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...     

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。     

老化和再生对沥青流变性能及微观结构的影响

采用动态剪切流变试验和原子力显微镜(AFM)分别测试了原样沥青、老化沥青和三种添加不同再生剂的再生沥青。结果表明:沥青老化后复数模量和车辙因子增大,相位角降低,蜂状结构面积比例、平均面积降低,微观形貌高度减小;老化沥青中加入再生剂后复数模量和车辙因子降低,相位角增大,微观结构各参数均得到不同程度恢复;证明沥青微观形貌特性与流变性能密切相关。     

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。     

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。     

植物茎秆纤维结构及其沥青胶浆流变特性

本研究将棉秸秆、玉米秸秆、废竹、蔗渣制备出植物纤维。采用相关分析和试验评价各植物纤维沥青胶浆的物化特性。结果表明：在微米级结构层面上,棉秸秆纤维、玉米秸秆纤维和蔗渣纤维呈现出空腔管状结构,竹纤维、木质素纤维为实心结构;各纤维的化学成分存在差异,且影响其热解速率。掺入纤维后,沥青胶浆高温稳定性改善明显,在初始试验温度下各纤维沥青胶浆车辙因子提升了23.8%～75.7%,弹性恢复率提高了9.4%～18.5%。掺加纤维后,沥青胶浆低温抗裂性能略有下降,但植物纤维类型对其影响并不显著。     

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。     

聚合物复合改性沥青及其胶浆流变性能

采用动态剪切的流变试验、弯曲梁的流变试验和测力延度试验等流变力学实验方法,对未老化复合改性沥青及其胶浆性能开展试验研究。结果表明复合改性沥青的高温流变力学性能优于常规SBS改性沥青。兼顾高、低温性质的复合改性沥青胶浆适宜的粉胶比为1.4粉胶比上限范围为1.6。     

盐冻融循环条件下沥青高温流变性能及微观结构

利用动态剪切流变仪(DSR)和原子力显微镜(AFM)对冻融循环前后的基质沥青和胶粉改性沥青进行测试,比较分析了不同盐浓度和冻融循环次数下两种沥青的动态黏弹参数及微观结构,并测试了冻融前后两种沥青的基本指标。结果表明:经历冻融循环后,基质沥青储存模量和车辙因子均增加,疲劳因子减小,而胶粉改性沥青没有明显变化,冻融循环增加了基质沥青的高温弹性性能,但显著降低了抗疲劳性能,而冻融循环对胶粉改性沥青的高温性能影响不大;AFM观测表明基质沥青出现"蜂形"结构,冻融循环后"蜂形"变大、变长,而胶粉改性沥青的结构几乎没有变化,因此北方寒冷地区使用胶粉改性沥青作为路面材料更具优势。     

呋喃树脂对煤沥青流变性能的影响

采用旋转黏度计测定了含有不同比例呋喃树脂的煤沥青的表观黏度。考察了呋喃树脂对煤沥青表观黏度、残炭率及软化点的影响。同时，采用扫描电镜(SEM)研究了添加呋喃树脂后煤沥青的表面形貌。结果表明，添加质量分数为3．6％～9．0％的呋喃树脂使煤沥青在达到相同黏度值时温度下降5℃～15℃，而残炭率不下降；由于呋喃树脂使煤沥青分子隔开从而改善了煤沥青的流动性能；另外加入适量的呋喃树脂可降低煤沥青的黏流活化能，有利于煤沥青在较宽温度范围内进行工艺操作。     

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。     

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。     

不同温拌剂对高黏沥青流变及微观特性影响研究

高黏沥青已在我国取得广泛应用,向高黏沥青中添加温拌剂可改善其施工和易性,但目前系统性分析不同温拌剂对高黏沥青流变性能和微观特性影响的研究较少。本工作先用布氏黏温曲线确定不同温拌剂(ACMP、Sasobit、WCO、Evotherm)对高黏沥青降黏效果相同时对应的掺量,并利用红外光谱试验从分子层面分析不同温拌剂对高黏沥青微观特性的影响,再利用温度扫描、蠕变试验、线性振幅扫描试验(LAS)研究不同温拌剂对高黏沥青流变性能的影响。研究结果表明：Sasobit为蜡质温拌剂,在温度低于熔点时以晶体状态存在,使得高黏沥青的高温性能和蠕变恢复性能得到提升,但低温性能和抗疲劳性能下降。温拌剂Evotherm为季铵盐表面活性剂,加入其可改变沥青质分子间的表面张力,不利于高黏沥青的高温性能和抗疲劳性能。温拌剂ACMP、WCO具有润滑作用,加入它们可提高高黏沥青的抗疲劳性能。综合不同温拌剂对高黏沥青物理性能、流变性能及微观特性影响分析,推荐采用ACMP温拌剂。     

