基于红外光谱的短期老化SBS改性沥青再生微观机理

为探究不同再生剂类型和掺量对短期老化SBS改性沥青再生微观组成的影响,通过旋转薄膜烘箱(RTFOT)对SBS改性沥青进行短期老化,对其添加普通(西卡再生剂)、改性(信拓-3再生剂)两种不同类型以及不同掺量(4%、8%、12%)的再生剂制得再生沥青,同时对不同再生剂进行扩散试验。对原样、短期老化及再生沥青进行了宏观指标(针入度、延度、软化点)和红外光谱(FTIR)分析。结果表明:SBS改性沥青在短期老化过程中软化点升高,亚砜基特征峰和官能团指数增大,丁二烯(CH2=CH2)基特征峰、丁二烯基指数、针入度、延度减小,添加再生剂亚砜基特征峰、官能团指数、软化点减小,针入度、延度增大;普通再生剂在再生SBS改性沥青制备过程中基质沥青的老化及SBS改性剂的降解程度大于改性再生剂;再生剂掺量为8%时,对短期老化SBS改性沥青改善效果明显;再生剂在短期老化SBS改性沥青扩散过程中,改性沥青性能有一定的改善,但未恢复到原来水平,直接搅拌制备的再生SBS改性沥青性能明显优于再生剂在短期老化SBS改性沥青扩散形成的再生SBS改性沥青。     

不同生物油再生沥青性能比选

为确定生物油对老化沥青性能的恢复能力,比选出再生能力较强的一种生物油并确定其最佳掺量,采用植物沥青、餐厨废弃油脂和工业用动物油3种生物油作为再生剂,分别对老化SBS改性沥青进行再生,通过测定生物油再生沥青的针入度、延度、软化点和布氏黏度并进行薄膜加热试验,研究生物油种类和掺量对老化沥青各项性能的影响规律。结果表明,3种生物油对老化SBS改性沥青的基础性能和耐老化性均有一定的恢复能力,其中餐厨废弃油脂对老化沥青再生能力较强,并且社会和经济效益较高,植物沥青和工业用动物油次之;餐厨废弃油脂被选为最佳再生生物油,掺量为4%时能够使老化SBS改性沥青的黏滞性和高温性能得到完全恢复,因此被确定为最佳掺量。     

高模量温拌改性剂对沥青基本指标和疲劳性能影响研究

为评价高模量温拌改性剂对基质沥青基本指标和疲劳性能的影响,在70#基质沥青中掺入不同剂量改性剂,采用动态剪切流变仪(DSR)对试验沥青进行动态扫描试验研究。首先制备了不同掺量高模量温拌改性剂改性沥青,随后评价其基本性能,并通过布氏粘度试验分析不同沥青的拌和温度与压实温度;再采用DSR对不同掺量高模量温拌改性剂改性沥青进行线性振幅(LAS)扫描试验和时间扫描试验。通过LAS试验和粘弹性连续损伤(VECD)模型分析不同掺量(0%,2%,3%,4%)改性沥青和SBS改性沥青的疲劳特性;基于动态扫描试验,应用耗散能原理探究不同掺量改性剂对沥青疲劳性能,同时把不同掺量改性70#沥青与SBS改性沥青的试验结果进行比对,并分析了改性剂的作用机理。试验结果表明：随着高模量温拌改性剂掺量增加,软化点增加,针入度和延度减少,3%掺量改性沥青软化点稍优于SBS沥青;改性沥青粘度随着改性剂增加先减后增,改性后沥青的拌和、碾压温度与70#基质沥青相当,均远小于SBS改性沥青,即改性后的沥青有良好的温拌效果;高模量温拌改性剂可不同程度提高沥青的疲劳性能,合适掺量改性沥青疲劳性能可与SBS改性沥青相当,高模量温拌改...     

