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.     

沥青再生剂扩散程度评价与影响因素研究

设计了模拟再生剂在老化沥青中扩散过程的试验方案,并基于软化点试验结果进行回归分析,得到了反映再生剂在老化沥青中扩散程度的相对指标——扩散系数p;分析了再生剂品种、沥青老化程度和环境温度对扩散系数p的影响;基于劈裂强度试验,分析了再生剂扩散程度对再生沥青混合料性能的影响.结果表明:再生剂黏度越大或沥青老化程度越深,再生剂在老化沥青中的扩散程度越低;环境温度和扩散时间的增加能显著提高再生剂的扩散程度;再生剂在老化沥青中的充分扩散有利于再生沥青混合料强度的提高.     

再生沥青的黏度复合模型研究

黏度是评价再生沥青流变性能的重要指标,为了研究再生沥青的黏度复合特性,选择2种新沥青和2种再生剂对老化沥青进行再生试验,测试不同温度条件下再生沥青的黏度,讨论再生沥青的黏度与老化沥青和再生剂(新沥青)黏度之间的定量关系,并结合2种再生沥青的再生机理差异,对再生剂与老化沥青复合模型的黏度偏离指数进行修正.结果表明, Arrhenius黏度复合模型仅适用于黏度较小的老化沥青与新沥青的复合体系:对于黏度差异较大的老化沥青与再生剂复合体系,修正的复合模型具有较好的适用性,可以为再生沥青的组成设计提供参考.     

微波敏感型沥青再生剂再生性能及机理

采用动态剪切流变仪(DSR)、弯曲梁流变仪(BBR)、红外光谱仪(IR)和扫描电子显微镜(SEM)等测试了原样沥青、RTFOT短期老化沥青、RTFOT+PAV(20h)长期老化沥青和YG-1再生沥青的流变参数及微观指标;利用灰关联分析法建立了流变参数与微观指标之间的关联度,结合Comsol数值分析结果,阐述了微波敏感型沥青再生剂的再生机理.结果表明:沥青储能模量、损耗模量、复数剪切模量与沥青组分以及官能团的关联度值均大于0.8,劲度模量变化率与胶质含量的关联度值为0.743,关联度较好;微波敏感型沥青再生剂能够恢复老化沥青组分比例和官能团数量,使老化沥青再生,其乳液体系和微波发热材料加速了再生剂与老化沥青的融合.     

废机油底渣再生剂对老化沥青低温性能影响

为准确评估废机油底渣(WEOB)作为沥青再生剂时对老化沥青低温性能的影响,通过室内旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)和40h长期老化(PAV)试验制备老化沥青,然后采用双边缺口拉伸(DENT)试验、扩展弯曲梁流变(Ex-BBR)试验分别研究了原样沥青、老化沥青和添加废机油底渣再生沥青的抗延性断裂性能,以及物理硬化对这3种沥青低温极限分级的影响;采用原子力显微镜研究了原样沥青、老化沥青和再生沥青的微观结构.结果表明:使用废机油底渣会降低老化沥青的容许应变(CTOD)和常规弯曲梁流变仪的低温极限分级,经过长期低温恒温处置后,废机油底渣掺量为10%的再生沥青低温极限分级增加明显;老化沥青中添加废机油底渣并不能恢复原样沥青胶结料的表面微观形态,而且形成了更多的相界.     

沥青老化及再生对自愈合性能的影响

通过动态剪切流变仪（DSR）进行“疲劳-愈合-疲劳”试验，分析原样沥青、老化沥青及再生沥青在不同间歇时间下的自愈合性能，并结合红外光谱分析沥青老化、再生过程中官能团与自愈合性能的相关性.结果表明：老化过程中沥青发生了氧化反应，羰基和亚砜基官能团指数增大，极性氧化物含量增加，最终导致自愈合性能降低；添加5%Y型再生剂后沥青自愈合性能明显恢复，经旋转薄膜烘箱老化85、170、340 min的70#基质沥青再生后平均愈合指数恢复至70#基质沥青的100.9%、96.4%、63.2%，愈合速率分别恢复至基质沥青的89.7%、94.7%、40.7%，3种再生剂中Y型再生剂效果最好；沥青自愈合参数与亚砜基、羰基官能团指数线性相关性良好.     

基于DSR试验的生物重油再生沥青流变性能评价

为研究生物重油再生沥青的流变性能,将生物重油掺入经旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）老化的70^#沥青和SBS改性沥青中制备生物重油再生沥青,通过动态剪切流变（DSR）试验研究了沥青的流变性能.结果表明：生物重油的掺入提高了老化沥青的抗疲劳性能、低温抗裂能力和黏性比例,降低了高温抗车辙性能;低频加载易使沥青产生不可恢复的永久性变形;生物重油对70^#老化沥青的再生效果优于老化SBS改性沥青;建议生物重油掺量宜为4%,该掺量下再生沥青的性能可恢复至原样沥青.     

