沥青零剪切黏度与高温流变参数灰色关联分析

采用动态频率扫描试验和稳态剪切试验测试5种沥青的黏度曲线,并采用Cross模型和Carreau模型这2种流变模型拟合得到沥青60℃零剪切黏度,分析沥青的稳态流动特性;通过沥青温度扫描试验和多重应力蠕变恢复试验,测定5种沥青在不同温度下的流变参数和不同应力水平下的不可恢复蠕变柔量及不可恢复蠕变柔量差,并对5种沥青零剪切黏度与高温流变参数进行灰色关联分析.结果表明:与动态频率扫描试验相比,稳态剪切试验更加适合用来测定基质沥青和改性沥青的零剪切黏度;Cross模型和Carreau模型均可较好拟合5种沥青的零剪切黏度,Carreau模型的拟合值小于Cross模型;相比于其他沥青高温流变参数和不可恢复蠕变柔量,沥青不可恢复蠕变柔量差与零剪切黏度的灰色关联度最高,能更好地反映沥青的高温性能;随着温度的升高,沥青车辙因子与零剪切黏度的灰色关联度逐渐增大;沥青零剪切黏度与不可恢复蠕变柔量差及车辙因子的关联性最好,3个指标均能较好地评价沥青高温性能.     

沥青零剪切黏度的计算模型与方法比较

采用旋转黏度计采集几种沥青在不同温度下的黏度数据,绘制出流动曲线,按照Cross、Carreau流动模型及Lingo、Origin2种计算软件进行零剪切黏度的拟合计算。结果表明,沥青即使在高温条件下也表现出明显的非牛顿流体特征,相对Carreau模型,Cross模型对样本数据的拟合程度更高;同时,不同拟合方法对同一Cross模型进行拟合得到的模型参数有所不同,在材料性能定性表征方面合理性有异,相对Lingo计算方法,Origin软件可通过适当的初始赋值和迭代次数选择获得合理的模型参数,在沥青零剪切黏度的计算上更具有适用性和合理性。     

高黏改性沥青高温黏弹特性指标区分度分析

为得到能准确区分高黏改性沥青高温性能的评价指标,分别对3种高黏改性沥青(高黏改性剂掺量均为12%)及基质沥青进行滞后环、动态剪切流变(DSR)和软化点等试验,并采用沥青混合料车辙试验进行了验证,基于沥青混合料试验结果对3种高黏改性沥青的高温性能评价指标作了一致性和区分度分析.结果表明:3种高黏改性剂的掺入均可提高基质沥青的黏弹特性和高温性能,但改性效果不同;不同高温评价指标基本能对3种高黏改性沥青的高温性能做出一致性评价,但区分能力不同,其中滞后环试验技术指标和Carreau模型拟合的零剪切黏度(ZSV)值区分度和评价效果最好,而车辙因子和软化点较差.     

改性沥青的流变性和储存稳定性研究

以高富AH-50为基质沥青分别制备SBS、胶粉和EVA改性沥青,利用动态剪切流变仪(DSR)分析不同种类改性沥青动态黏弹参数(储存模量G'和损失模量G″)随频率和温度的变化,结合60℃稳态流动试验和Carreau模型表征沥青的流变性能,并用储存稳定指数IS表征不同改性剂与沥青的相容性能。结果表明:试验范围内,随频率的增加G'和G″逐渐变大,相同频率下G'明显小于G″,改性沥青以黏性成分为主,且两者的差值在低频和高温下较大;与基质沥青相比,SBS和胶粉改性沥青的临界剪切速率γc降低幅度远大于EVA改性沥青的γc,SBS和胶粉的掺加使沥青偏离牛顿流体的程度更大,对剪切的敏感性更高;SBS和胶粉与沥青的相容性较差,在相分离时SBS迁移至上段,胶粉迁移至下段,而EVA与沥青的相容性较好,体系不易发生相分离。     

