基于流变学的橡胶粉与基质沥青配伍性试验

基于流变学理论研究橡胶粉与不同来源基质沥青的配伍性,采用动态剪切流变仪（DSR）分别对不同基质沥青加工而成的橡胶沥青进行应变扫描、温度扫描、频率扫描等常规动态剪切流变试验,从相位角、复合模量和车辙因子等指标评价橡胶沥青黏弹特性,定性区分沥青四组分对橡胶沥青黏弹特性的影响,并对橡胶沥青进行滞回环试验,运用灰色关联数学分析方法定量给出沥青四组分对橡胶沥青的残余变形、弹性贮能、耗散能、弹性比例和复合弹性模量等指标的影响。结果表明：流变学理论是研究橡胶粉改性剂与基质沥青配伍性的有效方法;从能量角度评价沥青四组分对橡胶沥青黏弹特性指标的影响,沥青质对橡胶沥青残余应变影响较大;胶质组分对橡胶沥青弹性贮能和耗散能影响最大,而芳香分影响最小;沥青质组分对橡胶沥青弹性比例参数影响最大;芳香分含量可以提高橡胶沥青复合模量。     

沥青四组分与不同加载模式下橡胶沥青零剪切黏度相关性

采用Cross、Carreau流动模型及Matlab、Origin计算软件对8种不同基质沥青加工而成的橡胶沥青零剪切黏度（Zero shear-rate viscosity,ZSV）进行拟合,以灰色关联理论方法分析沥青四组分与橡胶沥青ZSV的相关性,并讨论不同加载模式下橡胶沥青ZSV的变异性,研究影响橡胶沥青ZSV的敏感因素。结果表明：Cross模型对橡胶沥青样本数据的拟合程度较Carreau模型高;静态加载模式和动态加载模式下所拟合的橡胶沥青ZSV存在差异,重复蠕变试验蠕变阶段拟合结果和恢复阶段拟合结果处于同一数量级内,Brookfield黏度计测定拟合的橡胶沥青ZSV随着试验温度增加而减小;沥青四组分与橡胶沥青频率扫描试验、重复蠕变试验和不同温度橡胶沥青旋转剪切黏度关联结果一致,即芳香分对橡胶沥青ZSV敏感性最强。     

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.     

氧化石墨烯改性沥青结合料的性能

为了研究氧化石墨烯(GO)改性沥青结合料的性能,分别利用质量分数为0%、0.02%、0.05%和0.08%的GO掺加到AH-70#沥青和SBS改性沥青结合料中进行黏度实验,以及针入度、软化点和延度等3大指标实验和动态剪切流变(DSR)、多应力恢复蠕变(MSCR)、弯曲梁流变测试(BBR)等实验。结果表明:加入GO可显著提高沥青结合料的黏度、高温稳定性和抗车辙能力,但对低温抗裂性影响并不显著;明显降低沥青结合料的针入度,提高其软化点,但对延度的影响不大;不会明显改变沥青结合料的玻璃化转变温度,但可显著提高其交联密度;对基质沥青的改性效果优于SBS改性沥青,最佳掺量分别为0.05%和0.2%。     

短期老化对橡胶粉改性沥青流变性能的影响

为探究短期老化作用对橡胶粉(CR)改性沥青性能的影响,针对经旋转薄膜烘箱实验(RTFOT)老化前后的CR改性沥青,进行动态剪切流变实验(DSR)和重复蠕变恢复实验(RCRT)得出相应流变参数,并结合扫描电子显微镜(SEM)从细观的角度观察沥青内部结构变化及其对沥青流变性能的影响。结果表明:老化作用引起沥青组分的变化,使沥青表现出硬化现象;老化作用对CR改性沥青的变形恢复能力和变形影响随温度升高而减小;老化作用和温度的影响大于应力对其影响;随温度的升高,老化作用对CR改性沥青流变性能影响变弱。     

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...     

