纳米改性沥青材料研究进展

介绍了纳米改性沥青技术进展,分析评价了各种纳米材料对沥青及沥青混合料性能的影响,指出了目前纳米改性沥青技术存在的问题。为提高改性沥青的性能,应综合分析影响纳米改性沥青性能的因素,并对改性效果进行定量评价,为全面评价道路沥青的经济效益、环境效益等提供理论参考。     

聚合物改性沥青的研究进展

介绍了目前聚合物改性沥青的研究进展,包括改性聚合物种类、聚合物改性机理及其性能评价方法,并阐述了聚合物改性沥青技术的发展趋势.     

层状双羟基复合金属氢氧化物/废胶粉改性沥青的性能及老化机理

以层状双羟基复合金属氢氧化物(LDHs)及废胶粉(CR)为改性剂,采用熔融共混法制备了LDHs/CR复合改性沥青。通过原子力显微镜、离析实验、旋转薄膜烘箱老化实验(RTFOT)、室内加速紫外老化试验及紫外可见分光光度计(UV-Vis)等实验方法,对复合改性沥青的性能进行了研究,并初步探讨了改性剂与沥青的相互作用机理。结果表明,LDHs的掺入使得废胶粉在沥青中分散得更均匀且胶粉颗粒的平均粒径更细小;相比于基质沥青,复合改性沥青的高低温性能得到很大的改善;随着LDHs掺量增加,LDHs/CR复合改性沥青的离析软化点差值由9.2℃减小到1.3℃,储存稳定性大幅提升;与废胶粉改性沥青相比,LDHs/CR复合改性沥青的抗老化性能(尤其是抗UV老化性能)得到明显改善。     

基于Palierne模型的TPU改性沥青-煤矸石交互评价研究

为了评价TPU改性沥青与煤矸石的交互作用能力,揭示其交互作用影响机理,并促进废弃煤矸石在公路工程领域的综合利用,本研究利用动态剪切流变仪(DSR)测试了TPU改性沥青胶浆的流变性能,采用广义sigmoidal函数和WLF方程构建了TPU改性沥青胶浆的动态剪切模量主曲线。利用Palierne模型对TPU改性沥青-煤矸石的交互作用能力进行评价,通过微观及物理化学试验对交互作用能力的影响机理进行了分析。结果表明：煤矸石与TPU改性沥青的交互作用能力优于石灰岩和花岗岩;TPU改性沥青与煤矸石混合后并未产生新的产物,两者之间主要发生物理吸附作用;矿粉的孔外比表面积是影响交互作用能力的关键指标,煤矸石的开口孔隙更容易与沥青紧密嵌锁,可提升其对TPU改性沥青的吸附能力,从而使煤矸石与TPU改性沥青具有更强的交互作用能力。     

路面粘层复合改性沥青材料研发与性能评价

针对路面结构粘层沥青材料特点,以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、胶粉(CRM)为改性剂,采用高速剪切法在室内制备了一种粘层复合改性沥青材料。基于对粘层沥青高温性能及粘度的测定,优化了复合改性沥青室内制备工艺。通过常规指标测试、高温动态剪切试验、动态力学性能分析、粘度试验,对不同掺量复合改性沥青的路用性能进行评价,并确定改性剂最佳掺量。研究表明所研发的粘层复合改性沥青路用性能较优,更能满足粘层沥青材料的要求,研究结果可供同行参考。     

苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与废橡胶粉复合改性高黏沥青及混合料性能研究

为了评价高黏改性剂对沥青性能的影响,采用高速剪切法制备了苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青、废橡胶粉改性沥青和两种SBS/橡胶粉复合改性高黏沥青。通过三大指标试验、黏度试验、高温车辙试验和低温小梁弯曲试验,研究了高黏沥青的高低温性能、感温性能及沥青混合料路用性能。结果表明:4种改性沥青的高低温性能随各自改性剂掺量的增加逐渐提高,掺加10%北美岩沥青或2.5%多聚磷酸(PPA)的高黏沥青感温性能更稳定,较大幅度提升了黏度值,高温性能改善明显;掺加2.5%PPA的高黏沥青及其混合料能够更好地抵抗高温条件下的性能衰减,保证了使用效果,更适用于温度较高地区;掺加10%北美岩沥青的高黏沥青及其混合料在低温条件下性能良好,推荐在低温地区使用。     

纳米CaCO3/SBR复合改性沥青及混合料的高温性能

为改善SBR改性沥青的高温性能,选取纳米CaCO3作为改性剂,制备纳米CaCO3/SBR复合改性沥青。通过室内试验,评价了纳米CaCO3/SBR复合改性沥青及混合料的高温性能。结果表明:随着纳米CaCO3掺量的增加,纳米复合改性沥青的软化点、当量软化点、135℃运动粘度明显增大,延度则呈现先上升后下降的趋势;原样及老化状态下,纳米CaCO3/SBR复合改性沥青的车辙因子均远远高于SBR改性沥青;与SBR改性沥青混合料相比,纳米CaCO3/SBR复合改性沥青混合料的动稳定度提高了38.2%,流变次数Fn、流变时间Ft分别提高了34.5%、63.2%,破坏弯拉应变虽稍有下降,但仍能满足夏炎冬寒地区的要求。因此,采用纳米CaCO3改善SBR改性沥青的高温性能是可行的。     

