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.     

基于DSR试验的生物重油再生沥青流变性能评价

为研究生物重油再生沥青的流变性能,将生物重油掺入经旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）老化的70^#沥青和SBS改性沥青中制备生物重油再生沥青,通过动态剪切流变（DSR）试验研究了沥青的流变性能.结果表明：生物重油的掺入提高了老化沥青的抗疲劳性能、低温抗裂能力和黏性比例,降低了高温抗车辙性能;低频加载易使沥青产生不可恢复的永久性变形;生物重油对70^#老化沥青的再生效果优于老化SBS改性沥青;建议生物重油掺量宜为4%,该掺量下再生沥青的性能可恢复至原样沥青.     

废机油底渣再生剂对老化沥青低温性能影响

为准确评估废机油底渣(WEOB)作为沥青再生剂时对老化沥青低温性能的影响,通过室内旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)和40h长期老化(PAV)试验制备老化沥青,然后采用双边缺口拉伸(DENT)试验、扩展弯曲梁流变(Ex-BBR)试验分别研究了原样沥青、老化沥青和添加废机油底渣再生沥青的抗延性断裂性能,以及物理硬化对这3种沥青低温极限分级的影响;采用原子力显微镜研究了原样沥青、老化沥青和再生沥青的微观结构.结果表明:使用废机油底渣会降低老化沥青的容许应变(CTOD)和常规弯曲梁流变仪的低温极限分级,经过长期低温恒温处置后,废机油底渣掺量为10%的再生沥青低温极限分级增加明显;老化沥青中添加废机油底渣并不能恢复原样沥青胶结料的表面微观形态,而且形成了更多的相界.     

老化对胶粉和SBS改性沥青流变性能的影响

为研究短期老化作用对胶粉(CR)改性沥青和SBS改性沥青流变性能的影响,通过旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)对CR改性沥青和SBS改性沥青进行短期老化,然后在不同温度和荷载频率下进行动态剪切流变试验(DSR),结合扫描电子显微镜(SEM),对CR改性沥青和SBS改性沥青的流变性能和微观结构进行了研究.结果表明:老化前橡胶粉及SBS改性剂都能与沥青达到良好共融,老化后SBS改性剂与沥青的界面结合状况却差于橡胶粉与沥青的界面结合状况;老化作用使CR改性沥青和SBS改性沥青由储存模量G′(弹性)占主导作用转向由损失模量G″(黏性)占主导作用的温度转化点向高温转移;短期老化作用在高温下对SBS改性沥青产生的影响较大;短期老化前后,CR改性沥青较SBS改性沥青具有更强的高温抵抗变形能力和抗车辙能力;随加载频率增大,2种改性沥青的高温抗车辙能力都得到增强.     

SBS改性沥青再生剂性能研究

根据再生剂在废旧SBS改性沥青混合料中所起的主要作用及其性能要求,提出了再生剂的组分构成;采用正交试验确定了溶胀改性液最优组分为:m(基础油分)∶m(增塑剂)∶m(增黏树脂)∶m(改性剂)=1.00∶0.30∶0.03∶0.05,剪切时间为40min,抗氧剂、紫外线吸收剂、抗剥落剂分别为溶胀改性液质量的0.5%,0.5%,0.3%;通过红外光谱、DSC等手段对比研究了自制ZZ再生剂和DN100,RA-2,DN101这3种再生剂性能.结果表明:自制ZZ再生剂具有优越的溶解及分散能力、抗热氧老化性能、低温柔韧性和热稳定性.将4种再生剂按质量分数5%剂量加入老化改性沥青中,通过DSR,BBR等手段对比分析了再生沥青高低温性能,结果表明ZZ再生剂具有优越的恢复老化SBS改性沥青流变、抗高温车辙及低温开裂能力.     