基于流变特性的复合相变调温沥青性能评估

为了研究相变调温沥青的性能,采用原位聚合法制备出十四烷-正辛酸复合相变微胶囊(T-OAPCMs),将其分别掺入基质沥青和SBS改性沥青中制备不同掺量的相变沥青及相变改性沥青。通过三大指标、布氏旋转黏度测试相变沥青基本物理性能,并采用动态剪切流变仪(DSR)进行温度扫描试验研究相变沥青高温流变性能。结果表明,掺入T-OAPCMs后相变沥青的延度显著增加,低温性能得到改善。当T-OAPCMs掺量增加,相变沥青的布氏黏度μ和复数剪切模量G*减小,车辙因子G*/sin δ降低82%～97%左右,临界温度T_HS降低6～19℃,高温抗车辙性能明显下降。相变沥青的疲劳因子G*·sin δ减小,抗疲劳性能得到改善。T-OAPCMs掺量超过10%后,温度变化对沥青抗疲劳性能影响不明显。     

橡胶沥青的微观表征方法及其微观特性综述

橡胶沥青是将废旧轮胎加工为橡胶粉粒,并在充分拌合的高温条件下与基质沥青充分溶胀反应后形成改性沥青胶结材料,其是较为理想的环保型路面材料,已成为当前公路工程材料领域的研究热点。橡胶沥青力学性能的研究已经相对比较成熟,特别是基于力学指标研究橡胶沥青的生产工艺、应用技术也已非常普遍。目前橡胶沥青的力学指标体系主要有分级指标、高温稳定性指标、低温抗裂性指标、耐老化性指标。研究表明胶粉的加入使橡胶沥青的针入度变小,软化点提高,黏度增加;动态剪切流变试验则表明,胶粉对沥青高温性能的改性效果非常显著,其高温分级比基质沥青提高2～3级,同时也赋予橡胶沥青优良的低温抗裂性能以及良好的弹性。对橡胶沥青的改性机理研究及储存稳定性还需进一步的系统深入研究。由于沥青是由多种化合物组成的混合物,轮胎胶粉则是由天然橡胶或者人工合成橡胶、硫磺、碳黑、增塑剂和抗氧化剂组成,两者高温混溶后,相互作用十分复杂。鉴于当前研究条件的限制,仅通过力学指标很难全面阐述其微观作用机理。因此,通过微观表征方法来分析橡胶沥青的改性机理已成为其主要研究方向。谱学分析方法便于分子结构定性分析,并可以有效对目标混合物进行分离,从而清晰地描绘出表征对象微观结构特征及其组成分布情况;此外,采用微观显微技术则可以对橡胶粉以及橡胶沥青的形态学进行研究。基于此,本文详细介绍谱学分析方法和微观形貌分析方法等微观表征技术在橡胶沥青改性机理研究中的应用情况,并通过谱学分析方法以及微观形貌分析法来总结橡胶沥青改性机理的研究进展,从微观尺度进一步阐述橡胶沥青的评价方法,可为橡胶沥青微观表征方法的合理运用提供参考借鉴。     

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%。     

C9石油树脂对橡胶粉改性沥青性能的影响

向橡胶粉改性沥青中添加不同掺量的C_9石油树脂,制备成橡胶粉-C_9石油树脂复合改性沥青,分别考察了C_9石油树脂对橡胶粉改性沥青物理性能、储存稳定性和流变性能的影响。实验结果表明,橡胶粉改性沥青添加C_9石油树脂后会使得针入度降低,软化点、延度和黏度升高,高温储存稳定性得到较为明显的改善,并且改性沥青的高温流变性能会随着C_9石油树脂掺量的增加不断得到改善。利用弯曲梁流变实验(BBR)评价了橡胶粉-C_9石油树脂复合改性沥青的低温抗开裂性能和抗老化性能,实验结果表明,C_9石油树脂可以有效地改善橡胶粉改性沥青的低温抗开裂性能和抗老化性能。     

降黏型温拌胶粉改性沥青高低温性能试验

通过动态剪切流变试验(DSR)和小梁弯曲蠕变劲度试验(BBR),对添加不同掺量(1%、2%、3%)有机降黏剂(LP)的胶粉改性沥青(CR)高低温性能进行研究。结果表明:LP的添加使胶粉改性沥青的高温性能得到改善,复数剪切模量G*增大,相位角δ减小,且随着LP掺量的增加,其高温抗变形能力逐渐增强。对于低温性能,LP的添加可以提高胶粉改性沥青的低温性能,但不同温度下,随着降黏剂LP掺量的增加,其低温抗裂性能呈减小趋势,对改善胶粉改性沥青低温性能有一定的负面影响,且随着温度的降低,LP对胶粉改性沥青的低温性能改善效果减小,不同掺量对其影响相差不大。     