具有改性功能的沥青再生剂的制备研究

通过在基础抽出油中剪切分散改性组分(SBS、增粘树脂、增塑剂、降粘剂)制备出了具有改性能力的老化沥青再生剂。性能测试结果表明该文开发的改性再生剂可以对老化沥青起到柔韧性恢复及结构增强的作用,再生后的沥青5℃延度32.5cm,60℃粘度3600Pa·s,粘韧性21.2N·m,韧性17.5N·m,与集料(玄武岩)的粘附性5级,满足多孔沥青混合料对沥青胶结料的性能要求。     

再生剂对老化沥青流变性能和微观结构的影响

采用动态剪切流变(DSR)、弯曲梁流变(BBR)试验,研究了再生剂对老化沥青高温抗车辙和低温抗开裂能力的影响,并以红外光谱(FTIR)和原子力显微镜(AFM)研究了原样、老化和再生沥青的官能团组成及微观结构.结果表明:再生剂能增强老化沥青的低温抗开裂能力,但同时会降低其高温抗车辙能力;再生剂A主要成分为富含芳烃的轻质组分,而再生剂B是包含多种极性官能团的复杂混合物,可与老化沥青发生化学反应,使老化沥青某些特定官能团的吸收峰强度降低;沥青老化后极性成分聚集受阻,加入再生剂可增强沥青分子运动能力,促进极性成分聚集,使蜂状结构尺寸变大、数量减小,面积比例和高度增大,这些微观结构的改变可能是沥青老化和再生过程中流变性能发生变化的内在原因.     

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.     

几种改性沥青疲劳破坏评价指标及性能研究

为研究改性沥青的疲劳破坏演化规律,采用动态剪切流变仪(Dynamic Shear Rheometer,DSR),对岩沥青/SBS复合改性沥青(RA/SBS)、岩沥青/胶粉复合改性沥青(RA/CR)、岩沥青改性沥青(RA)和SBS改性沥青(SBS)进行温度扫描试验和考虑荷载控制模式(应力/应变)的时间扫描试验。基于表象法和耗散能理论,获得多种物理指标随荷载作用次数(N)的变化曲线;通过分析曲线变化规律系统地研究本研究改性沥青的疲劳行为,确定多种疲劳破坏指标(G*sinδ、TF、Nf50、Nfm、Nm、N2和Np20),并将其应用于改性沥青的疲劳性能评价与寿命评估;全面分析和客观评价不同疲劳破坏指标的评价效果,确定适用于本研究改性沥青的疲劳失效判定标准。研究结果表明：不同疲劳破坏指标对本研究改性沥青的疲劳性能评价效果存在显著差异,疲劳寿命依赖于时间扫描试验的荷载控制模式;同一种加载模式下,应用多种疲劳破坏判定指标对改性沥青进行疲劳寿命排序的结果具有一致性,添加5%岩沥青和2%SBS的RA/SBS是应力控制模式下的最佳抗疲劳性能掺配;添加5%岩沥青和18%胶粉的RA/CR是应变控制模式下的最佳抗疲劳性能掺配;增加RA/CR中的胶粉掺量,降低岩沥青掺量,可显著改善复合改性沥青的疲劳性能。通过疲劳破坏指标的几何位置判定可知,Nf50和Nfm贴近于改性沥青的完全疲劳破坏状态,可将其作为本研究改性沥青的疲劳破坏判定标准。     

层状改性剂对沥青老化性能的影响

将2种类型的层状改性剂(一种阳离子插层改性剂OMMT,两种阴离子插层改性剂A和B)利用熔融共混法制备3种改性沥青,通过薄膜烘箱老化试验(TFOT)、压力老化(PAV)和室内加速紫外老化试验(UV)研究层状改性剂对沥青老化性能的影响。结果表明:层状改性剂的加入使得改性沥青老化后软化点增量减小,残留针入度比增大,粘度老化指数也有所降低,层状改性剂能够改善沥青抗老化的性能,且A改性剂改善程度最大,OMMT改善沥青抗老化性能最弱。     

基于PG值的机场道面沥青抗老化性能预估模型

从沥青老化机理出发,提出了预测机场道面沥青抗老化性能的预估模型.在标准大气压下针对1种基质沥青和2种改性沥青进行4种温度下不同时间段的老化处理,同时采用动态流变剪切仪(DSR)对沥青试样的PG上限温度值进行测试,研究其在老化作用下的变化规律.结果表明:3种沥青的PG上限温度值随老化条件的变化均存在一定的规律,但在相同老化条件下,沥青种类不同,其老化速率不同;无论是基质沥青还是改性沥青,其实测数据与预估模型吻合良好,PG上限温度值可作为评价机场沥青道面抗老化性能的指标.     