生物油再生剂热再生老化SBS改性沥青及混合料性能研究

基于针入度指标体系试验和路用性能研究了生物油再生剂热再生老化SBS沥青胶结料及其混合料的路用性能,以技术性能接近SBS改性沥青(I-C)为指标,确定了生物油再生剂的最佳掺量。试验结果表明:随着生物油再生剂掺量的增加,再生SBS改性沥青的低温性能和弹性恢复率提高,但高温性能降低;掺加生物油可提高热再生混合料的低温抗裂性能、水稳定性和抗疲劳耐久性,但掺量过多会显著降低热再生混合料的高温抗车辙变形能力。生物油可作为芳烃油再生剂的替代产品,生物油再生剂的适宜掺量为老化SBS改性沥青质量的9%~12%。     

废机油残留物再生沥青的抗老化性能

以废机油残留物(REOB)作为沥青再生剂,从REOB自身、REOB再生沥青及REOB再生沥青混合料3个层次进行老化性能研究.通过延时薄膜烘箱老化试验(TFOT)(老化时间分别为5、10、15、20、25h),测定了REOB再生沥青、RA5再生沥青和基质沥青的质量及黏度变化,并采用弯曲梁流变试验评定3种沥青老化后的低温性能;利用对应的3种沥青混合料设计铺筑了室内足尺试验路面层,并采用自主研发的回转式加速加载试验系统(RALT)在常温及高温下开展了路面加速加载试验来评估其长期抗疲劳性能.结果表明:REOB再生沥青的抗短期老化性能(TFOT老化时间不超过10h)比RA5再生沥青好,但不如基质沥青,而其抗长期老化性能(TFOT老化时间不少于15h)最差;在长期老化后,REOB再生沥青因劲度急增且应力松弛性能骤降从而极易导致低温开裂;高温老化明显加剧了REOB再生沥青混合料路面在RALT加速加载条件下弯沉值的增长,使其在3种路面中最易发生疲劳破坏,说明将REOB用于再生沥青路面时,易使路面出现过早过度破坏.     

再生沥青低温抗裂性能评价

基于弯曲梁流变试验和频率扫描试验,对再生沥青的低温抗裂性能进行评价.通过目标性能等级(PG)试验确定再生剂的最佳掺量,采用差别变量(ΔTc)、Glover-Rowe(G-R)常数以及主曲线分析评价再生调和沥青在不同老化状态下的低温抗裂性能.ΔTc和G-R常数结果表明:老化时间显著影响再生沥青的抗裂性能;相较于新沥青,再生沥青对于老化过程更为敏感;沥青路面回收旧料(RAP)掺量越高,再生沥青的抗裂性能随老化时间的衰减幅度愈大;为了保证再生沥青在长期老化条件下的抗裂性能,必需使用最佳用量的再生剂,并且RAP沥青质量分数应严格限制在30%以下.主曲线分析结果表明:再生剂和新沥青对于RAP老化沥青流变性能的恢复作用是不同的,再生剂主要减小老化沥青的劲度,新沥青主要改善老化沥青的相位角,但新沥青的改善作用随老化时间的增加而减弱.     

再生剂对老化沥青性能的影响研究

废旧沥青混合料在利用过程中需加入再生剂以保证其路用性能,将再生剂按不同掺量掺入2种抽提获得的老化沥青中,测试再生剂对老化沥青基本物理性能和流变性能的影响。结果表明:掺入再生剂后,老化沥青的针入度、延度增大,软化点降低,以恢复未老化改性沥青指标为标准,确定再生剂的最佳掺量为4%;再生剂可显著改善老化沥青的施工和易性与低温抗裂性,但降低老化沥青的高温稳定性。     

基于光谱分析的SBS改性沥青再生机理研究

在对比分析再生剂ZZ,RA-2,DN100,DN101红外光谱的基础上,将这4种再生剂按相同比例分别加入老化SBS改性沥青中,通过红外光谱分析、美国SHRP试验研究了再生SBS改性沥青性能及微观结构,并运用界面活性理论解释了SBS改性沥青再生机理.结果表明:再生剂加入后,在沥青质与软沥青之间形成一层界面膜,促进聚合物大分子间或链段间的运动,起到润滑和增溶作用,从而使老化沥青黏度减小,流变性能恢复,低温变形能力增强.     

Effects of rejuvenator on performance-based properties of rejuvenated asphalt binder and mixtures

