活化煤矸石改性沥青胶浆流变性能实验研究

煤矸石是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一,以粉体煤矸石为填料对沥青进行改性在国内外鲜有研究涉及。采用锥入度实验、动态剪切流变实验(DSR)和弯曲梁流变实验(BBR),研究了不同粉胶比条件下活化煤矸石改性沥青胶浆的剪切强度及高、低温流变性能变化规律,并与矿粉改性沥青胶浆进行对比;在此基础上,初探了活化煤矸石改性沥青胶浆作用机理。结果表明,采用活化煤矸石替代矿粉后,沥青胶浆的抗剪强度和高温性能大幅提高,低温性能则基本相当。研究成果为活化煤矸石替代矿粉作为沥青混合料填料的可行性提供了依据。     

活化煤矸石改性沥青胶浆粉胶比确定及粘温特性研究

煤矸石是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一,但鲜见其活化以改善沥青性能的研究成果.采用动态剪切流变仪(DSR)、弯曲梁流变仪(BBR)和布氏粘度仪(BV)对活化煤矸石改性沥青胶浆的流变特性进行测试,分析了重复蠕变劲度的粘性部分Eμ和蠕变劲度模量S与粉胶比之间的关系,通过流变学手段及双直线简化模型,得到活化煤矸石改性沥青胶浆的合理粉胶比范围及最佳粉胶比;借助扫描电镜(SEM)和红外光谱试验仪(IR)对其作用机理进行分析.研究结果表明,确定出的活化煤矸石改性沥青胶浆粉胶比能较好地平衡沥青胶浆的高低温性能;活化煤矸石可有效改善沥青胶浆的温度敏感性,其改性沥青胶浆粘温特性的效果较矿粉更为显著;平均粒径小、比表面积大及表面多孔层状结构是主要原因.研究成果为拓宽固体废弃物煤矸石在沥青路面工程中的资源化利用途径提供了依据.     

活化煤矸石改性沥青胶浆粉胶比确定及粘温特性研究

煤矸石是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一,但鲜见其活化以改善沥青性能的研究成果。采用动态剪切流变仪(DSR)、弯曲梁流变仪(BBR)和布氏粘度仪(BV)对活化煤矸石改性沥青胶浆的流变特性进行测试,分析了重复蠕变劲度的粘性部分Eμ和蠕变劲度模量S与粉胶比之间的关系,通过流变学手段及双直线简化模型,得到活化煤矸石改性沥青胶浆的合理粉胶比范围及最佳粉胶比;借助扫描电镜(SEM)和红外光谱试验仪(IR)对其作用机理进行分析。研究结果表明,确定出的活化煤矸石改性沥青胶浆粉胶比能较好地平衡沥青胶浆的高低温性能;活化煤矸石可有效改善沥青胶浆的温度敏感性,其改性沥青胶浆粘温特性的效果较矿粉更为显著;平均粒径小、比表面积大及表面多孔层状结构是主要原因。研究成果为拓宽固体废弃物煤矸石在沥青路面工程中的资源化利用途径提供了依据。     

矿粉对沥青胶浆流变性能影响及微观分析

为探究矿粉对沥青胶浆流变特性的影响规律,采用动态剪切流变仪分别对四种矿粉组成的沥青胶浆进行了不同加载模式下的流变试验,采用低温弯曲梁流变仪对胶浆进行低温小梁弯曲试验,分析了粉胶比、温度、荷载频率对沥青胶浆高低温流变特征参数的影响。借助X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM),测试矿粉岩性特征和胶浆的微观形貌。结果表明:花岗岩矿粉对胶浆的增效行为最强,石灰岩胶浆的高低温性能最佳;矿粉的比表面积对胶浆的流变性能影响大于其矿料酸碱性组分对胶浆的流变性能影响;随着粉胶比的增加,沥青胶浆的复数剪切模量随之增加,但相位角变化微小;推荐四种胶浆的合理粉胶比为1.2;最佳粉胶比状态下,胶浆微观界面粘结状况最好。研究结果可为不同种类的填料在沥青路面的应用提供技术指导和理论支撑。     

两种新型无机复合阻燃改性沥青的流变性能及其阻燃机制

针对目前沥青阻燃剂存在的毒性大、造价高及耐热性差等问题,制备了两种由金属氧化物和金属氢氧化物组成的新型无机复合阻燃剂.通过动态剪切流变试验、弯曲梁流变(BBR)试验和Brookfield旋转黏度试验,深入研究了两种新型阻燃改性沥青的高温流变性能、低温流变性能以及黏度特性.在此基础上,借助DSC试验探究了两种复合阻燃改性沥青的阻燃机制,并对比了两种无机复合阻燃剂与常用阻燃剂的经济效益.试验结果表明:两种无机复合阻燃剂阻燃的抑烟效果良好,可显著改善沥青的高温抗车辙性能,提高沥青胶浆的低温性能,增加沥青黏度;两种无机复合阻燃改性沥青的抗车辙因子与温度呈现良好的相关性; 将两种复合阻燃剂加入到沥青中,能使沥青相态变化需要更多能量,改性沥青在受热过程中更加稳定.     

