道路沥青热氧老化模拟试验研究

沥青材料的抗老化性能是沥青路面耐久性的关键影响因素,室内模拟老化试验是研究沥青抗老化性能的重要方法．为了对比不同试验方法的老化效果,对5种沥青进行了延时旋转薄膜烘箱老化（RTFOT）、压力老化（PAV）以及自行设计的60℃烘箱老化试验,并与自然老化路面的回收沥青指标进行了对比分析、结果表明,上述3种老化试验方法的老化效果之间有很好的对应性和等效性,都能较好地反应实际路面沥青的长期老化行为;虽然不同方法的老化温度和氧浓度存在差异,但其老化机理都是氧化反应,并无本质区别,认为RTFOT老化试验可以作为模拟沥青长期老化的试验方法．     

SBS改性沥青的老化方程及应用

建立起SBS改性沥青的非线性微分老化方程,应用微分方程探索SBS改性沥青的老化规律,并计算任意时刻的沥青老化量和老化速率;测定SBS改性沥青在不同RTFOT老化时间下的针入度、5℃延度、软化点、135℃粘度指标,得出各指标的老化参数及老化方程,通过分析实验值与老化方程计算值间的相关性,验证非线性老化方程的可靠性;对老化方程的潜在应用方向进行了初探。研究结果表明:非线性老化方程能精确地预测SBS改性沥青的针入度、软化点、粘度、延度的老化规律,能计算任意时刻各指标的老化量及老化速率;老化速率方程计算显示,沥青的老化速率在开始时刻最大,后期随老化时间的延长而逐渐变小,与老化的实际情况吻合;沥青老化方程可用于沥青抗老化性能评价、耐久性评价、沥青路面开裂预测、沥青路面再生决策。     

沥青野外热氧老化模拟试验研究

当前研究沥青老化行为广泛采用旋转薄膜烘箱(RTFOT)、压力老化容器(PAV)等试验方法,其试验温度和压力条件与实际路面环境状况差别较大.为了研究夏季野外环境条件对沥青老化进程的影响,在沥青路面温度特征分析的基础上,自行设计了60℃烘箱老化试验.通过对沥青老化前后及不同老化时间的软化点、针入度、延度、粘度以及低温劲度模量的对比分析,研究了沥青的老化衰变行为,并采用组分试验、胶体结构以及红外光谱(IR)分析,探讨了沥青的热氧老化行为和机理.结果表明,与高温条件下剧烈的热氧老化行为不同,夏季野外气候下沥青分子发生温和的缓慢氧化,生成极性含氧大分子物质,低温性能大幅衰减,这是沥青路面耐久性不足的重要原因.     

SBS改性沥青老化模拟方式研究

为选择合适的SBS改性沥青老化模拟方式,利用常规试验、SHRP试验研究延时旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)、压力老化(PAV)对SBS改性沥青性能影响。对比两种老化方式的老化条件及老化能力,结合路面自然老化的回收沥青指标发现:随着老化时间的增加,沥青的性能不断退化;延时RTFOT与PAV老化均能较好的模拟路面沥青的老化情况,采用RTFOT试验进行老化模拟更加方便、科学,其中RTFOT试验4. 8 h获得的改性沥青指标相当于服务年龄为5～6年的路面沥青,RTFOT试验5 h则与服务年龄为7年的SBS改性沥青一致。     

基于灰色突变理论的沥青老化行为分析

为了研究沥青热氧老化的时间规律,利用室内旋转薄膜(RTFOT)试验,根据系统工程科学理论和非线性科学的灰色突变理论模型,对不同老化程度的沥青性能指标值进行灰色生成处理,建立沥青老化的灰色尖点突变模型,对沥青热氧老化的规律进行分析.结果表明,沥青的老化过程存在突变现象,且其性能突变与老化反应之间存在滞后现象,沥青混合料拌合和热储存时间应保证小于50 min,沥青路面应采取适当措施延长老化突变时间,使路面具有更长的服务寿命.     

