基于表面理论的温拌SBS改性沥青-集料体系的粘附性

采用躺滴法检测了掺加1.5%、3%的Sasobit和0.5%、1%的Evotherm 3G制备得到的温拌SBS改性沥青与蒸馏水、甘油和甲酰胺3种液体的接触角;基于表面自由能理论,对比了温拌SBS改性沥青在无水条件下的表面自由能和粘聚功以及在有水条件下的剥落功;同时,考察了温拌SBS改性沥青和石灰岩质集料的粘附功和配伍率。结果表明:采用躺滴法可以准确检测温拌SBS改性沥青与常用检测液体的接触角;以粘聚功、粘附功、剥落功、配伍率作为评价指标可用于表征温拌SBS改性沥青-集料体系的粘附性;温拌SBS改性沥青的表面自由能及其分量、粘聚功、配伍率随着Sasobit掺量的增大而减小,但随着Evotherm温拌剂掺量的增加而增大;水的参与降低了温拌剂对SBS改性沥青-集料体系粘附性影响的差异;Evotherm温拌剂有助于改善温拌SBS改性沥青的水敏感性,Sasobit温拌剂增加了温拌SBS改性沥青的水敏感性。     

不同沥青结合料水损害的纳米尺度研究

为了从微观尺度分析不同沥青结合料的抗水损害性能,分别制备了不同状态下(干燥/潮湿、原样/老化)的70#A基质沥青、SBS改性沥青、Sasobit温拌沥青和橡胶改性沥青试样,采用原子力显微镜(AFM)分析了各试样的表面特性,测试了沥青与矿料间的粘附力值。结果表明:干燥状态下,基质沥青与矿料间的粘附力大于改性沥青,但其测定结果的离散程度和波动性最大。潮湿状态下,原样基质沥青、Sasobit温拌沥青和橡胶改性沥青的粘附力值均有不同程度的下降,原样SBS改性沥青的对应值有较大的提高,原样SBS改性沥青具有较好的抗水损能力。沥青老化过程极大地降低基质沥青的抗水分侵蚀能力,基质沥青对水分更敏感,更易产生水损害;沥青老化也会降低SBS改性沥青的抗水损能力。     

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。     

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。     

基于温拌沥青性能的不同温拌剂效能评价

为研究不同温拌剂对沥青性能的影响,促进温拌沥青技术的推广应用,选择Sasobit、Aspha-min、ZYF三种温拌剂和SK90#沥青、SBS改性沥青,通过针入度、软化点、延度试验、旋转黏度试验、动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验系统地研究不同温拌剂对沥青性能的影响,并根据沥青指标的变化确定ZYF温拌剂的合理掺量。结果表明:Sasobit和Aspha-min可以改善沥青的高温性能,但对低温性能不利;ZYF温拌剂略微降低沥青的高温性能,但能显著改善其低温性能;Sasobit和ZYF温拌剂可显著降低沥青的高温粘度,Aspha-min温拌沥青的粘度略微增大;ZYF温拌剂的合理掺量为沥青用量的4%。     

老化作用下SDYK型温拌胶粉改性沥青高低温性能研究

通过动态剪切流变试验(DSR)和低温弯曲蠕变试验(BBR),对短期老化前后不同SYDK掺量(0.4%,0.6%,0.8%)的温拌胶粉改性沥青高低温性能进行研究。DSR试验结果表明,短期老化前后,掺入SDYK温拌剂的胶粉改性沥青的复数剪切模量G~*增大、相位角δ减小、改进车辙因子G~*/sin~9δ增大,说明SDYK温拌剂的掺入改善了胶粉改性沥青的高温性能,SDYK温拌剂掺量为0.6%时胶粉改性沥青高温性能最好;BBR试验结果表明,掺入SDYK温拌剂的胶粉改性沥青劲度模量S值增大,蠕变速率m值减小,优化指标m/S值减小,说明SDYK温拌剂的掺入降低了胶粉改性沥青低温抗开裂性能。综合考虑高低温性能,质量分数为0.6%SDYK温拌剂掺量为最佳掺入量。     

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。     

麦秆表面自由能及其分量研究

连续跟踪不同处理麦秆表面接触角随时间的变化值,确定用于计算表面自由能的接触角数据,依据Young方程及Owens-Wendt-Kaelble法,求解不同处理麦秆表面自由能及其极性和非极性分量(色散力分量)。结果表明,未经处理麦秆外表面自由能为37.20 mJ/m2,其非极性分量占84.11%,内表面自由能高达51.54 mJ/m2,其非极性分量占50.50%。经1%的NaOH溶液95℃和85℃热处理,麦秆外表面自由能由37.20 mJ/m2增至51.72 mJ/m2和44.21 mJ/m2,其极性分量增加了377.58%和229.13%。经180℃和160℃热处理,麦秆外表面自由能变化不显著,但其极性分量显著增加,非极性分量显著降低。     

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。      

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...     

