基于分子动力学模拟的再生剂-老化沥青扩散机理

采用Materials Studio(MS)分子动力学模拟软件对再生剂-老化沥青扩散体系进行研究.以沥青四组分试验为基础,选取12种分子模型构建再生剂分子组、复合水老化沥青分子组和复合紫外老化沥青分子组.针对在不同模拟时间、模拟温度和沥青成分条件下的老化沥青扩散体系进行模拟,得到扩散体系的扩散系数.结果 表明:随着模拟时间的延长,再生剂在老化沥青扩散体系中的扩散系数变小,同时在复合紫外老化沥青扩散体系中的扩散系数小于复合水老化沥青扩散体系;随着扩散温度的增加,扩散系数增速逐渐变缓;再生剂中油性成分(芳香分和饱和分)的扩散系数大于极性成分(胶质和沥青质),芳香分由于多为链状且相对分子质量较小,其扩散速率在4种组分中最快.     

再生剂对老化沥青性能的影响研究

废旧沥青混合料在利用过程中需加入再生剂以保证其路用性能,将再生剂按不同掺量掺入2种抽提获得的老化沥青中,测试再生剂对老化沥青基本物理性能和流变性能的影响。结果表明:掺入再生剂后,老化沥青的针入度、延度增大,软化点降低,以恢复未老化改性沥青指标为标准,确定再生剂的最佳掺量为4%;再生剂可显著改善老化沥青的施工和易性与低温抗裂性,但降低老化沥青的高温稳定性。     

大掺量厂拌热再生沥青混合料路用性能研究

采用马歇尔设计方法,对RAP掺量为40%～70%的再生沥青混合料进行配合比设计,测试沥青混合料常规性能与疲劳特性,研究级配、RAP掺量、再生剂对再生沥青混合料路用性能的影响规律。结果表明:掺入再生剂后,RAM的最佳沥青用量降低,再生剂提高了老化沥青利用率。常规性能试验结果显示,RAM的高温性能随RAP掺量的增加而提高,低温性能和水稳定性能下降;掺加再生剂后,RAM的高温性能降低,低温和水稳定性提高。疲劳试验表明,RAM的对数疲劳寿命与RAP掺量和应力水平具有显著相关性,掺加再生剂对疲劳性能有改善作用。     

再生沥青低温抗裂性能评价

基于弯曲梁流变试验和频率扫描试验,对再生沥青的低温抗裂性能进行评价.通过目标性能等级(PG)试验确定再生剂的最佳掺量,采用差别变量(ΔTc)、Glover-Rowe(G-R)常数以及主曲线分析评价再生调和沥青在不同老化状态下的低温抗裂性能.ΔTc和G-R常数结果表明:老化时间显著影响再生沥青的抗裂性能;相较于新沥青,再生沥青对于老化过程更为敏感;沥青路面回收旧料(RAP)掺量越高,再生沥青的抗裂性能随老化时间的衰减幅度愈大;为了保证再生沥青在长期老化条件下的抗裂性能,必需使用最佳用量的再生剂,并且RAP沥青质量分数应严格限制在30%以下.主曲线分析结果表明:再生剂和新沥青对于RAP老化沥青流变性能的恢复作用是不同的,再生剂主要减小老化沥青的劲度,新沥青主要改善老化沥青的相位角,但新沥青的改善作用随老化时间的增加而减弱.     

催化油浆对沥青抗老化性能的影响及机制研究

南美重油中掺加油浆后,通过实沸点蒸馏制备AH-70沥青;分别采用薄膜烘箱实验法(TFOT)和加速老化实验法(PAV)模拟沥青的短期和长期老化,考察不同的油浆掺量对沥青短期和长期抗老化性的影响,并对老化机制进行研究。结果表明:南美重油掺加0%、3%、6%、9%和12%油浆后分别切割到425、430、430、430、435℃可得到AH-70沥青;随着油浆掺加比例的增大,经短期老化后沥青的残留针入度比、15℃残留延度降低,软化点升高率增大;沥青经过长期老化后,残留针入度比降低、软化点升高率增大;沥青在短期老化中没有发生明显的官能团氧化反应,随掺加油浆比例的增大,沥青中轻组分的挥发和芳香分、胶质的缩合加剧是导致沥青短期抗老化性逐渐变差的原因;沥青经长期老化后,发生氧化生成亚砜和羰基官能团,油浆中的芳烃化合物可有效地抑制沥青氧化反应中的自由基反应,但芳香分、胶质的缩合加剧仍导致沥青长期抗老化性逐渐变差。     