SBR改性沥青老化动力性能

目的通过研究SBR改性沥青的老化动力性能,进一步探讨在动力因素的影响下沥青和骨料的黏附性.方法通过旋转薄膜烘箱试验,研究SBR改性沥青和基质沥青在不同老化温度、老化时间下的软化点变化规律,并以软化点为参数建立了SBR改性沥青老化动力学模型,以此研究SBR改性沥青的老化动力性能.结果与基质沥青相比,SBR改性沥青在150℃、163℃、180℃三个老化温度下的老化反应速率常数分别降低了26.8%、51.9%、21.4%;SBR改性沥青的反应活化能达到48.863 kJ·mol^-1,比基质沥青提高了13.1%.结论以软化点为参数建立的沥青老化动力学方程能够较好的反映沥青的老化过程,SBR改性沥青比基质沥青具有较好的抗老化性能.     

基于1H-NMR的老化对沥青分子结构的影响研究

对不同原油生产的4种沥青(A1、A2、A3、A4)分别进行薄膜烘箱老化(TFOT)、紫外光老化(UV)和压力老化(PAV),利用核磁共振氢谱(1H-NMR)研究了老化对不同沥青分子结构的影响.结果表明:TFOT老化后,沥青分子发生了缩合脱氢,芳香环上支链减少,发生了烷基链环化,芳环增多,脂肪直链裂解为短链;PAV老化后...     

旋转薄膜烘箱试验对于改性沥青适用性探讨

研究了旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)对于改性沥青的适用性问题.试验证明由于改性沥青与基质沥青间,以及不同改性沥青间粘度差异大,造成了不同沥青在RTFOT后老化程度的明显差别,此时采用相同的指标进行限制必然是不合适的,因而在RTFOT应用于改性沥青老化性能评价时需要改进,并介绍了相应的改进措施.     

两种道路沥青抗老化性的表征

以两种国产道路沥青为研究对象,分别以薄膜烘箱实验和薄膜烘箱实验组合压力容器老化实验模拟沥青的短期老化与长期老化,以老化实验前后沥青的常规和非常规性质的变化表征抗老化性能。结果表明,对于短期老化,在不同的老化阶段,两种道路沥青的25℃针入度比和15℃延度的排序出现波动,不能准确表征二者的抗短期老化能力;软化点比和60℃动力粘度比对短期老化较针入度比和延度变化敏感,两种沥青在不同老化阶段的软化点比和粘度比的排序一致,可用来表征二者的抗短期老化性能;质量变化指标在表征沥青的抗短期老化性能时尚存在不足。对于长期老化,两种沥青在25℃针入度比、软化点比以及15℃延度的常规性质变化上已基本体现不出差别,反映不出沥青的抗长期老化能力;70℃动力粘度比对长期老化敏感,可以表征两种沥青的抗长期老化性能的优劣。     

沥青老化临界状态与极限状态的确定

在室内对盘锦ＡＨ－９０沥青进行不同时间的老化试验,测试不同时间老化沥青及其混合料性能指标的变化,针入度（２５℃）变化范围在１３～７８（０．１ｍｍ）,通过分析各项指标变化规律,建立了老化指数与老化时间之间的关系,提出了以老化指数及残留针入度比为主的沥青老化分级概念,将沥青老化分为５个等级,在此基础上,确定了沥青老化的临界状态和极限状态。     

Rheological properties of conductive asphalt binders containing graphite and carbon fiber before and after ageing

Modified asphalt binders were prepared by adding conductive materials, graphite and carbon fiber. The rotation thin film oven test (RTFOT) and pressure age vessel test (PAV) were conducted to simulate the binder aging in the field. Rheological properties of graphite and carbon fiber modified asphalt binder were investigated by the empirically rheological properties (penetration and softening point) and the dynamic shear rheometer (DSR) test. Results show that physical properties of asphalt binder change with conductive material mixed. DSR tests present that the values of complex modulus increase while phase angles decrease under a proper amount of graphite and carbon fiber. Rutting parameters point out that graphite can improve the rutting resistance of asphalts. Rheological parameters can be used to assess aging.     