橡胶沥青及其老化特性研究

制作了普通橡胶沥青和脱硫橡胶沥青,并进行了橡胶颗粒影响、测力延度和老化性能试验.结果表明：经过高速剪切工艺,大颗粒的脱硫橡胶粒在沥青里大多分散成细小颗粒,而普通橡胶粉剪切后基本保持原有颗粒核心.在老化过程中,橡胶颗粒核心有较强的继续溶胀反应,这导致普通橡胶沥青的一些流变性指标与基质沥青老化趋势相反,此反应在薄膜加热试验(TFOT)短期老化下尤为明显.脱硫橡胶沥青的路用性能和抗老化性能优于基质沥青,但均不如普通橡胶沥青.     

Prediction of high temperature rheological properties of aged asphalts from the flow data of the original unaged samples

Aging of asphalt has implications during the construction of pavements and their long-term performance. The asphalt binder is known to stiffen during the mixing and lay down operations as well as during the service life of the pavement. Laboratory aging procedures have been set up to simulate the aging process in the field through the use of accelerated tests. Rheological characterization of the aged asphalts is carried out to get a measure of the extent of stiffening due to aging. However, the laboratory aging procedures along with the rheological characterization of the aged samples is a time-consuming process. Researchers have been looking for methods of shortening the time involved in generating this information. The present work outlines a procedure for generating rheological data on aged asphalts from the flow data information on the original unaged samples. The method involves the use of the unified curves for each rheological function. Each unified curve has been shown to be unique for all unmodified asphalts, whether they are in their original unaged form or Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT) and Pressure Aging Vessel (PAV)-aged forms. Through a correlating equation for the rheological property, it is shown that estimates of the high temperature dynamic rheological properties of the aged asphalt can be obtained without actually aging the binder in the laboratory. By eliminating the laboratory aging procedures, there is a great deal of savings in time. To add to these savings, the present method relies on the material's volumetric-flow rate (MVR) that is easy, efficient and rapid to generate the necessary rheological information from the unified curves.     

基于MSCR试验的石墨烯复合橡胶改性沥青抗老化性能研究

为了评价石墨烯复合橡胶改性沥青(GRS)的高温抗变形能力随老化时间的变化规律,分别选取SBS改性沥青、橡胶复合改性沥青及石墨烯复合橡胶改性沥青,进行原样及热氧老化20h(TFOT5h+PAV20h)、40h(TFOT5h+PAV40h)和60h(TFOT5h+PAV60h)的多应力重复蠕变试验(MSCR).结果表明,在...     

基于室内光照模拟的热致变色沥青路面温控效果研究

采用沥青混合料铺装的路面表面呈黑色,在夏季较强的太阳辐射下,路面会吸收储存大量热量,当存在重复车辆荷载作用时,极易产生车辙病害;而在冬季路表气温较低,路面吸收的能量会快速损失,导致路面结冰.该研究尝试将一种在光照作用下可主动改变颜色从而改变反射率的创新型材料——热致变色材料,将其掺入沥青中,以期动态逆转沥青路面的热反射...     

Performance evaluation of a high durability asphalt binder and a high durability asphalt mixture for bridge deck pavements

This paper describes the results of laboratory and full-scale performance tests for a high durability asphalt binder (HDAB) and high durability asphalt mixture (HDAM) applicable to the wearing course in a bridge deck system. The HDAB was developed using a styrene–butadiene–styrene (SBS) modifier and hydrocarbon for improving construction workability and resistance to fatigue cracking. Various binder tests were conducted on the HDAB, and test results showed that the resistance to fatigue and low temperature cracking of the HDAB increased significantly compared to that of the PG 64-22 and PG 76-22 binders. For the mixtures, the fatigue test results showed that the HDAM has a three times longer fatigue life than the SBS-modified asphalt mixture. It was also found that the HDAM has a higher resistance against moisture-induced damage. Results from full-scale accelerated testing on the bridge deck pavement system proved that the HDAM can significantly improve pavement performance.     

重载作用下大碎石柔性基层的抗车辙性能

基于重载,通过室内试验,采用考虑运动车辆与不平整路面相互耦合作用的更加符合实际的汽车动载模型而建立起来的具有较高精度的车辆动力作用下沥青路面车辙计算与预估的方法,对大碎石柔性基层的抗车辙性能进行研究;并通过试验路的跟踪观测对试验成果和三维动载数值计算结果进行了验证。结果表明,重载作用下车辙主要是由横向剪切引起的,采用低标号沥青、压碎值小的优质集料和合理级配的大碎石柔性基层路面的抗车辙能力并不比传统的半刚性基层沥青路面差。     

沥青老化方式对沥青性能的影响

为了研究沥青老化过程中氧气的存在是否对沥青老化后的性能有影响,该文通过选取SK-70和PJ-90两种沥青在薄膜烘箱和真空干燥箱的老化下,对其加热前和加热后的质量变化、针入度、软化点以及沥青的四组分的变化进行了研究。研究表明,不管老化条件是有氧还是无氧,老化后的沥青的性能发生了明显的变化,针入度变小,软化点升高,饱和分和芳香分减少,胶质与沥青质增加。只是,氧气的存在加速了沥青的老化进程。