不同再生剂的耐老化评价及再生沥青掺量设计

为评价再生剂自身耐老化性能,通过再生剂RTFOT短期老化试验和四组分含量试验,以质量损失、残余黏度比及组分含量变化关系分析(SY,ZH,YH)三种再生剂自身耐老化能力,依据试验结果得出了SY与ZH耐老化能力基本相当,YH次之的结论;利用离心法分离沥青与集料,利用布氏漏斗分离矿粉,得到抽提液,为避免回收沥青发生二次热氧老化,利用空白试验对旋转蒸发器后续加热时间进行标定,时间为25 min;通过再生剂改善旧沥青相关性能试验,依据试验结果建立线性回归预估方程,得出再生沥青目标性能指标下其再生剂的合理掺量。     

SBR胶乳高旧料热再生沥青混合料性能研究

为了能够制备高性能高RAP料掺量(高达50%)的厂拌热再生沥青混合料,本文基于改性再生的理念,研究了SBR胶乳作为改性剂对于含有再生剂的老化沥青以及50%RAP料掺量的热再生沥青混合料的性能的影响,并与再生剂的作用效果进行了对比分析。室内性能试验结果表明,再生剂的软化效应对再生混合料的高温性能不利。在含有再生剂50%RAP料掺量的再生沥青混合料中加入SBR胶乳能够明显改善再生沥青混合料的高温性能,弥补再生剂的不足,同时SBR胶乳能够提升再生混合料的低温抗裂性能和抗水损害性能,使其达到或者超过全新沥青混合料的水平。     

抗车辙剂改性沥青混合料工艺参数对水稳定性能的影响

为研究抗车辙剂改性工艺对沥青混合料水稳定性能的影响,利用正交试验方法,选取抗车辙剂掺量、拌和时间和拌和方式3个因素,通过冻融劈裂试验定量地分析了抗车辙剂改性沥青混合料的水稳定性能影响因素和影响效果,提出了抗车辙剂改性沥青混合料的最佳工艺参数,并采用烘箱模拟老化法研究老化作用对抗车辙剂沥青混合料水稳定性能影响。试验结果表明,抗车辙剂可以显著提高沥青混合料的水稳定性能;各因素影响水稳定性能的主次顺序为:抗车辙剂掺量-拌和温度-拌和方式;最佳改性工艺为:抗车辙剂掺量0.6%、拌和温度180℃以及干法拌和;抗车辙剂能够有效改善老化作用后的沥青混合料水稳定性,且老化时间越长,改善效果越明显。     

再生沥青自愈合影响因素及疲劳性能分析

为研究再生沥青自愈合影响因素及自愈恢复后的疲劳性能,试验选择指标HI_6表征材料自愈性能,选择指标N_(f50)表征材料疲劳性能,利用动态剪切流变(DSR)仪以时间扫描模式进行疲劳-愈合-疲劳循环加载测试,分析了愈合温度、愈合时间、老化程度、损伤程度、再生剂种类和再生剂掺量对再生沥青自愈合性能及疲劳寿命的影响,并通过灰关联理论进行了自愈合关键影响因素分析.结果表明:较长的愈合时间、较高的愈合温度和再生剂掺量对再生沥青自愈度有促进作用,原沥青的老化、再生沥青的损伤均不利于再生沥青的自愈恢复;同种再生沥青之间,自愈度越高则疲劳寿命越长,不同再生沥青之间,自愈度与疲劳寿命之间没有绝对关系;再生沥青自愈合关键的影响因素为愈合温度,其次分别是愈合时间、再生剂种类、原沥青老化程度、损伤程度和再生剂掺量.     

再生剂掺量与老化沥青的再生性能研究

旧沥青路面再生利用具有节约材料、降低沥青路面造价及保护资源的重要意义.文章利用老化的沥青,分别添加掺量为2％,4％,6％,8％的再生剂,从相容性、基本性能指标、流变指标等几个方面对再生剂掺量如何影响各项性能作了分析,旨在对路面实际的再生利用提供指导.     

