基于流变学方法的沥青中高温性能及胶浆抗剪强度研究

为了探究不同改性剂对基质沥青各项性能指标的改性效果,选取三种不同的改性沥青,SBS改性沥青、TPE改性沥青和高黏高弹改性沥青,进行室内试验研究对比。通过改性沥青胶浆锥入度试验、PG高温分级试验、温度扫描试验和MSCR试验,从抗剪强度、中高温性能、抗永久变形及变形恢复等方面系统地评估三种改性沥青的路用效果。研究结果表明:改性沥青及胶浆的制备,需要将制备时间、剪切速率、温度等参数严格控制在合理的范围之内,保证材料满足要求;各种沥青胶浆抗剪强度与温度呈现良好的相关性,并且各个回归方程的相关系数R²非常高,TPE改性沥青胶浆有着较高的抗剪强度;三种改性沥青流变试验显示,TPE改性沥青的中高温抗变性能力和高温蠕变恢复能力最佳,高黏高弹改性沥青次之,SBS改性沥青低于前两种沥青。     

PU—SBS复合改性沥青的高温性能试验研究

聚合物改性是提升沥青高温性能的重要途径。采用聚氨酯（PU）和苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物（SBS）制备一种复合改性沥青,研究引入PU-SBS对沥青高温性能的影响及改性机理。结果表明,PU-SBS复合改性显著降低了沥青的针入度,提高了软化点和黏度,有效提升了沥青的高温流变性能,改性效果明显优于单一聚合物改性。PU-SBS复合改性沥青在高温下有良好的抗永久变形能力和弹性恢复能力。64 °C时,其车辙因子G*/sin δ值达到18.35 kPa,分别为同条件下SBS改性沥青、PU改性沥青的2.6、1.6倍。此外,PU-SBS复合改性主要通过聚合物在沥青中的吸附交联及与沥青组分的化学反应来提升沥青的高温性能。     

超硬质沥青改性结合料流变性能分析

为研究超硬质沥青(super hard asphalt,SHA)对超硬质沥青结合料的高、低温流变的影响效果,采用SHA作为改性剂对AH-90道路石油沥青进行改性,制备了不同质量分数（5%、6%、7%和8%）的SHA改性结合料,并进行动态剪切流变试验、多应力蠕变恢复试验及小梁弯曲蠕变试验. 试验结果表明:其适用于时温等效原理;SHA的掺入会有效提高沥青结合料的车辙因子G^*/sin δ,沥青混合料的高温性能得到明显改善;随着SHA掺量的增加,沥青结合料的平均应变恢复率R逐渐升高,不可恢复蠕变柔量J_nr逐渐降低,掺加SHA有利于提高沥青结合料高温抗变形能力与变形恢复能力;随着SHA的掺入,沥青结合料的蠕变劲度S与蠕变劲度变化率m变化幅度不大,对沥青结合料的低温抗裂性能影响不大. SHA改性沥青结合料高温抗车辙性能优异,低温性能相对于基质沥青PG分级保持不变.     

TPS改性剂对高粘沥青性能的影响

为制备适于我国排水性沥青路面应用的高粘沥青,通过室内试验研究高粘沥青添加剂TPS对两种不同油源的90＃基质沥青的改性效果．以60 ℃黏度作为评价高粘沥青的关键指标,重点研究TPS掺量变化对改性沥青60 ℃黏度及其他物理性能的影响规律．结果表明:TPS对两种不同油源的基质沥青的改性效果差异较大,尤其对于60 ℃动力黏度指标,在相同TPS掺量下,基质沥青的沥青质含量越大,改性沥青的60 ℃黏度越大,二者的配伍性较好,推荐TPS掺量（质量分数）为14％～16％,此时改性沥青胶结料的60 ℃黏度增长迅速,能够满足高粘沥青的黏度要求,且改性沥青胶结料的感温性、高温稳定性与低温抗裂性、弹性恢复能力等都得到了较大程度的提高．     

SBS对基质沥青低温性能改善效果研究

通常认为SBS可以同时改善基质沥青的高、低温性能.以三种常用的国产沥青和一种进口沥青作为基质沥青,采用四种不同的SBS对其进行改性,分别制得成品SBS改性沥青.运用SHRP试验方法中的弯曲梁流变仪(BBR)分别对制得的这些SBS改性沥青的RTFO/PAV残留物的流变特性进行了试验研究.结果表明,用物理意义上的共存共混方法制备得到的SBS改性沥青,其低温等级基本保持在基质沥青的低温等级上,即从流变学的意义上来说,SBS对基质沥青低温抗裂性能的改善效果仍值得探讨.     