Rolling thin film oven test investigation for polymer modified asphalt

Rolling Thin Film Oven Test （RTFOT） is the AASHTO T240 standard method to simulate asphalt plant mix aging. But it has proven inadequate in aging polymer-modified asphalts （PMA）. NCHRP 9-10 offered a modified RTFOT （MRTFOT） by adding a steel rod in each bottle. Since construction temperature of PMA mixture is 10 ℃ -20 ℃ higher than that of conventional asphalt mixtures in the field, elevating RTFOT temperature for PMA is necessary for adequate aging and proper simulation. Six PMAs with various PG grades and sources were aged with RTFO at elevated temperatures. Some were also treated with MRTFOT for comparison. SHRP performance grade and phase angle were used as indicators to analyze the effects of RTFOT under different conditions. The results show that elevating the temperature is more effective than using rods. And PMA RTFOT temperature could be determined by equiviscous principle. From limited data, O. 25 Pa ~ s is tentatively proposed as critical viscosity for PMA, but still more work is necessary to validate this. Given the fact that equiviscous principle is seldom used in field practice, a simple approach was proposed： 173 ℃ is used for RTFOT of PG70 PMAs （grading herein from un-aged asphalts） , while 178 ℃ is for PMAs of PG76 or PG82 and 20 ℃ higher than standard 163 ℃ is necessary for PG 88 or stiffer PMAs.     

AH-90及PG70-28改性沥青老化性能研究

对AH-90基质沥青及PG70-28改性沥青分别进行了室内旋转薄膜烘箱老化、压力老化及室外光氧老化试验,采用针入度、针入度指数、延度、软化点等指标分析考察了室内热氧老化对沥青高温稳定性、低温开裂性及温度敏感性能的影响。结果表明:老化降低了沥青的低温抗裂性能,改善了沥青的抗高温变形性能和对温度的敏感性,改性沥青的抗老化性能明显优于基质沥青。采用粘温指数法、老化指数法分别考察了光氧老化及热氧老化沥青的感温性能和抗老化性能。结果表明,粘温指数法和针入度指数法具有较好的相关性,总辐射能为10.5 kJ/cm2的室外紫外光照射对沥青感温性能和路用性能的影响比PAV老化严重,在内蒙古强紫外线地区沥青路面设计时需充分考虑光老化带来的危害。     

Rheological characteristics of aged asphalt binder

Different aging levels(RTFOT,PAV-10h,PAV-20h and PAV-30 h) of asphalt binders with various mass ratios of mineral powder to asphalt(0,0.4,0.8,1.2,1.6,2.0) were used to investigate the rheological properties of aged asphalt binders with respect to their short and long terms aging characteristics.Viscosity test,dynamic shear test and creep test were conducted.The test results indicate that the viscosity of aged asphalt binder increases sharply with the extension of aging period.Complex shear modulus of aged asphalt increases,which indicates that the stiffness of asphalt binders can increase.The phase angle for aged asphalt binders reduces,which indicates that the elastic portion for viscoelastic property of asphalt binders increases.|G*|·sin δ increases after aging procedure which means that the fatigue resistance becomes poor.The creep test results show that creep strain curves varies remarkably for virgin and aged asphalt binders.The total strain during loading period and the permanent strain decreases significantly for aged asphalt binders,which implies that the elastic portion increases and the viscous portion decreases.     

考虑老化的沥青混合料低温性能

针对现行规范中沥青混合料低温性能评价方法的不足,分别将基质沥青混合料和改性沥青混合料在不同条件下进行老化,分析了短期老化和长期老化对沥青混合料低温抗裂性能的影响.试验结果表明,长期老化对混合料低温抗裂性能影响显著.而实际使用过程中,沥青路面的低温开裂主要发生在沥青路面已经老化的后期,为了更好体现服务期内沥青路面的低温抗裂性能,建议增加长期老化后的沥青混合料进行低温抗裂性能评价并提出了考虑长期老化的沥青混合料低温抗裂性能的评价方法.     

高粘度改性沥青的老化性能研究

分别采用TPS和SBS制备了高粘度改性沥青和普通SBS改性沥青。研究了两种改性沥青在旋转薄膜烘箱(RTFOT)、压力老化箱(PAV)和紫外光老化前后物理性能的变化。结果表明:TPS改性沥青的抗短期热氧老化和长期热氧老化性能优于SBS改性沥青,同时,TPS改性沥青具有良好的抗紫外光氧老化性能。     

基于神经网络的沥青路面实际老化预测系统的研究

在实验室测定沥青短期老化数据基础上,利用MATLAB建立BP神经网络系统,通过沥青路面实际老化数据调查与处理,用国内几个地区不同使用年限的沥青路面实际老化25 ℃针入度数据训练,预测得到寒区沥青路面不同使用年限的沥青25 ℃针入度等沥青路面实际老化数据,为建立沥青模拟老化与实际老化的关系提供理论依据。