PEG/SiO_2相变颗粒对沥青胶浆性能实验研究

利用相变材料在相变过程中吸收或释放大量热量而保持温度不变的特性,用溶胶-凝胶法制备了聚乙二醇(PEG)/SiO_2相变颗粒,并分别以不同比例的PEG/SiO_2相变颗粒等体积代替矿粉,对沥青胶浆做针入度、软化点、动态剪切流变等实验,研究相变颗粒代替矿粉后对沥青胶浆常温及高温流变性能的影响。结果表明,以一定比例的相变材料替代矿粉可有效地改善沥青胶浆的高温性能,但对常温性能改善效果不明显。     

浆体流变性能对超高延性水泥基材料性能的影响

浆体的流变性能是影响纤维在水泥基材料中分散性的关键因素,是采用聚乙烯（PE）纤维制备超高延性水泥基材料（Ultra-high ductility cementitious composites, UHDCC）的重要指标。本工作通过调整水胶比和外加剂的掺量调控浆体的流变性能,研究浆体的屈服应力和塑性黏度对UHDCC流动性、拉伸、抗压和断裂性能的影响。结果表明：调整水胶比和外加剂可以调控UHDCC浆体的流变特性,其流变行为符合假塑性流体。浆体塑性黏度在1.91～6.00 Pa·s范围内的UHDCC呈现不同程度的拉伸应变硬化行为;塑性黏度的最佳范围为3.06～4.60 Pa·s,此时纤维在基体中分散更加均匀,因此UHDCC具备更加优异的拉伸性能和断裂韧度,其拉伸应变可以超过10%。     

基于关联性的玄武岩纤维沥青胶浆及其混合料性能研究

为全面提升玄武岩纤维沥青混合料性能,研究了纤维类型及玄武岩纤维长度、掺量等因素对沥青胶浆抗裂性能、抗剪性能及流变特性的影响规律;基于纤维胶浆与纤维沥青混合料性能的关联性分析,揭示了玄武岩纤维对沥青混合料性能的细观增强机制。结果表明:玄武岩纤维对沥青胶浆的抗裂性能及流变特性影响显著,其极限拉力和车辙因子分别达到原沥青胶浆的4.5倍及1.08倍;纤维沥青胶浆高温流变特性与其沥青混合料高温稳定性变化规律存在差异,而前者抗裂性能与后者低温抗裂性能关联性较强;玄武岩纤维与沥青胶结料、集料之间形成三维网状结构,有利于抑制裂缝扩展。     

碱侵蚀对玄武岩纤维/沥青流变性能的影响

为增强玄武岩纤维（BF）/沥青流变性能,采用1.0 mol/L及2.5 mol/L NaOH溶液对BF进行侵蚀,通过ESEM试验和FTIR试验对其表面细观形貌进行了细观观测及分析。结果表明：原样BF表面光滑,NaOH侵蚀后的BF呈现明显的NaOH产物包裹BF现象,且随着NaOH的浓度及侵蚀时间的增加,BF的-OH含量增加;通过ESEM试验、动态剪切流变仪（DSR）试验及低温弯曲流变仪（BBR）试验,研究了BF/沥青的拉拔断口形貌及流变性能。结果表明：随着BF的侵蚀程度越严重,沥青与BF粘结性能和BF/沥青流变性能越好,且得到了NaOH对BF侵蚀的最佳侵蚀时间和浓度分别为45 min和2.5 mol/L。     

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。     

盐冻循环对沥青性能及其微观结构的影响

对基质沥青、SBS改性沥青和胶粉改性沥青在盐冻循环前后的3个基本指标进行了测试,采用极差分析法和灰色关联熵分析法对盐冻融循环前后影响沥青高低温性能的各因素进行了对比分析,并通过扫描电子显微镜对冻融循环前后的3种沥青试样的微观结构进行观测。结果表明,冰冻温度、盐溶液浓度和冻融循环次数都会影响沥青的温度敏感性,使沥青的高低温性能降低,并对沥青微观结构产生巨大影响,但是研究也发现沥青自身性能指标的影响更为显著,特别是沥青自身的针入度值。因此在寒冷地区修建道路时,沥青材料的选用要严格控制其基本指标。