高粘沥青胶浆动态剪切流变特性

针对探索不同类型的高粘沥青胶浆动态剪切流变特性,有利于完善多孔沥青混合料配合比设计。分析材料组成、粉胶比、温度等对高粘沥青胶浆动态剪切流变特性的影响,结果表明,沥青粘度高、矿粉比表面积大,形成的高粘沥青胶浆相位角相对较小,抗车辙因子较大;与矿粉类型相比,沥青性质对胶浆抗车辙因子影响显著,对改善胶浆抗高温变形能力起主导作用;粉胶比增大,抗车辙因子随之增大,并随温度变化呈幂函数关系变化趋势。提高改性沥青粘度或增大矿粉比表面积,均可有效降低高粘沥青胶浆抗车辙因子的温度敏感性,改善高粘沥青胶浆高温抗变形性能。     

泡沫温拌沥青胶浆的流变特性及微观机制分析

为了全面探究泡沫温拌沥青(以下简称泡沫沥青)胶浆的流变特性,分别针对不同粉胶比的泡沫沥青胶浆进行温度和频率两种扫描模式下的动态剪切流变(DSR)和弯曲梁流变(BBR)试验,分析了粉胶比对泡沫沥青胶浆高、低温性能的影响,利用van Gurp Palmen(vGP)图分析了泡沫沥青胶浆时温等效原理的有效性,基于此建立了泡沫沥青胶浆在频率扫描模式下的主曲线,并运用此主曲线分析了其在较宽的温度和频域下的流变特性。此外,通过扫描电子显微镜(SEM)的微观结构识别和差示扫描量热(DSC)的热特性测试分析了泡沫沥青胶浆的微观机制。结果表明:矿粉的添加对泡沫沥青的高、低温性能均有显著影响,随着粉胶比的增大,泡沫沥青胶浆的高温性能逐渐增强,低温性能逐渐降低;泡沫沥青胶浆适用于时温等效原理,在较宽的温度域及频率域内,泡沫沥青胶浆较基质沥青胶浆具有更优的高温性能。此外,泡沫沥青胶浆与基质沥青胶浆的低温等级温度基本一致;泡沫沥青胶浆中矿粉的分散性优于基质沥青胶浆中矿粉的分散性,且泡沫沥青胶浆中含有更多的微孔洞;基质沥青较泡沫沥青具有更好的热稳定性,但在相同的粉胶比下,泡沫沥青胶浆较基质沥青胶浆具有更好的热稳定性;粉胶比不大于1.0时,泡沫沥青胶浆较基质沥青胶浆具有更高的玻璃化转变温度。综合流变特性及微观机制分析得到泡沫沥青胶浆的粉胶比不宜大于1.0。     

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。     

基于测力-延度曲线分析的沥青胶浆低温流变性能评价指标

研究沥青胶浆低温性能对于优化沥青混合料抗裂设计具有重要意义。本研究定性分析了两种基质沥青及其改性沥青的测力延度试验的力-延度曲线特征;在此基础上,开展在固定粉胶比条件下不同温度和不同拉伸速率下的力-延度曲线特征研究,进而探索不同粉胶比下沥青胶浆低温性能评价指标演化规律;运用离差最大化法计算沥青胶浆低温性能评价指标权重,借助弯曲梁流变仪验证低温性能评价指标的合理性。研究结果表明,10℃、5 cm/min可作为沥青胶浆测力延度试验测试条件,其峰值力演化符合指数函数模型;基于沥青与填料交互作用,确定填料在沥青胶浆中的临界体积分数为33.07%～37.07%,该条件下混合料断后伸长率与弯曲梁试验低温性能评价指标存在较好的相关性且权重最大,可作为沥青胶浆低温性能评价指标。     