典型回收聚烯烃改性沥青的性能对比

基于典型聚烯烃塑料(高密度聚乙烯(PE-HD)、聚丙烯(PP))回收前后的结构和性能,分析了回收对其改性沥青的常规性能影响变化规律。通过光学显微镜、差示扫描量热法研究了聚烯烃在沥青中的分布状态及热性能变化。结果表明,回收PE-HD(RPE-HD)改性沥青与PE-HD改性沥青相比,高温性能更好,15℃延度更低,25℃针入度更低,回收PP(RPP)则相反。聚烯烃回收前后在基质沥青中相态变化不大,PP的相畴尺寸比PE-HD更大。回收聚烯烃改性沥青与纯聚烯烃相比,熔点降低,熔融热升高。     

脱油沥青复合改性沥青混合料性能评价研究

利用脱油沥青(DOA)生产道路沥青是行之有效的技术方案。考察了制备方式对DOA/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)复合改性沥青混合料性能的影响,评价了复合改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及疲劳性能,并分析了其经济性。结果表明,掺入DOA能提高沥青混合料的高温性能,但对混合料的低温抗裂性、疲劳性能和水稳定性有消极影响;DOA改性沥青与SBS复合后,混合料的低温性能、水稳定性及疲劳性能均有所改善,高温性能更为优异。综合考虑混合料的路用性能,确定合理的DOA掺量为20%(质量分数)。DOA/SBS复合改性沥青不但保证了路用性能要求,而且还能有效地降低成本,经济效益显著,可以应用于公路工程。     

反应性弹性体三元共聚物改性沥青及其混合料性能与机制

采用黏度试验和动态剪切流变试验研究了反应性弹性体三元共聚物（RET）对基质沥青与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青性能的影响,通过原子力显微镜（AFM）分析了SBS改性沥青和RET-SBS改性沥青的表面形貌特征,并采用车辙试验、低温弯曲试验、弯曲疲劳试验及加速加载试验评价了RET改性沥青混合料的各项技术性能,最后通过Weibull分布,分析了不同RET改性沥青混合料在不同失效概率下的疲劳性能。结果表明：RET的掺入提高了沥青的黏度和抗车辙因子,对沥青的高温性能有较大改善;通过掺入RET-SBS,增加了改性沥青中的黏性成分;相较于SBS改性沥青,RET-SBS改性沥青的表面粗糙度显著增大;RET改性剂能够明显改善沥青混合料的高温稳定性;RET与SBS改性剂复配,可有效弥补RET对沥青混合料低温性能的不足,明显改善沥青混合料的疲劳性能和高温长期稳定性。     

基于分数阶黏弹性模型的温拌改性沥青低温性能

基于分数阶黏弹性模型,通过低温弯曲梁流变试验（BBR）分析RH和Evotherm温拌剂对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青低温性能的影响。结果表明：利用BBR试验数据拟合出的分数阶黏弹性模型参数可较好地预估温拌改性沥青的蠕变柔量和蠕变速率; RH温拌剂可以提高SBS改性沥青的阻尼比和耗散能比,但Evotherm温拌剂在低于-18℃时不能够提高;因7种沥青按照阻尼比和耗散能比排序相同,故也可以将阻尼比作为温拌改性沥青低温性能的一种评价指标; RH可以改善沥青的蠕变柔量,提高黏性流动柔量,且掺量越高改善效果越好,但不能提高黏弹性比,故不能用黏弹性比评价温拌SBS改性沥青的低温性能,而Evotherm温拌剂的规律性不强;两种温拌剂都在低于-24℃时对SBS改性沥青的低温性能改善不佳。     

基于流变测试技术的沥青评价方法研究进展

结合自身的研究,综述了沥青流变测试技术近几年的发展情况。分析认为,国内外都从影响路用性能的因素出发(包括车辆荷载、温度环境与降水、沥青材料的老化等),利用新型流变测试手段进行沥青路用性能及其行为机制的研究,并出现了较多的新型测试方法和评价技术。相对国外,国内沥青研究方法还多停留在常规分析和Su-perpave的沥青结合料的标准方法,在材料使用条件的模拟研究上,诸如频率、温度、应力水平、应变水平、界面行为等方面还存在很多测试方法创新和研究空间。     