Comparison of methods for measuring zero shear viscosity in asphalts

Permanent deformation or “rutting” is a common mode of failure in asphalt pavements. In order to better determine why rutting occurs, current research is focussed on the rheological properties of the asphalt binder. Zero shear viscosity (ZSV) seems to adequately explain how the asphalt binder contributes to the rutting behaviour of the pavement. Still, the measurement of ZSV in a reliable and reproducible way is an open field of discussion. This work looks into the repeatability, benefits and duration of two test methods to measure ZSV: the creep test and frequency sweep test. To account for the influence of the asphalt type, six different conventional and modified asphalts were tested. A statistical analysis was performed to study the variability of each test method and a comparison between both was made.     

RET复配胶粉改性沥青流变特性与改性机理研究

采用动态剪切流变、重复蠕变和弯曲梁流变等试验,对胶粉、RET以及RET复配胶粉改性沥青在高低温状态下的流变特性进行了系统研究,并与SBS、SBR改性沥青进行了对比。通过DSC试验分析了RET复配胶粉、SBS、SBR等改性沥青的改性机理。结果表明:相比于SBS改性沥青,RET复配胶粉能够显著改善沥青的高温抗变形能力;SBS可大幅提高沥青的弹性变形恢复能力,而RET复配胶粉显著增加了沥青的粘度;通过RET复配胶粉,可有效改善RET改性沥青的低温性能;RET复配胶粉可以减小基质沥青的热流率,相比于SBS、SBR改性沥青,其玻璃态转化温度较低,热稳定性相对较好。     

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。     

Study on viscosity of conventional and polymer modified asphalt binders in steady and dynamic shear domain

This study focuses on evaluating the flow behavior of conventional and polymer modified asphalt binders in steady- and dynamic-shear domain, for a temperature range of 20–70 °C, using a Dynamic Shear Rheometer (DSR). Steady-shear viscosity and frequency sweep tests were carried out on two conventional (VG 10 and VG 30) and two polymer (SBS and EVA) modified asphalt binders. Applicability of the Cox–Merz principle was evaluated and complex viscosity master curves were analyzed at five different reference temperatures. Cross model was used to simulate the complex viscosity master curves at different temperatures.It was found that asphalt binders exhibited shear-thinning behavior at all the test temperatures. The critical shear rate increased with increase in temperature and was found to be lowest for plastomeric modified asphalt binder. The Cox–Merz principle was found to be valid in the zero-shear viscosity (ZSV) domain and deviated at higher frequency/shear rate for all the binders. Results from the study indicated that the ratio of ZSV can be successfully used as shift factors for construction of master curves at different reference temperatures. Cross model was found to be suitable in simulating the complex viscosity master curves at all the test temperatures. Analysis of model parameters indicated that a strong relationship exists between ZSV and the critical shear rate. ZSV and critical shear rate varied exponentially with temperature. This relationship was used to propose a simple equation for assessing the shift factors for construction of master curves.     

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.     

苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物与废橡胶粉复合改性高黏沥青及混合料性能研究

为了评价高黏改性剂对沥青性能的影响,采用高速剪切法制备了苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青、废橡胶粉改性沥青和两种SBS/橡胶粉复合改性高黏沥青。通过三大指标试验、黏度试验、高温车辙试验和低温小梁弯曲试验,研究了高黏沥青的高低温性能、感温性能及沥青混合料路用性能。结果表明:4种改性沥青的高低温性能随各自改性剂掺量的增加逐渐提高,掺加10%北美岩沥青或2.5%多聚磷酸(PPA)的高黏沥青感温性能更稳定,较大幅度提升了黏度值,高温性能改善明显;掺加2.5%PPA的高黏沥青及其混合料能够更好地抵抗高温条件下的性能衰减,保证了使用效果,更适用于温度较高地区;掺加10%北美岩沥青的高黏沥青及其混合料在低温条件下性能良好,推荐在低温地区使用。     

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。