聚氨酯预聚物改性沥青的制备及其流变行为

为了赋予基质沥青良好的物化性能,增强其在不同环境条件下的适应性,采用聚氨酯预聚物对基质沥青进行改性。基于选择的原材料,首先采用正交试验和直观分析法确定了聚氨酯预聚物改性沥青的最佳制备工艺参数,在此基础上,通过分析聚氨酯预聚物掺量对改性沥青3大指标、韧性、存储稳定性和粘度指标的影响,确定了聚氨酯预聚物改性剂的最佳掺量。其次,借助动态剪切流变试验(DSR)和弯曲梁流变试验(BBR),对比分析了聚氨酯预聚物改性沥青、SBS改性沥青、SBR改性沥青和基质沥青的流变行为。试验结果表明,聚氨酯预聚物改性沥青的最佳制备工艺参数为单位制备量400 g、剪切速率4 000 r/min、剪切温度150℃和剪切时间40 min;综合考虑改性沥青3大指标、韧性、存储稳定性、粘度指标和经济性,推荐聚氨酯预聚物改性剂最佳掺量为6%;较其它3种沥青,聚氨酯预聚物改性沥青在52～82℃温度区间内具有最优的高温性能,但其对温度的敏感性最强。同时,聚氨酯预聚物改性沥青在交变应力作用下的弹性性能略低于弹性性能最优的SBS改性沥青。此外,聚氨酯预聚物改性沥青的低温流变性能略低于低温性能最优的SBR改性沥青。     

纳米粘土/聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青短期老化前后性能研究

为探究纳米粘土与聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)复合改性沥青的流变特性和抗老化性能,采用物理试验、动态剪切流变(DSR)、多应力蠕变回复试验(MSCR)和弯曲梁流变试验(BBR),对旋转薄膜烘箱加热老化试验(RTFOT)前后的不同纳米粘土掺量的纳米粘土/SBS复合改性沥青进行对比,探讨短期老化前后不同纳米粘土掺量下纳米粘土/SBS复合改性沥青的抗老化性能。结果表明:添加纳米粘土能明显地提高SBS改性沥青的高温、低温性能和抗老化性能;随着纳米粘土掺量的增加,纳米粘土/SBS复合改性沥青短期老化后的抗车辙因子、不可恢复蠕变柔量等性能指标不同程度改善;十六烷基三甲基溴化铵活化的纳米粘土表现出较好的化学活化效果和抗老化性能。     

基于DSR直接拉伸试验的沥青高温粘聚性分析

采用动态剪切流变仪(DSR)直接拉伸试验研究了60℃时改性沥青老化(RTFOT)前、后的粘聚性。绘制了σ-ε关系曲线,并对曲线进行双指数拟合;采用应力峰值σmax、峰值对应位移ε0、拉力功W以及指数方程拟合参数A1、A2作为沥青高温粘聚性的评价指标。研究结果表明:老化前TPS高粘沥青粘聚性各项指标最优;改性剂来源不同、掺量相同的SBS改性沥青粘聚性差异较大,其中以791改性沥青粘聚性最好,1301次之,4303最差。橡胶粉/791SBS复合改性沥青的σmax、ε0、W以及拟合参数A1、A2均远小于791改性沥青;RTFOT老化后,改性沥青粘聚性发生了较大变化,1301改性沥青各项指标最优、其次为4303,TPS高粘沥青和791改性沥青的粘聚性较差,橡胶沥青的粘聚性远小于其它类型改性沥青。     

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。     

聚合物改性沥青结合料老化前后低温流变性能研究

采用5℃延度实验和弯曲梁流变实验(BBR)结合扫描电子显微镜(SEM)测试,以宏观和微观分析相结合的手段,研究了复合胶粉(CCR)改性沥青、橡胶粉(CR)改性沥青和SBS改性沥青老化前后的低温流变性能。结果表明,老化前3种聚合物改性剂与沥青都能达到很好的共融,CCR改性沥青由于两种改性剂的共同作用产生了比单一改性剂更加无规则的空间网状结构,老化后3种改性剂与沥青间界面特性劣化,CCR改性沥青的改性剂与沥青的界面结合情况好于CR和SBS改性沥青;在正温区内,CCR改性沥青老化前后低温抗裂性能最好,SBS改性沥青次之,CR改性沥青最差,在负温区内,CR改性沥青老化前后低温抗裂性能反而优于SBS改性沥青;不同程度老化作用对CR改性沥青劲度模量S和温度敏感性的影响程度都大于CCR改性沥青和SBS改性沥青。     

