

The effect of styrene–butadiene–rubber/montmorillonite modification on the characteristics and properties of asphalt

In order to study the effect of styrene–butadiene–rubber/montmorillonite (SBR/MMT) modification on the characteristics and properties of asphalt, modified asphalts were prepared by incorporating MMT into SBR and mixing this into asphalt. The X-ray diffraction (XRD) results show that SBR/MMT composites may form an intercalated structure and SBR/MMT modified asphalts may form an exfoliated structure. The morphologies of the samples have been characterized by fluorescent microscopy. The results indicate that SBR/MMT modified asphalts formed an ideal fine network structure. The addition of SBR/MMT to asphalt increased both the softening point and viscosity and decreased the penetration of the modified asphalts at high temperatures. High-temperature storage stability tests indicated that the modified asphalts are very stable in some SRB/MMT, SBR/MMT content range. Especially, the modified asphalts exhibited higher complex modulus (G¹) and lower damping factor (tan δ). It implies that SBR/MMT displays improved viscoelastic properties, resulting in enhancing its resistance to rutting at high temperature.     

多尺度纳米材料对沥青流变和老化性能的影响

采用布氏旋转黏度、动态剪切流变和弯曲梁流变试验,同时结合红外光谱试验对比研究了多尺度纳米材料对不同老化状态下4种沥青——SK-70和Alfa-70基质沥青、SBR和SBS改性沥青(SBRMA, SBSMA)流变性能的影响.结果表明:4种沥青经多尺度纳米材料改性后,布氏旋转黏度、复数模量及车辙因子均得到不同程度的提高;长期热氧和光氧老化后的疲劳因子降低,即抗疲劳性能得到改善,且对SBRMA的改善最明显.相比未改性沥青,多尺度纳米材料改性后4种沥青在各种老化方式下的复数模量老化指数均降低,而且SBSMA和SBRMA这2种聚合物改性沥青老化前后的丁二烯指数差值也降低,即4种沥青的耐热氧和耐光氧老化性能同时得到有效改善,且对SBRMA的改善效果最好.多尺度纳米材料提高了2种基质沥青的低温连续等级温度,但同时在一定程度上降低了2种聚合物改性沥青的低温连续等级温度.     

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.     

用测力延度试验评价沥青胶浆的低温性能

通过对基质沥青和SBS改性沥青两类沥青、四种粉胶比在三种温度下的沥青胶浆进行测力延度试验,分析了沥青胶浆延度、测力延度峰力值及延度拉伸柔量三个常规指标与粉胶比、温度之间的相关性,认为测力延度试验能有效的评价沥青胶浆的低温抗裂性能。