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。     

填料对橡胶沥青胶浆高低温性能的影响

为研究填料对橡胶沥青胶浆高低温性能的影响,选取矿粉和水泥作为填料,制备不同粉胶比(矿粉为0.25,0.4,0.6和0.8;水泥为0.4,0.6)的橡胶沥青胶浆。通过蠕变恢复实验和弯曲梁流变实验对橡胶沥青胶浆的高温性能和低温性能进行研究。结果表明,随着粉胶比的增加,矿粉和水泥均能使橡胶沥青胶浆的高温性能得到提高,并且矿粉比水泥的改善效果好;随着粉胶比的增加,矿粉橡胶沥青胶浆和水泥橡胶沥青胶浆的低温性能均逐渐降低,在低温-12和-18℃时,矿粉使橡胶沥青胶浆的低温性能降幅更大。为了均衡橡胶沥青胶浆的高低温性能,矿粉橡胶沥青胶浆的最佳粉胶比范围宜为0.4~0.6。     

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。     

新型丁苯橡胶复合改性沥青的制备及性能分析

将C9石油树脂、硫磺和丁苯橡胶(SBR)添加到基质沥青中,制备了一种新型的SBR复合改性沥青,通过常规指标实验,动态剪切流变试验(DSR)分别考察了C9石油树脂、硫磺(S)、SBR对基质沥青物理性能和高温流变性能的影响。结果表明:SBR/S复合改性沥青中添加适量的C9石油树脂后软化点升高,针入度下降,高温流变性能得到改善。通过弯曲梁流变试验(BBR)考察了C9石油树脂对SBR/S复合改性沥青低温抗开裂性能和老化性能的影响,发现适量的C9石油树脂可以改善SBR/S复合改性沥青的老化性能,对于低温抗开裂性能影响不大。     

矿粉性能及其对浇注式沥青胶浆高温性能的影响分析

浇注式沥青混合料的矿粉含量较高，0.075 mm筛孔通过率为20%～30%,为满足混合料施工流动性而确定矿粉用量后，可提高其高温稳定性的措施除了沥青结合料，主要取决于矿粉的质量。通过六种矿粉样本的性能测试，并与浇注式沥青混合料常用的聚合物复合改性沥青配制沥青胶浆，进行200℃旋转黏度及60～95℃的动态剪切流变试验。基于随机森林法，对与沥青胶浆性能相关的矿粉关键性能指标影响程度进行分析，并建立两者之间的相关性，最后采用遗传算法，确定了沥青胶浆性能在较优条件下的沥青和矿粉关键指标组合取值范围。结果表明，同为石灰岩磨制的矿粉，化学组成差异较大，其塑性指数、细度及比表面积有一定的相关性，并与SiO₂含量成为矿粉性能的四项关键指标，其中比表面积对沥青胶浆的车辙因子及黏度影响最大；当聚合物复合改性沥青的指标软化点为113～117℃、针入度为20.3～21(0.1 mm)、黏度为87 3.9～893.7 MPa·s时，矿粉的比表面积控制在1.7～1.8 m²/g、细度D50控制在10～12μm、塑性指数控制在2.6～5、SiO₂含量...     

PR.M/胶粉复合改性沥青流变及微观特性研究

为改善基质沥青的高、低温性能,采用胶粉和高模量剂PR.M对其进行复配改性.利用动态剪切流变和弯曲梁流变试验评价了PR.M/胶粉复合改性沥青的高、低温流变性能;通过多应力重复蠕变(MSCR)试验分析了PR.M/胶粉复合改性沥青的抗永久性变形能力;借助热重分析试验获得了PR.M/胶粉复合改性沥青的热分解温度;应用傅里叶变换红外光谱试验探究了PR.M/胶粉复合改性沥青制备过程中可能发生的化学反应;利用荧光显微试验分析了PR.M/胶粉复合改性沥青中胶粉及PR.M的作用机理.结果表明:PR.M对基质沥青的高温性能改善效果优于胶粉;胶粉可以改善基质沥青的低温性能;胶粉和PR.M均可以提高基质沥青的抗永久变形能力;PR.M/胶粉复合改性沥青的热分解温度与PR.M、胶粉的掺量有关,PR.M和胶粉的掺量越大,复合改性沥青的热分解温度越高;PR.M/胶粉复合改性沥青制备过程以物理共混为主,伴随化学反应的发生;胶粉溶胀改善了基质沥青的低温性能,PR.M溶胀改善了基质沥青的高温性能.     

