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。     

基于灰关联熵分析法的高粘改性沥青关键指标

为了研究高粘改性沥青关键指标对排水沥青混合料性能的影响,选取SBS改性沥青、TPS高粘改性沥青和自主研制高粘改性沥青,采用灰关联熵分析法,分析了高粘改性沥青多种指标对排水沥青混合料高温抗车辙能力和抗水损害能力的影响。结果表明:高粘改性沥青混合料的动稳定度和劈裂强度比分别为SBS改性沥青混合料的2倍和1.2倍,因此能显著增强排水沥青混合料的高温以及水稳性能。沥青的零剪切粘度与混合料动稳定度的灰熵关联度为0.983,对排水沥青混合料的高温性能影响最大;沥青的粘韧性、韧性与混合料劈裂强度比的灰熵关联度分别0.991和0.989,对排水沥青混合料的水稳性能影响显著。建议采用沥青的60℃零剪切粘度、粘韧性和韧性作为评价高粘改性沥青的关键性指标。     

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。     

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。     

基于线性振幅扫描试验评价硬质沥青的疲劳性能

为评价硬质沥青的疲劳性能,通过旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)和压力老化试验(PAV),选用具有代表性的四种硬质沥青和对比试样SBS改性沥青进行了短期老化和长期老化,采用不同温度下的线性振幅扫描试验(LAS)测试了各沥青试样的储能模量、损耗模量、剪切应变、剪切应力等疲劳参数,采用粘弹连续介质损伤模型(VECD模型)计算了沥青的疲劳寿命.结果表明:不同程度的老化均会降低硬质沥青重复荷载作用下应力-应变承受能力、抵抗损伤能力和疲劳寿命;温度升高会一定程度提升硬质沥青抵抗损伤能力和疲劳寿命,降低虚模量衰减;硬质沥青标号越高,则疲劳性能越好,不同油源的同等标号硬质沥青针入度越高,则疲劳性能越好;应力-应变曲线中峰值应力处的应变可以作为评价硬质沥青路面疲劳寿命的评价指标.     

不同改性沥青温度敏感性

为评价不同改性沥青(SBS改性沥青(SMA)、橡胶粉改性沥青(RPMA)、复合改性沥青(CMA))老化前后的温度敏感性,利用动态剪切流变仪对以上3种改性沥青老化前后的试样进行动态剪切流变实验,并取老化前后温度扫描数据利用粘温指数VTS的不同算法在不同温标下对改性沥青的粘度-温度曲线进行拟合,针对不同沥青从线性相关系数的角度分析了各自最适用的温标及算法;在适用的温标下利用粘温指数VTS评价了不同改性沥青老化前后的温度敏感性,并利用电子显微镜扫描实验,从沥青的微观结构特征分析了不同改性沥青温度敏感性存在差异的原因。结果表明,在开式温标及兰金式温标下拟合出的VTS可以更好地评价不同改性沥青的温度敏感性;组分及蜡含量的变化对改性沥青温度敏感性影响最大,胶体结构与大分子分子量的影响次之;老化作用使改性沥青温度敏感性降低,RPMA在老化前后温度敏感性最低。     

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。     

SBS改性沥青性能影响因素研究

基于SBS改性沥青的三大指标及储存稳定性分析,采用理论与实验相结合的方法,分别从SBS改性机理、SBS型号、基质沥青标号、无机填料、改性沥青加工工艺及老化等方面对SBS改性沥青性能的影响进行深入分析。结果表明,在SBS与基质沥青充分溶胀的前提下,星型SBS改性沥青性能要优于线型SBS改性沥青;基质沥青的标号越高,SBS对基质沥青的改善效果就越明显,并且受到SBS掺量的限制;无机填料可以显著提高SBS改性沥青的硬度和高温稳定性;合理控制SBS改性沥青加工温度和加工时间,均有利于SBS对基质沥青改性作用的发挥;SBS能够显著提高改性沥青的耐老化性能。     

聚合物改性沥青高温抗变形特性实验研究

为研究短期老化作用、温度分别对3种聚合物改性沥青:SBS改性沥青(SMA)、橡胶粉改性沥青(RPMA)、复合改性沥青(CMA)抗变形能力的影响,利用动态剪切流变仪(DSR)分别对3种沥青原样及旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)后的沥青试样进行重复蠕变恢复实验,利用抗变形指数HL与蠕变劲度的粘性部分GV对沥青高温变形性能进行评价;并利用扫描电子显微镜对各沥青试样的微观结构形态进行观察,从微观角度解释不同沥青抗变形能力存在差异的原因。结果表明,GV与HL可较好地评价高温下改性沥青的抗变形能力;短期老化作用使基质沥青与改性剂的微观结构发生变化,抗变形性能改变;温度对沥青抗变形能力的影响取决于沥青温度敏感性的强弱,RPMA在高温状态下表现最好。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

胶粉改性沥青混合料弯曲蠕变试验研究

胶粉改性沥青混合料是一种典型的粘弹性材料,具有很好的抗高温和抗低温开裂性能.由于利用了废旧橡胶轮胎对于减少黑色污染,发展循环经济和保护环境,具有重要意义.通过配合比相同的胶粉改性沥青和SBS改性沥青混合料的弯曲蠕变对比试验,研究了在-15℃、0℃、15℃、30℃和45℃下两种沥青混合料粘弹特性.得出胶粉改性沥青和SBS...     

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。