SBS改性沥青低温流变性与原材料性能相关性研究

为揭示原材料与改性沥青劲度模量(S)、蠕变速率(m)的相关性,本实验选用五种基质沥青、五种SBS改性剂及五种改性剂掺量,设计L₂₅(5³)正交试验,测试改性沥青在-18 ℃下的S和m值,研究原材料对二者的影响程度与影响规律。并使用灰色关联系数分析改性沥青S和m值与原材料性能参数之间的相关性。结果表明:基质沥青对SBS改性沥青的低温性能影响最显著,改性剂类型次之,改性剂掺量对其影响最小。改性沥青劲度模量的排序与基质沥青完全相同,改性剂对沥青低温性能的改善效果差异较小。改性剂掺量为4.4%时,改性沥青的S较小、m最大。灰色关联度分析结果表明,基质沥青的S和m值、胶质与芳香分含量之和、改性剂的拉伸强度及拉伸应力等性能参数与改性沥青低温流变性能有较好的相关性。     

基于表面能理论的老化温拌SBS改性沥青结合料的粘附性

在SBS改性沥青中添加Sasobit与Evotherm温拌剂制备得到温拌沥青,对3种SBS改性沥青进行旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)与压力老化(PAV),采用接触角法检测了老化前后温拌SBS改性沥青与蒸馏水、甘油和甲酰胺等3种液体的接触角,探讨了短期老化与长期老化对温拌SBS改性沥青接触角的影响。基于表面自由能理论,得到了温拌SBS改性沥青的表面能及其色散分量和极性分量,研究了老化对温拌SBS改性沥青表面能的影响。结果表明:随着老化程度的加强,温拌SBS改性沥青与水的接触角逐渐增大,疏水性变化明显;原样与Evotherm温拌SBS改性沥青的总表面自由能及其分量均随着老化程度的加强呈降低趋势,其在短期老化阶段的表面自由能下降较为严重;经长期老化,Sasobit温拌SBS改性沥青的极性分量有增大趋势。     

多因素影响下苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青性能分析

通过掺加不同含量糠醛抽出油、红油增塑剂与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性剂,分析其对SBS改性沥青各性能指标的影响,判断影响SBS改性沥青性能的主要因素。结果表明:改性沥青中SBS改性剂含量是提高软化点、弹性恢复的主要因素;糠醛抽出油含量增大则可明显提高其延度指标,且改善SBS改性沥青的离析程度;红油增塑剂含量增大可大幅提高SBS改性沥青的延度指标,但高温性能下降且离析严重,短期老化后指标下降幅度高于同等含量抽出油老化后指标。因此可在SBS含量确定的情况下,通过掺加适当的糠醛抽出油以改善SBS改性沥青的性能。     

SBS改性沥青超热老化机理及疲劳特性

为了揭示不同超热温度对SBS改性沥青的微观机理及疲劳特性的影响,采用傅里叶变换红外光谱法和凝胶渗透色谱法(GPC)实时追踪扫描了细观尺度下SBS改性沥青在不同超热温度的分子基团的变化规律。通过红外光谱定量分析发现,SBS改性沥青在250℃的老化温度下,与163℃老化相比羰基峰高提高了17倍,峰面积提高了7倍;GPC分析结果表明,随着超热老化温度升高,SBS改性沥青的重均相对分子质量明显降低,GPC峰的扩展值逐渐增大,证明老化程度在增加,因此不同超热温度对SBS改性沥青老化影响显著;通过研究SBS改性沥青混合料组合结构疲劳特性发现,随着超热老化温度的升高,SBS改性沥青混合料的复合梁疲劳寿命逐渐减小,SBS改性沥青超热老化趋势明显,沥青胶结料明显硬化。因此,采取措施降低SBS改性沥青混合料的超热拌和温度,或开发新型抗氧能力强的改性剂替代传统SBS改性沥青的SBS改性剂,对提高SBS改性沥青混合料在钢桥面铺装中的使用寿命具有重要意义。     