基于动态老化过程的沥青抗老化性能对比研究

旨在运用动态表征模型评价沥青的老化过程,并采用多指标评价方法对比不同沥青的优劣。对4种沥青进行不同时间的RTFOT老化试验,采用动态表征模型拟合,得到沥青针入度、延度、软化点和粘度的老化参数和老化方程;采用灰色关联决策评价方法,以沥青针入度、延度、软化点和粘度的老化参数L和r为评价指标,综合对比不同沥青的抗老化性能。研究结果表明：沥青针入度、软化点、延度和粘度与老化时间存在非线性关系,在开始时刻,老化速率大,后期随着时间的推移,老化速率趋于缓慢,最后达到平衡;沥青的老化过程可用动态模型表征,参数L和r能很好地表征沥青老化过程的老化度和老化速率,不同沥青的不同指标的老化参数排序不一致;采用灰色关联决策评价四种沥青的抗老化性能排序为：室内制备改性沥青优于90号A级基质沥青优于成品改性沥青优于70号A级基质沥青。     

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.     

特立尼达湖改性沥青性能研究

特立尼达湖沥青(TLA沥青)是世界著名的天然沥青,技术性能指标非常稳定.对基质沥青和TLA改性沥青的常规性能和流变性能进行分析.采用动态剪切流变仪(DSR)进行温度扫描和频率扫描试验,以评价沥青胶结料的流变性能;采用蠕变试验评价其抵抗变形的恢复能力.试验结果表明,TLA改性沥青较基质沥青有更好的高温性能,且TLA沥青掺量对沥青胶结料的性能有重要影响.     

微波敏感型沥青再生剂再生性能及机理

采用动态剪切流变仪(DSR)、弯曲梁流变仪(BBR)、红外光谱仪(IR)和扫描电子显微镜(SEM)等测试了原样沥青、RTFOT短期老化沥青、RTFOT+PAV(20h)长期老化沥青和YG-1再生沥青的流变参数及微观指标;利用灰关联分析法建立了流变参数与微观指标之间的关联度,结合Comsol数值分析结果,阐述了微波敏感型沥青再生剂的再生机理.结果表明:沥青储能模量、损耗模量、复数剪切模量与沥青组分以及官能团的关联度值均大于0.8,劲度模量变化率与胶质含量的关联度值为0.743,关联度较好;微波敏感型沥青再生剂能够恢复老化沥青组分比例和官能团数量,使老化沥青再生,其乳液体系和微波发热材料加速了再生剂与老化沥青的融合.     

不同沥青材料微观结构与自愈合特性研究

对A-70#道路石油沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青3种不同类型的沥青材料,采用荧光显微镜进行微观结构分析,采用DSR动态剪切流变仪进行自愈合性能测试及评价。试验结果表明:温度越高,SBS改性剂、橡胶粉与基质沥青越趋于相溶状态,SBS与70#基质沥青的相溶性优于橡胶粉;SBS改性沥青与橡胶改性沥青的自愈合性能相当,且优于A-70#道路石油沥青;沥青材料的自愈合性能与损伤度成反比,损伤度越大,自愈合能力越不显著;橡胶改性沥青的自愈合能垒最大,SBS改性沥青次之,A-70#道路石油沥青的最小,橡胶沥青发生自愈合效应需更高的温度条件与热量补给。     

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。     

不同试验方法的老化沥青疲劳性能研究

通过旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)和压力老化试验(PAV),对70~#基质沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青、高黏沥青(HV)和基于化学改性原理的SBS/橡胶复合改性沥青(SRC)进行短期老化和长期老化,采用温度扫描试验、时间扫描试验、多重应力蠕变恢复(MSCR)试验和线性振幅扫描(LAS)试验对4种沥青的疲劳性能进行了研究.结果表明:SRC沥青的疲劳性能和抗老化能力最佳;温度扫描试验不能很好地区分不同沥青的疲劳性能差异;时间扫描试验可有效表征4种沥青的疲劳性能,但其耗时较长;MSCR试验中出现了平均弹性恢复率(R_(0.1)和R_(3.2))在长期老化之后大于短期老化之后的情况,其指标规律性和适用的沥青范围尚不明确;LAS试验可以表征沥青在重复荷载作用下的累积损伤发展过程,得到的损伤特征曲线和疲劳方程可有效评价各种沥青的疲劳性能.     

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.     