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。     

回收沥青胶浆多尺度参数再生效果评价

为了研究不同再生剂掺量下再生沥青胶浆的再生效果、特征官能团和细观力学参数的演变及其对高温流变特性的影响,采用动态剪切流变试验(DSR)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术,分别测试了KL90基质沥青及其压力老化(PAV)沥青、回收沥青胶浆、再生剂掺量为6%、9%、12%的再生沥青胶浆的特流变特性和征官能团,同时采用规划求解的方法得到了沥青胶浆细观力学参数,并对沥青胶浆的宏观流变特性参数与细观力学参数的关系进行了公式推导。结果表明,温度对沥青胶浆的流变特性有重要影响,再生剂的加入使得沥青胶浆的流变特性得到恢复,同时也降低其抗车辙能力,当再生剂掺量为9%时,回收沥青胶浆的高温流变特性恢复较好;相比KL90基质沥青,PAV老化沥青和回收沥青胶浆羰基指数(CI)增加;回收沥青胶浆在1 260 cm~(-1)处、1 018 cm~(-1)和1 089 cm~(-1)处出现了C-O-C键和Si-O-Si键的特征峰,再生沥青胶浆在1 744 cm~(-1)处和1 160 cm~(-1)处出现了饱和脂肪酸酯C=O键和直链C-C键的特征峰;回收沥青胶浆的细观力学参数E_1、η_1、E_2、η_2显著高于KL90基质沥青及再生沥青胶浆,随着再生剂掺量增加,E_1、η_1、E_2、η_2逐渐减小。     

橡胶粉/SBS与高黏剂复合改性沥青的制备及性能研究

为了给排水性沥青路面提供所需的高黏度改性沥青,并控制其制备成本,通过添加橡胶粉、SBS改性剂和高黏剂制备了高黏度复合改性沥青.根据针入度、延度、软化点、针入度指数和60℃动力黏度等指标,研究了各改性剂对复合改性沥青性能的影响,确定各自的合适掺量.采用软化点差值法评价高黏度复合改性沥青的热储存稳定性,采用动态剪切流变试验(DSR)研究高黏度复合改性沥青的高温流变性能,采用复数模量指数(GTS)法研究高黏度复合改性沥青的感温性能,借助傅里叶红外光谱(FTIR)和差示扫描量热法(DSC)对高黏度复合改性沥青的改性机理进行分析.试验结果表明:5％的SBS改性剂、13％橡胶粉和4％的高黏剂为合适的配比掺量,所制备的高黏度改性沥青具有较强的高温抗车辙能力和良好的感温性能,并满足储存稳定性要求.橡胶粉、SBS和高黏剂与基质沥青之间既存在物理共混,也有化学反应的发生.     

复掺钢丝绒纤维/水镁石纤维沥青胶浆性能研究

通过改变纤维总掺量和两种纤维的体积比,采用廷度试验、锥入度试验、布氏旋转粘度试验和动态剪切流变试验研究了混杂纤维沥青胶浆的低温延展性能、抗剪切性能、粘度特性及高温流变特性,同时借助扫描电镜(SEM)对其试样断面进行观察分析.结果表明:沥青胶浆的低温延展性随纤维掺量的增大而降低;在6％纤维总掺量范围内,随着纤维掺量的增大粘度逐渐增大,且增大的幅度减小;当钢丝绒纤维与水镁石纤维体积比为6/4时,沥青胶浆的车辙因子(G*/sinδ)、抗剪强度达烈最佳值;将两种纤维混杂掺入沥青胶浆中,充分分散,其与沥青粘结良好,发挥了增粘和桥接作用,提高了沥青胶浆的整体稳定性和抵抗永久变形的能力.     

复掺钢丝绒纤维/水镁石纤维沥青胶浆性能研究

通过改变纤维总掺量和两种纤维的体积比,采用延度试验、锥入度试验、布氏旋转粘度试验和动态剪切流变试验研究了混杂纤维沥青胶浆的低温延展性能、抗剪切性能、粘度特性及高温流变特性,同时借助扫描电镜(SEM)对其试样断面进行观察分析。结果表明:沥青胶浆的低温延展性随纤维掺量的增大而降低;在6%纤维总掺量范围内,随着纤维掺量的增大粘度逐渐增大,且增大的幅度减小;当钢丝绒纤维与水镁石纤维体积比为6/4时,沥青胶浆的车辙因子(G*/sinδ)、抗剪强度达到最佳值;将两种纤维混杂掺入沥青胶浆中,充分分散,其与沥青粘结良好,发挥了增粘和桥接作用,提高了沥青胶浆的整体稳定性和抵抗永久变形的能力。