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。     

基于表面自由能理论研究改性沥青-集料复合材料黏附性能

基于表面自由能理论,首先测定不同沥青、集料与已知试剂的接触角,然后通过相关公式计算得到沥青-集料复合材料的黏附功、剥落功及水稳定性指标ER,并分析老化前后沥青-集料复合材料的黏附性变化。研究结果表明:沥青-集料复合材料的黏附过程和剥落过程均对外放热且自发进行;同种沥青不同集料的复合材料黏附性和抵抗水损害能力排序为沥青-石灰岩沥青-玄武岩沥青-花岗岩,不同沥青同种集料复合材料黏附性强弱和抵抗水损害能力排序为复合改性沥青(CM)-集料胶粉改性沥青(CRM)-集料苯乙烯-丁二烯-苯乙烯改性沥青(SBSM)-集料复合材料;老化后沥青-集料复合材料的黏附性能和抵抗水损害能力均呈现下降趋势,且压力老化(PAV)比旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)更为明显,但老化过程并未改变沥青与集料间的配伍性;对三种改性沥青的SEM图像进行分析,发现老化后沥青与集料界面黏结特性发生变化,导致沥青-集料复合材料黏附能力下降。     

考虑水-温循环的SBS改性沥青复数剪切模量预估模型

为探寻季节性冻土区多次水-温循环后沥青胶结料特征官能团变化与复数剪切模量之间的关系,联合FTIR和动态剪切流变（DSR）试验,对经0、3、6、9、12、15和18次水-温循环后的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青进行测试,探明了多次水-温循环下SBS改性沥青复数剪切模量和特征官能团的变化规律;采用灰色关联熵分析理论数学模型,明确了复数剪切模量与特征官能团含量变化的关联程度;基于麦夸特法和通用全局优化算法对不同温度和频率下DSR测试的SBS改性沥青复数剪切模量G*及FTIR测试官能团变化指数进行多元统计回归分析,提出了SBS改性沥青复数剪切模量的预估模型。结果表明:多次水-温循环使沥青发生了水-温老化,但SBS改性剂对沥青水-温老化具有抑制作用;随着水-温循环次数的增加,沥青FTIR图谱中亚砜基与羰基呈现出明显的增大趋势;SBS改性沥青特征官能团变化对复数剪切模量影响程度由大到小的排序为脂肪族化物 > 非对称脂肪族化物 > 芳香族化合物 > SBS含量（苯乙烯+丁二烯） > 亚砜基 > 羰基;多次水-温循环后SBS改性沥青复数剪切模量随着特征官能团含量变化呈现出多元线性关系。      

多聚磷酸改性沥青老化前后高温流变性能

基于动态剪切流变(DSR)试验,对老化前后三种改性沥青:多聚磷酸(PPA)改性沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青及SBS-PPA复合改性沥青的高温性能进行分析。结果表明:在不同温度及老化作用下,与SBS改性沥青相比,PPA改性剂对沥青高温流变性能的改善更为突出,沥青中黏性成分减小,弹性成分增加。在SBS改性沥青中添加PPA可以明显增强改性沥青的弹性,降低其黏性,SBS-PPA复合改性沥青的高温性能优于SBS改性沥青。在长期老化下,PPA和SBS-PPA复合改性沥青中由储存模量G′占主导作用转变为损失模量G″占主导作用的温度转化点都较高,温度转化点:PPASBS-PPASBS。对于SBS改性沥青,温度和频率比老化作用对复数模量G*和相位角δ的影响更大,而PPA和SBS-PPA复合改性沥青受老化影响较大,随着老化程度的加深,可以在较宽的温度和频率范围内保持一定的弹性来抵抗变形。PPA改性沥青在老化前后,不同温度和频率下都具有较高的车辙因子G*/sinδ,且老化后G*/sinδ增加的最多,高温抗车辙能力更强,其次是SBS-PPA复合改性沥青。     

胶粉加工参数对活化胶粉/丁苯橡胶复合改性沥青性能的影响

为了研究胶粉加工参数对活化胶粉/丁苯橡胶(SBR)复合改性沥青性能的影响,得到胶粉的最佳加工参数,采用废食用油来活化胶粉,选取不同掺配比例(胶粉质量∶废食用油质量)、加热温度、加热时间制备活化胶粉,复配SBR制备复合改性沥青。通过沥青常规性能试验、旋转薄膜加热试验(RTFOT),对复合改性沥青的高温性能、低温性能、黏度、存储稳定性和抗老化性能进行分析研究。结果表明:胶粉加工参数对复合改性沥青的综合性能影响显著;胶粉的最佳加工参数建议为掺配比例1∶1、加热温度160℃、加热时间90min;复合改性沥青的常规性能与90^#基质沥青相比提升显著且优于SBR、活化胶粉改性沥青。