Firstly, the performance-based properties of rejuvenated aged asphalt binders, i.e., the blends of aged binders containing a rejuvenator at various percentages, were investigated under high, intermediate and low temperatures. The tests were conducted on the blends at three stages as follows: no aging, rolling thin film oven (RTFO) residuals and as well RTFO + pressure aging vessel (PAV) residuals through dynamic shear rheometer (DSR) and bending beam rheometer (BBR) tests. Optimum concentrations of the rejuvenator needed for the blends to reach a target PG grade were obtained from the blending charts of the rejuvenated aged binders in terms of performance properties. The rejuvenator is a soft binder containing a low asphaltene content of 2 wt%. Secondly, selected performance-based properties were conducted on hot mix asphalt (HMA) using the rejuvenated aged binder and a virgin HMA as a control mixture. Results showed that the rejuvenator affected significantly the performance-based properties of both the rejuvenated aged binders and the mixtures containing the rejuvenated aged binders. It was possible to get optimum concentrations of the rejuvenator using the blending charts so that the rejuvenated binders reach a target PG grade. The mean value of the concentrations was proved to be more reliable through the performance-based properties of the mixtures if it is used for a design value for recycling. The properties of the asphalt paving mixtures with the rejuvenated binders were even improved or in the same level as the properties of the virgin mixtures.     

2种改性剂对沥青表面形貌的影响

为了研究改性剂对沥青表面形貌的影响,利用原子力显微镜(AFM)对基质沥青、SBS改性沥青以及Sasobit改性沥青老化前后的表面形貌进行测试.结果表明:SBS改性沥青"蜂状结构"数量及所占面积比基质沥青更小,表面更粗糙,Sasobit改性沥青"蜂状结构"为细长形,数量很少,表面粗糙度很大;3种沥青老化后"蜂状结构"均表现为体积增大,数量增加,表面粗糙度增大;SBS改性剂可以提高沥青的高温稳定性及短期抗老化能力;Sasobit改性剂能够改变沥青的晶体结构分布,提高沥青抗老化性能;单个"蜂状结构"平均面积变化情况能较好地评价沥青老化特性.     

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.     

木焦油基再生沥青及其混合料性能研究

测试分析了木焦油基再生沥青结合料及基质沥青混合料、木焦油基再生沥青混合料、RA-102再生沥青混合料的性能。结果表明:木焦油基再生剂可将老化沥青的针入度、软化点、延度和黏度恢复至符合JTG F40-2017《公路沥青路面施工技术规范》技术要求;木焦油可使老化沥青充分软化,提升老化沥青的延展性和塑性;与RA-102再生沥青混合料相比,木焦油基再生沥青混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗老化性能;木焦油与生物质纤维协同作用可显著提高再生沥青混合料的强度和韧性,在改善沥青路面使用性能的同时延长其使用寿命。     

基于PG值的机场道面沥青抗老化性能预估模型

从沥青老化机理出发,提出了预测机场道面沥青抗老化性能的预估模型.在标准大气压下针对1种基质沥青和2种改性沥青进行4种温度下不同时间段的老化处理,同时采用动态流变剪切仪(DSR)对沥青试样的PG上限温度值进行测试,研究其在老化作用下的变化规律.结果表明:3种沥青的PG上限温度值随老化条件的变化均存在一定的规律,但在相同老化条件下,沥青种类不同,其老化速率不同;无论是基质沥青还是改性沥青,其实测数据与预估模型吻合良好,PG上限温度值可作为评价机场沥青道面抗老化性能的指标.     

全气候沥青混合料中老化沥青的微观性能非线性模型

采用凝胶渗透色谱(GPC)和傅里叶红外光谱(FTIR)技术,分别从功能团和分子水平角度,探索了沥青混合料AC-13,SMA-13,SUP-13在全气候多因素综合加速老化条件下沥青的内在老化规律.阐述了沥青老化时的微观变化,同时建立了非线性模型.结果表明:建立的非线性模型可以很好地模拟沥青的老化速率和最终老化程度;随老化时间的增加,沥青中大粒径分子、中粒径分子和羰基含量变大,小粒径分子和丁二烯基含量变小;沥青混合料SMA-13的抗老化性能较SUP-13和AC-13更佳.     

SBR胶乳高旧料热再生沥青混合料性能研究

为了能够制备高性能高RAP料掺量(高达50%)的厂拌热再生沥青混合料,本文基于改性再生的理念,研究了SBR胶乳作为改性剂对于含有再生剂的老化沥青以及50%RAP料掺量的热再生沥青混合料的性能的影响,并与再生剂的作用效果进行了对比分析。室内性能试验结果表明,再生剂的软化效应对再生混合料的高温性能不利。在含有再生剂50%RAP料掺量的再生沥青混合料中加入SBR胶乳能够明显改善再生沥青混合料的高温性能,弥补再生剂的不足,同时SBR胶乳能够提升再生混合料的低温抗裂性能和抗水损害性能,使其达到或者超过全新沥青混合料的水平。