SBS改性沥青超热老化模式下氧化与挥发的贡献机理

利用宏观和微观分析相结合的方法,定量分析了SBS改性沥青超热老化模式下氧化与挥发的贡献机理。通过研究不同老化温度下常规三大指标,DSR流变车辙因子分别在空气氛和高纯氮气氛下老化的衰变规律,并结合傅里叶变换红外光谱微观表征手段,定量计算出SBS改性沥青超热老化过程中氧化与挥发的贡献率,得出SBS改性沥青在超热老化模式下,其老化机理是以SBS分子中的双键被氧化为主要因素,但随着超热老化温度升高,小分子挥发等非氧化因素逐渐成为超热老化的又一主要因素。宏观分析中,从普通老化的163℃到超热老化的198℃,氧化与挥发对SBS改性沥青针入度衰减的贡献率比由6∶4变为1∶1;对延度衰减的贡献率比由7∶3变为1∶1;对车辙因子的贡献率比由24∶1变为2∶1;而红外光谱微观分析中,氧化与挥发对SBS改性沥青超热老化后不饱和双键的衰减贡献率比由7∶3变为1∶1。     

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。     

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。     

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...     

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。     

老化SBS改性沥青二次改性再生工艺及机理研究

为研究老化SBS改性沥青的二次改性再生效果,比较不同工艺对再生效果的影响,首先通过常规试验、SHRP试验选择恰当的SBS改性沥青老化模拟方式,然后对添加SBS改性剂、新沥青进行再生的3种工艺展开研究,并借助红外光谱试验分析不同掺加顺序对老化SBS改性沥青再生效果的影响,确定了改性剂及新、旧沥青的最佳比例和最佳工艺。结果表明:采用RTFOT试验进行老化模拟更加方便、科学,RTFOT试验5h获得的改性沥青指标与服务年龄为7年的SBS改性沥青一致;SBS改性剂、新沥青添加顺序与老化沥青再生效果关系密切,先将SBS改性剂和新沥青混合制备改性沥青,再将改性沥青与老化沥青混合的工艺可使再生沥青性能最佳,其中SBS最佳掺量为4%,新、旧沥青质量比为2。     

复合多聚磷酸改性沥青混合料疲劳性能

采用四点小梁弯曲疲劳试验方法,考虑不同试验温度和不同应变水平等因素的影响,研究多聚磷酸（PPA）-苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）复合改性沥青混合料疲劳性能的变化规律,并与SBS改性沥青混合料进行对比。结果表明：相同条件下,PPA-SBS改性沥青混合料比SBS改性沥青混合料残留劲度模量比大,损伤因子小,稳定阶段耗散能变化率的平均值小,疲劳损伤演变小,抗疲劳性能好;同一温度下,应变水平越大,残留劲度模量比越小,损伤因子越大,耗散能变化率维持稳定阶段的平均值越大,疲劳损伤演变越剧烈,抗疲劳性能越差;同一应变水平下,15℃时沥青混合料试件的抗疲劳性能优于10℃时。     

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。     

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。     

基于数字散斑相关技术的沥青混合料老化特性实验研究

基于数字散斑相关技术DSCM(digital speckle correlation method),利用VIC-3D(video image correlate-3D)图像处理系统,通过半圆弯拉实验(semi-circular bending test,简称SCB实验),对温度老化前后的SBS改性沥青混合料和橡胶粉(CR)改性沥青混合料半圆试件的三点弯拉实验从加载到破坏的全过程进行图像采集,利用VIC-3D计算软件计算半圆试件全过程的水平应变、水平应变速率并通过荷载-位移曲线求出的断裂能指标,研究沥青混合料老化特性。结果表明,数字散斑相关技术,作为一种非接触、非干涉、全场变形的光学计量方法,可以很好地应用于沥青混合料的老化特性研究;在半圆试件从加载到开裂破坏的全过程中,温度老化后的沥青混合料的持荷能力和抵抗开裂破坏的能力与老化前相比明显削弱;温度老化后的CR改性沥青混合料比温度老化后的SBS改性沥青混合料有更好的抗裂性能。     