Effects of aging on the properties of modified asphalt binder with flame retardants

Effects of aging on the properties of asphalt binders modified by incorporating Styrene–Butadiene–Styrene (SBS) and flame retardants (FR) were studied. Asphalt binders were artificially aged in the rolling thin film oven (RTFOT) and Pressure Aging Vessel (PAV). The flame retardancy of modified asphalt binders were characterized using limited oxygen index (LOI), and the effects of aging on the properties of asphalt binders were studied using Brookfield viscometer test and dynamic shear rheometer test. Experimental results indicated that the flame retardancy of asphalt binder was increased after aging. But the increasing amount of LOI is low when the modified asphalt binder containing more flame retardants. The variation of the LOI, softening point, penetration, ductility and viscosity of asphalt binder decreased with flame retardant content increasing, meaning the flame retardants can improve the thermo-oxidative aging resistance of asphalt binder. Furthermore, the G^*/sin δ, stiffness and m-value of flame retardant modified asphalt binders display smaller changes after two different aging.     

沥青混合料损伤蠕变特性及模型研究

沥青混合料蠕变过程中,硬化、损伤两种机制同时存在。当硬化机制占主导地位时,蠕变呈现为衰减状态;当损伤机制占主导地位时,蠕变呈现为加速状态;两者互为接近时,则呈现为等速或者近似等速状态。只考虑损伤或黏滞系数的非线性变化均不能合理地描述和解析蠕变过程的3个阶段。以流变学模型理论为基础,综合考虑损伤和硬化效应,建立了一个统一的沥青混合料损伤蠕变模型。将该模型与试验曲线进行对比,两者吻合较好,说明该模型能够反映沥青混合料三阶段蠕变的全过程。在蠕变的大部分时间内损伤的发展都是平稳的,在接近破坏时损伤则会快速发展。在蠕变的第一、二阶段也存在损伤,只是损伤值较小,而将其忽略是不合理的。定义第三阶段起始的时间为流变时间,可作为研究沥青混合料损伤蠕变特性的指标,其值越大,表示蠕变变形进入破坏阶段所需要的时间越长。     

老化前后沥青与胶粉相容性的分子动力学研究

为了探究热老化对沥青与胶粉之间相容性的影响,采用压力老化法(PAV)制备长期老化沥青.采用四组分分析法对基质沥青与老化沥青进行分析,并在此基础上,以丁苯橡胶(SBR)作为胶粉的代表建立分子模型.结果表明:老化前后沥青的密度没有明显变化,但是老化沥青的能量由于老化后沥青中大分子比例的增加而增加;老化沥青与SBR溶解度系数差值较基质沥青与SBR溶解度系数差值更大,表明老化降低了沥青与SBR之间的相互溶解能力;老化使沥青与SBR之间的相互作用能下降,最终降低了沥青与SBR的相容性.     

沥青玛蹄脂粘弹性特性静态蠕变试验研究

为了深层揭示沥青玛蹄脂的粘弹性特性,采用Burgers粘弹性模型作为粘弹性力学行为的数学描述,通过沥青玛蹄脂静态剪切蠕变试验,研究了温度对沥青玛蹄脂粘弹性特性的影响.结果表明:Burgers粘弹性模型四参数随温度升高呈负指数递减;沥青玛蹄脂蠕变柔度随温度升高呈正指数增加;沥青玛蹄脂的瞬时弹性随温度升高而递减;粘性流动随温度升高而递增;延迟弹性在蠕变初期随着温度升高先增加后减小,在蠕变中、后期随着温度升高而递减;沥青玛蹄脂的粘流动性弹比随温度升高呈正指数增加,在高温区其粘性远远大于弹性,沥青玛蹄脂表现为粘性.     

耦合老化作用下混合料中SBS改性沥青的老化行为研究

通过动态剪切流变试验(DSR)和弯曲流变试验(BBR),测试了老化前后苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青的复数模量G*、相位角δ、劲度模量S和蠕变速率m,对比研究了热、紫外光、荷载3种环境因素两两耦合老化对SBS改性沥青性能的影响,并用红外光谱(FTIR)分析了经不同耦合老化方式作用后SBS改性沥青的官能团变化情况.结果表明:光热耦合作用对SBS改性沥青老化程度的影响相对严重,其余2种耦合老化下沥青老化程度较小;3种耦合方式对SBS改性沥青官能团的影响不同,光热耦合老化后的沥青主要表现为丁二烯键的断裂和羰基增加,热荷耦合老化主要使沥青中羰基增加,光荷耦合老化主要使沥青中部分丁二烯基的降解和羰基微量增加.