氧化和硫化聚合物改性沥青流变性能研究

在基质沥青中加入一定量的SBR、XSBR、SBS,观察对沥青材料常规性能以及-30～100℃下动态力学流变性能的影响。结果表明,加入粉末SBR1500后改性沥青材料薄膜前后的延度和流变性能都有明显的改进,而硫化共混改性可显著提高低温下改性沥青的粘弹性能,低温性能明显改善;同时高温性能得到提高,改性沥青的车辙温度（G＊/sinδ=1kPa）比基质沥青提高约10℃;粘度增大,复合模量提高,在高温区的相位角和损耗因子变小,从而改善了沥青高温粘弹性能。硫化共混改性沥青对使用环境的温度敏感性变小,使改性沥青的高低稳定性能均得到改善,可在高温环境下使用,拓宽了SBR改性沥青的使用范围。     

不同RAP掺量温拌再生改性沥青抗变形性能研究

为了评价不同RAP （旧沥青混合料reclaimed asphalt pavement）温拌再生沥青混合料的抗变形性能,通过室内试验对SBS改性沥青及4种不同RAP掺量温拌再生改性沥青进行基本性能及不同温度下黏度试验,从活化能角度揭示温拌再生改性机理,并且通过沥青混合料车辙试验对不同RAP沥青混合料抗变形性能进行研究.结果表明：温拌再生改性沥青的活化能较高;温拌再生改性沥青混合料的高温性能优于热拌沥青混合料,RAP建议掺量为40%,再生剂A及B建议掺量分别为沥青质量5%及旧沥青质量4%.     

硅藻土改性沥青及其混合料的路用性能研究

硅藻土作为一种新型沥青改性材料,将其掺配在沥青中,可以作为沥青的改性剂,通过硅藻土改性沥青及其混合料路用性能实验,表明硅藻土能够改善沥青的高温、低温和抗老化性能;而且,硅藻土改性沥青混合料能够显著提高混合料的高温性能、低温性能、水稳定性和抗疲劳性能,具有良好的路用性能,硅藻土是一种很好的改性剂.     

硅藻土改性沥青及其混合料的路用性能研究

硅藻土作为一种新型沥青改性材料,将其掺配在沥青中,可以作为沥青的改性剂,通过硅藻土改性沥青及其混合料路用性能实验,表明硅藻土能够改善沥青的高温、低温和抗老化性能;而且,硅藻土改性沥青混合料能够显著提高混合料的高温性能、低温性能、水稳定性和抗疲劳性能,具有良好的路用性能,硅藻土是一种很好的改性剂．     

表面预处理PVA纤维改性沥青的高温流变特性

为改善聚乙烯醇（polyvinyl alcohol,PVA）纤维与沥青的相容性,采用KH-570硅烷偶联剂对PVA纤维进行了表面预处理,并通过接触角、旋转黏度、温度扫描、多重应力蠕变（multiple stress creep and recovery,MSCR）和线性振幅扫描（linear amplitude sweep,LAS）等试验,对比研究了不同掺量下原样PVA纤维（T）改性沥青和表面处理后的PVA纤维（ST）改性沥青的相容性及高温流变性能,以此评价表面处理工艺对于PVA纤维改性沥青流变性能的影响．结果表明,表面处理工艺增大了沥青和PVA纤维的相容性;相同掺量下,相较于T,ST的增黏效果、抗车辙性能以及抗永久变形能力更优,在较低应变水平下可提高沥青的疲劳寿命,但在高应力水平重复荷载作用下,T和ST对于沥青的蠕变变形能力和疲劳寿命均没有明显改善．所采用的表面预处理工艺可有效提高胶结料整体的储存稳定性、黏度和高温抗变形能力,研究结果为PVA纤维改性沥青的制备及应用提供了参考．     

改性多孔沥青混合料水稳定性与损伤规律

为了提高季冻区多孔沥青路面的使用质量、减轻路面冻融损伤,采用玻璃纤维、硅藻土与沥青路面旧料以改善多孔沥青混合料性能。分析不同材料掺量的多孔沥青混合料在冻融循环下的抗压强度、空隙率及应变变化,并考虑不同材料与不同材料掺量对多孔沥青混合料水稳定性的影响;基于损伤力学理论以抗压强度为指标表示强度率,研究改性多孔沥青混合料的冻融损伤演化规律;基于CT无损检测与数字图像处理技术,分析玻璃纤维多孔沥青混合料冻融前后空隙数量与空隙面积的变化规律。结果表明：混合料抗压强度随冻融循环次数的增加而降低,而空隙率与应变呈上升趋势;具有玻璃纤维掺量0.7%、沥青路面旧料掺量15%、硅藻土掺量25%和掺量15%沥青路面旧料及20%硅藻土的4种多孔沥青混合料水稳定性能最好,其中玻璃纤维的改性效果最佳;掺入玻璃纤维、15%掺量硅藻土与15%掺量沥青路面旧料能减轻多孔沥青混合料的冻融损伤,但硅藻土再生多孔沥青混合料损伤程度均较大,损伤前期强度较高,更适用于短时冻土区;与硅藻土再生多孔沥青混合料相比,玻璃纤维多孔沥青混合料、再生多孔沥青混合料与硅藻土多孔沥青混合料经历了长时间的快速损伤期、短时间的损伤稳定期与损伤发展期;玻璃纤维掺量较低的试样空隙数量增加,平均单个空隙面积减小,而掺量较高的试样表现相反。     