两种沥青胶浆的疲劳及自愈合性能试验

为了研究沥青胶浆的疲劳及自愈合特性,利用动态剪切流变仪（DSR）进行时间扫描及疲劳-愈合-再疲劳测试,并通过原子力显微镜（AFM）对细观结构进行观测,比较分析了不同粉胶比下基质沥青胶浆和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青胶浆的疲劳性能,以及在常温（25℃）下3个不同间歇期的自愈合性能。试验发现：SBS沥青胶浆具有更好的疲劳和自愈合性能,两种沥青胶浆疲劳寿命均随粉胶比的增大而增加,同一粉胶比条件下,更长的间歇期有利于其自愈合,过大或者过小的粉胶比都会降低沥青胶浆的自愈合性能;AFM观测结果表明：基质沥青胶浆出现明显的"蜂状结构",粉胶比增加,矿粉吸附更多的沥青质,"蜂状结构"变多,与沥青界面内聚力作用增强,提高了抗疲劳性能,SBS改性剂与沥青相容性良好,改性沥青胶浆没有出现"蜂状结构",改性剂的加入增强了分子间内聚力,有助于提高抗疲劳性能,因此建议路面材料选用改性沥青胶浆。     

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。     

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。      

盐冻循环条件下两种沥青的微观结构及高低温性能

利用原子力显微镜(AFM)、动态剪切流变仪(DSR)和弯曲梁流变仪(BBR)对冻融循环前后的基质沥青和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)改性沥青进行了微观结构观测和高低温性能测试。试验结果表明:经冻融循环后,沥青"蜂形"结构的数量和尺寸出现不同变化,基质沥青中沥青质含量增加且分散状况变差,SBS改性剂三维网状结构遭到破坏;基质沥青的高温性能有所提升,抗疲劳性能降低,SBS改性沥青的高温性能降低,抗疲劳能力提升;融雪盐浓度增大在一定程度上降低了基质沥青的低温抗裂能力,融雪盐浓度为4wt%时,SBS改性沥青的低温抗裂能力得到提高。SBS改性沥青高低温性能总体上优于基质沥青,建议北方等寒冷地区尽量选用SBS改性沥青作为路面材料。     

温拌剂种类及掺量对不同沥青流变性能的影响

为了研究温拌剂种类及掺量对沥青流变性能的影响,通过动态剪切流变仪对分别掺加RH和Evotherm温拌剂的SBS改性沥青和基质沥青进行温度扫描试验,分析了它们的复数剪切模量、相位角和车辙因子。结果表明,Evotherm温拌剂在28~52℃能够提升两种沥青抗车辙性能,52℃后效果减弱;并且在28~40℃间可以提高两种沥青弹性恢复性能,40℃后会使SBS改性沥青弹性恢复性能减弱,对基质沥青无影响。增加Evotherm温拌剂掺量,在28~52℃会使温拌SBS改性沥青抗车辙性能提高,使温拌基质沥青抗车辙性能有所减弱,52℃后影响不明显。RH温拌剂在28~46℃对两种沥青抗车辙性能略有不利,但负面作用随温度升高逐渐减弱甚至消失;RH温拌剂能够显著增大两种沥青高温时弹性恢复性能。RH温拌剂掺量增大会使两种沥青抗车辙性能降低,但会使弹性恢复性能增强。     

多聚磷酸及多聚磷酸-SBS改性沥青低温性能

基于弯曲流变试验(BBR)并结合DSC试验测得的玻璃化转移温度,对不同掺量的多聚磷酸(PPA)改性沥青和乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)-PPA复合改性沥青的低温性能进行了研究。用单因素方差法分析了不同温度下,PPA掺量对沥青低温性能的影响。利用荧光显微镜观察并分析了SBS-PPA复合改性沥青的相态结构特征。结果表明:PPA的加入对基质及复合改性沥青的低温性能有所提高,且随着PPA掺量的增加,对低温抗裂性能的改善越好,但随着温度的降低,低温改善效果逐渐减小。不同温度下,PPA对基质沥青低温性能的影响程度不同,在-18~-12℃时,对基质沥青低温性能的改善较显著,而在-30~-24℃时,对基质沥青低温性能的改善不显著;对于SBS-PPA改性沥青,不同温度下,PPA对其低温性能的改善均不显著。SBS-PPA改性沥青的低温抗裂性能优于PPA改性沥青,PPA的添加可以有效促使SBS分散为细小颗粒,并在沥青中的分布变得更加均匀,使SBS改性沥青的储存稳定性和空间网状结构得到有效改善。