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。     

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。     

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。     

基于表面能理论研究盐冻循环对沥青-矿料界面粘附性的影响

根据表面能理论,采用接触角测量法测定盐冻循环前后苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）、废胎胶粉（CR）和复合胶粉（CCR）3种聚合物改性沥青、石灰岩、玄武岩和花岗岩的表面自由能参数,分别计算出盐冻循环前后沥青-矿料系统的粘附功和剥落功,从而确定盐冻循环对沥青-矿料系统粘附和剥落特性的影响。结果表明:盐冻循环前后,沥青与矿料的粘附过程以及水侵入沥青-矿料界面的剥落过程的比表面自由能变化均为负值,说明沥青与矿料的粘附过程和剥落过程均自发进行;随着盐冻循环次数和盐浓度的增加,沥青-矿料系统粘附功逐渐减小,剥落功逐渐增大,粘附性和抗水损害能力逐渐减弱;当沥青种类相同时,沥青与石灰岩的粘附功最大,剥落功最小,沥青与花岗岩的粘附功最小,剥落功最大;当矿料种类相同时,CCR改性沥青与矿料的粘附功最大,剥落功最小,SBS改性沥青与矿料的粘附功最小,剥落功最大。      

Dynamic mechanical characterization of asphalt concrete mixes with modified asphalt binders

The primary objective of this work is to characterize and compare the dynamic mechanical behavior of asphalt concrete mixes with styrene butadiene styrene (SBS) polymer and crumb rubber modified asphalt binders with the behavior of mixes with unmodified viscosity grade asphalt binders. Asphalt binders are characterized for their physical and rheological properties. Simple performance tests like dynamic modulus, dynamic and static creep tests are carried out at varying temperatures and time. Dynamic modulus master curves constructed using numerical optimization technique is used to explain the time and temperature dependency of modified and unmodified asphalt binder mixes. Creep parameters estimated through regression analysis explained the permanent deformation characteristics of asphalt concrete mixes. From the dynamic mechanical characterization studies, it is found that asphalt concrete mixes with SBS polymer modified asphalt binder showed significantly higher values of dynamic modulus and reduced rate of deformation at higher temperatures when compared to asphalt concrete mixes with crumb rubber and unmodified asphalt binders. From the concept of energy dissipation, it is found that SBS polymer modification substantially reduces the energy loss at higher temperatures. Multi-factorial analysis of variance carried out using generalized liner model showed that temperature, frequency and asphalt binder type significant influences the mechanical response of asphalt concrete mixes. The mechanical response of SBS polymer modified asphalt binders are significantly correlated with the rutting resistance of asphalt concrete mixes.     

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。     

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。     

Effect of warm mix additives on the interfacial bonding characteristics of asphalt binders

The quality of the interfacial bonding between asphalt binder and aggregates plays a significant role in determining the durability of asphalt mixtures. Warm mix asphalt (WMA) modifiers have been used extensively in the last decade primarily to reduce production and compaction temperatures as well as to improve workability of asphalt mixtures. This study aimed to provide better understanding of the effects of these WMA modifiers on the interfacial bonding between asphalt binders and aggregates. The evaluation focused on measuring surface energy of binders in unaged and aged states and aggregates and then calculating energy parameters that describe the potential of a given asphalt-aggregate combination to resist fatigue cracking and moisture damage. Results show that the combination of asphalt-WMA additive, as well as the content applied of WMA additive has a significant impact on the fatigue cracking and moisture damage resistance. The results suggest that it is poor practice to use a given type and percentage of WMA modifier without regard for binder type. Instead, test methods are recommended to evaluate the compatibility of asphalt binder, WMA additive type/content, and aggregates for improved performance at different conditions.