老化沥青热再生有效再生率检测方法

基于对流传质理论分析了沥青路面热再生过程中老化沥青与新沥青、再生剂的混溶机理,认为老化沥青预热温度、再生剂扩散能力以及再生沥青混合料拌和时间是影响老化沥青有效再生率的重要因素.设计提出了能够良好模拟实际热再生工艺条件的老化沥青有效再生率检测方法,试验分析了老化沥青预热温度、再生剂添加与否、再生沥青混合料拌和时间对老化沥...     

老化前后沥青与胶粉相容性的分子动力学研究

为了探究热老化对沥青与胶粉之间相容性的影响,采用压力老化法(PAV)制备长期老化沥青.采用四组分分析法对基质沥青与老化沥青进行分析,并在此基础上,以丁苯橡胶(SBR)作为胶粉的代表建立分子模型.结果表明:老化前后沥青的密度没有明显变化,但是老化沥青的能量由于老化后沥青中大分子比例的增加而增加;老化沥青与SBR溶解度系数差值较基质沥青与SBR溶解度系数差值更大,表明老化降低了沥青与SBR之间的相互溶解能力;老化使沥青与SBR之间的相互作用能下降,最终降低了沥青与SBR的相容性.     

Evaluation of the compatibility between rubber and asphalt based on molecular dynamics simulation

Using of rubber asphalt can both promote the recycling of waste tires and improve the performance of asphalt pavement. However, the segregation of rubber asphalt caused by the poor storage stability always appears during its application. Storage stability of asphalt and rubber is related to the compatibility and also influenced by rubber content. In this study, molecular models of different rubbers and chemical fractions of asphalt were built to perform the molecular dynamics simulation. The solubility parameter and binding energy between rubber and asphalt were obtained to evaluate the compatibility between rubber and asphalt as well as the influence of rubber content on compatibility. Results show that all three kinds of rubber are commendably compatible with asphalt, where the compatibility between asphalt and cis-polybutadiene rubber (BR) is the best, followed by styrene-butadiene rubber (SBR), and natural rubber (NR) is the worst. The optimum rubber contents for BR asphalt, SBR asphalt, and NR asphalt were determined as 15%, 15%, and 20%, respectively. In addition, the upper limits of rubber contents were found as between 25% and 30%, between 20% and 25%, and between 25% and 30%, respectively.     

屋面防水沥青再生相容性评价方法研究

为了准确、快速地评价再生剂对屋面老化沥青的再生效果,根据对沥青-正庚烷体系胶粒聚沉规律的分析,提出了基于电导率试验的沥青与再生剂相容性评价方法和再生沥青胶体稳定指数SC的定义。通过测试沥青-正庚烷体系的质量分数电导率的变化规律,对再生剂与屋面防水沥青的相容性进行了测试。研究结果表明,采用该方法评价屋面防水沥青与再生剂的相容性是可行的,试验结果与针入度指数法和胶体不稳定指数法的结论一致,进一步验证了该方法的准确性,且该方法具有操作简单、安全、测试时间短的优点。     

Comprehensive analysis of surface free energy of asphalts and aggregates and the effects of changes in pH

Moisture damage is a major factor in the deterioration of asphalt pavements. In order to combat this problem, it is essential to understand the effects of moisture on the adhesive and cohesive bonds in asphalt concrete mixtures. These effects can be quantified through the use of surface free energy, which is a thermodynamic material property that has been successfully used to select asphalt binders and aggregates that have the necessary compatibility to firm strong bonds and resist moisture damage.This study aimed at understanding the effects of material characteristics and additives on surface energy and the resulting bond between asphalt binders and aggregates. As such, the study involved measuring the surface free energy of 37 neat and polymer modified asphalt binders and 11 aggregates were measured. In addition, the surface free energy was measured for three asphalt binders after two anti-strip agents were added separately (six binder-anti-strip agent combinations) and for nine asphalt binders that were both short and long-term aged. The study also examined the effect of water pH on surface energy and water-aggregate adhesive bond. It was found that anti-strip agents, in general, reduced the cohesive bond energy of asphalt binder, allowing better wetting and adhesion to aggregates and increase in resistance to moisture damage. Aging of the asphalt either increased or decreased the cohesive bond depending upon the chemical composition of the unaged asphalt binder. Statistical analysis was conducted to rank the moisture resistance of asphalt binders and asphalt–aggregate combinations, respectively. The results showed that the pH of the water increased slightly due to contact with the aggregates, but did not significantly alter the total surface tension of the water or surface free energy components of the asphalt binder.     