基于分子尺度的沥青材料设计

基于分子尺度的沥青材料设计是指利用多尺度分子模拟预测沥青材料的性能,指导制备符合高性能要求的沥青材料。分子尺度的设计方法主要有量子力学方法、蒙特卡洛方法和分子动力学方法。总结了沥青质模型、沥青模型、量子力学和分子模拟在沥青材料性能预测和设计中的应用,重点介绍了改性沥青材料常用物理力学性质的模拟计算方法及相关研究成果。     

沥青混合料抗剪性能研究综述

总结并评价了沥青混合料抗剪试验方法、抗剪机理及抗剪设计研究现状,对9种剪切试验方法的分析和评价有助于设计、施工和科研人员正确选用这些试验方法。混合料剪切强度由沥青胶泥的性质、集料和沥青界面的剪切强度和集料之间的嵌挤情况共同决定,为提高混合料抗剪性能指出了方向。抗剪设计在应用于工程前尚需深入研究容许剪应力法中相关系数的确定、基于抗剪性能的车辙预估模型的标定等问题。     

纳米改性沥青研究进展

介绍了聚合物改性沥青的概况,总结了纳米改性沥青的国内外研究现状及存在的问题,从一种新的角度开展了零维纳米材料改性沥青的探索,初步研究结果表明,零维纳米材料改性沥青可使沥青性能大幅度提高,并且在工艺和经济上是可行的,最后提出了改性沥青纳米复合材料今后研究的几个方向.     

基于PG的复合改性沥青路用性能对比

沥青路面低温性能是寒区沥青路面设计的主要指标之一,现有的单一改性沥青低温性能不能满足寒区沥青路面PG技术规范的要求。本研究根据黑龙江省常用道路沥青低温性能的PG试验评定结果,研究开发了几种复合改性沥青,以满足黑龙江省寒区沥青路面低温性能的要求。研究内容包括：黑龙江省沥青路面PG分区与PG_m-n标准的确定,黑龙江省道路沥青PG性能评定,复合改性沥青的研究开发与性能评定等。研究结果表明,黑龙江省道路沥青基本满足PG_m-n技术标准的高温性能要求,但均不满足PG_m-n技术标准的低温性能要求。复合改性沥青基本满足或接近黑龙江省道路沥青的PG_m-n低温性能标准。研究结果对改善黑龙江省沥青路面的低温性能具有一定的理论与实用价值。     

老化对改性沥青微观结构及疲劳性能的影响

为了研究老化对改性沥青微观结构及疲劳性能的影响,通过沥青常规指标测试试验、动态剪切流变（DSR）试验和AFM测试试验,从宏细观角度分析了老化前后苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）改性沥青和胶粉改性沥青的针入度、延度和软化点及疲劳性能、微观结构的变化情况。结果表明：随着老化程度的加深,两种改性沥青的稠度、硬度增加,高温性能得到改善,而温度敏感性变低,低温抗裂性能变差。综合分析针入度比、延度比和软化点比得出胶粉改性沥青的抗老化性能优于SBS改性沥青;随温度的降低、频率的增大和老化程度的加深,两种改性沥青的抗疲劳性能变差;微观结构观测结果显示,SBS改性沥青具有"蜂型结构",老化后"蜂型结构"的体积增大、高度增加、数量减少;胶粉改性沥青没有"蜂型结构",胶粉颗粒与沥青在共混共融过程中发生溶胀、脱硫和降解等行为会影响沥青中"蜂型结构"的形成;老化前后胶粉改性沥青表面形貌粗糙度和高度变化不大;胶粉改性沥青的抗疲劳、抗老化和高温性能总体优于SBS改性沥青。     

盐冻循环条件下改性沥青的微观结构及重复蠕变特性

为考察在融雪盐环境下路面材料的性能变化情况,对内蒙古寒冷地区常用的SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)改性沥青和胶粉改性沥青利用动态剪切流变仪(DSR)进行重复蠕变试验,利用原子力显微镜(AFM)进行微观结构观测,比较分析盐冻循环前后两种沥青的微细观结构以及流变学性能的变化,为寒冷地区道路路面材料的选择和使用提供参考依据。AFM测试发现,SBS改性沥青出现"蜂形"结构,冻融循环后,"蜂形"结构出现不同变化;胶粉改性沥青未出现"蜂形"结构,冻融循环后胶粉改性沥青表面形貌相差不大;重复蠕变试验结果显示:冻融循环前后SBS改性沥青和胶粉改性沥青永久变形与卸载瞬时应变的比值(εP/εL)在加载初期均随着加载次数的增加而增加,一定次数后达到稳定状态;冻融循环后SBS改性沥青的εP/εL降低,胶粉改性沥青的εP/εL基本不变;利用Burgers模型拟合得到蠕变劲度的黏性成分G_v,冻融循环后SBS改性沥青G_v值小于原样SBS改性沥青,胶粉改性沥青G_v值大于原样胶粉改性沥青,且两种沥青水冻循环与盐冻循环G_v值差别不大。胶粉改性沥青具有更好的高温使用性能。