硅藻土对沥青组分吸收作用的研究

选用4种沥青与四种硅藻土,将硅藻土加入沥青中,制成沥青胶浆,通过化学4组分的分析,证明硅藻土对沥青中的轻组分有较强地吸收作用,硅藻土通过吸收沥青中的饱和芬与芳香芬而改善沥青的道路使用性能,并对机理进行分析。     

硅藻土改性沥青微观机理分析

利用扫描电镜结合DSC量热试验,研究了硅藻土微观结构与沥青之间相互作用的机理,发现硅藻土可以均匀分布于沥青中.并与沥青形成稳定体系.硅藻土所具有的特殊微观结构,能吸收沥青的油分,有助于改善沥青的路用性能.硅藻土加入沥青,不仅起填料的作用,更主要的是改性作用.结果表明,硅藻土改性沥青能显著提高混合料的高温稳定性,对低温抗裂性也有所改善,为硅藻土改性沥青的应用提供了理论依据.     

塔河油SBS 改性道路沥青的使用性能

针对沥青质含量较高的塔河原油, 采用适当的改性工艺并加入适当的稳定剂, 很好地解决了SBS 与基质沥青的相容性及稳定性问题, 开发出了符合JTG F40 -2004 技术要求的SBS 改性道路沥青。对所研制的SBS改性沥青采用常规及SHRP 方法进行了测试, 并与其它原油改性沥青作了比较。结果表明, 采用常规方法评价时, 塔河油SBS改性道路沥青其针入度指数大于1 , 粘弹区域达93 .06 ℃ , 当量软化点和当量脆点分别达到58 .08 ℃和-34 .98 ℃, 具有非常小的温度敏感性, 较宽的粘弹区间以及优良的高、低温性能。适用于更宽的使用温度范围。采用SHRP 方法评价时, 其性能等级达到了PG76 -34 , 而作为与其比较的其它两种改性沥青的性能等级为PG70-28,同样说明塔河油SBS 改性沥青具有突出的使用性能。     

布敦岩沥青混合料路用性能研究

为了分析布敦岩沥青混合料的路用特性,分别对基质沥青混合料、不同掺量布敦岩沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行路用性能对比试验研究。结果表明,布敦岩沥青可以显著改善沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能。综合考虑性能变化规律以及经济因素,推荐布敦岩沥青的合理掺量为3.5%。     

级配碎石混合料及其基层的抗剪性能

为了研究级配碎石基层在路面结构中能否发生剪切破坏,对级配碎石基层材料抗剪强度及在路面结构中的剪应力进行了对比研究;应用高精度静三轴仪对选定的级配碎石进行振动成型和击实成型的抗剪强度研究,揭示不同成型方法对抗剪强度的影响,采用有限元分析典型路面结构在标准荷载作用下剪应力的大小,明确级配碎石基层发生剪切破坏的可能性;三轴试验表明振动成型级配碎石过渡层的抗剪强度为0.17 MPa,击实成型的为0.14 MPa,振动成型试样比击实的抗剪强度提高20%;剪应力分析表明:水平荷载在级配碎石基层中产生的最大剪应力在0.04~0.05 MPa;级配碎石的抗剪强度是最大结构剪应力的3.5倍,级配碎石基层在高等级沥青路面结构中产生剪切破坏的可能性很小.     

Compound rejuvenation of polymer modified asphalt binder

The objective of this research was to show a way to conduct rejuvenation of aged polymer modified asphalt binder (PMB) successfully. To fully evaluate and understand the rejuvenation of aged PMB, the Penetration grade tests including penetration, soften point, ductility and elastic recovery and Superpave™ PG grade tests including DSR, BBR and DDT were conducted. The rejuvenation effect of aged PMB by utilizing a fluid recycling agent in common use for binder rejuvenation was evaluated. And then the compound rejuvenation effect of aged PMB by utilizing the recycling agent with a new modifying additive for binder modification was evaluated. The experimental results indicated that the recycling agent in common use currently does not apply to polymer modified asphalt binder rejuvenation. But the recycling agent together with the modifying additive can restore the characteristics of aged polymer modified binder very well. Therefore, compound rejuvenation of polymer modified asphalt binder is recommended.     

SBS改性沥青低温性能的影响因素分析

寒冷地区沥青路面的低温开裂是各国普遍存在的问题,人们常采用SBS改性沥青来改善沥青的低温性能．但是,SBS改性沥青是一个复杂的体系,它的低温性能受到改性剂结构、改性剂掺量、基质沥青标号等各种因素的共同影响．为了找到主要影响因素,采用正交试验的方法,应用动态剪切流变仪DSR(Dynamic Shear Rheometer)实测低温性能作为评价指标,分析了各因素对其低温性能的影响,结果表明基质沥青的标号是最主要的影响因素．