多次再生沥青混合料沥青组分迁移及其性能

通过室内试验模拟沥青混合料的多次再生过程,探讨了多次再生沥青的物理性质变化特征和组分迁移规律;通过马歇尔试验确定多次再生沥青混合料的配合比,利用单轴贯入强度试验、半圆弯拉试验和冻融劈裂试验对其使用性能进行了评价,并通过沥青混合料性能试验仪(AMPT)分析了其相位角在温度和加载频率同步耦合作用下的变化规律.结果表明:沥青经历多次再生后流变性能变差,高温性能提升,低温性能衰减显著;再生剂在旧沥青中的增溶作用随着其掺量的提高而增强,随着再生次数的增加呈指数规律衰减;再生沥青混合料的高温稳定性随再生次数增加呈对数规律增长,水稳定性对再生次数的敏感度较低,3次再生后其马歇尔体积指标均可满足规范要求;1次再生沥青混合料的动态黏弹特性与全新料较为接近,2次再生后,其弹性效应增强,低温抗裂性能劣化加速.综上所述,沥青混合料经多次再生后,应重点关注其低温性能的恢复情况.     

月壤水平推剪试验的离散元数值分析

在未来的探月计划中,将进行月球基地的建设和月球资源的开发等活动,这些活动均涉及月壤开挖/开采问题,因此有必要研究月壤与设备间的相互作用。将月壤-设备相互作用简化为平板水平推剪过程,采用离散单元法模拟这一过程。考虑到月壤的颗粒形态及月球表面特殊的环境,将粒间抗转动作用和范德华力引入月壤微观接触模型,通过双轴压缩试验得到数值试样的强度指标。分别考虑月面环境、不考虑范德华力的月面环境、地面环境,对比分析了重力场和范德华力对水平推剪阻力、破坏面和能量消耗的影响。结果表明:随重力场增大,水平推剪阻力和能量消耗增加但不与重力场成正比,破坏面由圆弧面变为平直面;范德华力对水平推剪阻力和能量消耗影响很小,但使破坏面延伸范围更大。     

改性纳米SiO2对再生沥青胶结料性能的影响

为提高再生沥青的再生效果,文中采用RA-F0110型再生剂作为A型再生剂和OP-900型再生剂作为B型再生剂对旧沥青进行再生;采用硅烷偶联剂KH-550和KH-570对纳米SiO2进行有机化表面改性;对比不同速率、不同搅拌时间、不同静置时间下纳米再生沥青的PG高温分级温度,确定纳米再生沥青的制备方法;对比添加不同种类不同掺量再生剂后再生沥青的PG连续分级确定再生剂的种类和掺量;对比不同纳米SiO2掺量下纳米再生沥青的PG连续分级确定纳米材料的掺量。试验表明：纳米SiO2在表面改性后团聚现象减少。纳米粒子被包覆,所以纳米粒子尺寸增大导致单个粒子的比表面积明显减小,纳米SiO2在沥青中更加稳定,采用KH-550表面改性剂的效果优于KH-570。选用A型再生剂的再生沥青的再生效果优于选用B型再生剂的再生沥青。在相同再生剂掺量下,添加一定比例的纳米SiO2,纳米再生沥青PG连续分级的高低温服务范围更宽广。当纳米材料的掺量为5%,A型再生剂掺量为15%时,纳米再生沥青胶结料的性能指标达到最佳。     

黏土片与球状颗粒间范德华作用的简便计算方法

黏粒(黏土片)与非塑性粉粒间相互作用是控制粉质黏土/黏质粉土这一大类土体力学特性的关键因素之一,范德华力是两种颗粒间最主要的相互作用形式,也是饱和土真黏聚力的来源。然而,在土体宏微观关联理论分析、离散元模拟等研究中尚难以得到该力的解析解。为此,提出一种简便计算方法,其基本思想是将粉粒视为球体,将黏土片视为由规则排列的基本立方体构成,将问题转变为可实现的基本立方体与球状颗粒间的范德华作用求解。首先采用蒙特卡罗模拟,计算得到不同空间排列方式下基本立方体与球状颗粒间范德华作用力;随后,训练一个三层人工神经网络模型用于高精度拟合范德华力与两种颗粒空间关系参数的函数关系;最后采用叠加法即可简便求得黏土片与球状颗粒间范德华作用的合力与合力矩。结果表明,提出的简便计算方法准确性高、计算速度快,且拟合的模型参数适用于黏土片与土体中大于1μm的球状颗粒间范德华作用计算。