基于测力延度的彩色沥青低温流变性能对比分析

基于测力延度试验方法,对比分析了CA70、CA90彩色沥青和A70、A90道路石油沥青老化前后的低温流变性能。结果表明:彩色沥青呈现出明显的改性沥青的低温流变特性;10℃低温性能优于道路石油沥青;制备彩色沥青时采用的石油树脂性能对老化后低温性能影响较大,其5℃时延度结果不能满足改性沥青的技术要求;测力延度试验结果反映了彩色沥青低温流变性能,与玻璃化转变温度相对比,回归参数S_a和E能有效反映彩色沥青所用石油树脂对其低温性能的影响,对彩色沥青低温性能的改进和评价具有一定参考价值。     

复掺钢丝绒纤维/水镁石纤维沥青胶浆性能研究

通过改变纤维总掺量和两种纤维的体积比,采用延度试验、锥入度试验、布氏旋转粘度试验和动态剪切流变试验研究了混杂纤维沥青胶浆的低温延展性能、抗剪切性能、粘度特性及高温流变特性,同时借助扫描电镜(SEM)对其试样断面进行观察分析。结果表明:沥青胶浆的低温延展性随纤维掺量的增大而降低;在6%纤维总掺量范围内,随着纤维掺量的增大粘度逐渐增大,且增大的幅度减小;当钢丝绒纤维与水镁石纤维体积比为6/4时,沥青胶浆的车辙因子(G*/sinδ)、抗剪强度达到最佳值;将两种纤维混杂掺入沥青胶浆中,充分分散,其与沥青粘结良好,发挥了增粘和桥接作用,提高了沥青胶浆的整体稳定性和抵抗永久变形的能力。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

基于吸附沥青膜厚度的沥青与矿粉交互作用能力评价研究

沥青与矿粉的交互作用能力决定着沥青胶浆的路用性能，为了评价沥青与矿粉的交互作用能力并分析其作用机理，本研究采用吸附沥青膜厚度作为沥青与矿粉的交互作用评价指标，提出了基于Hashin模型、Mori-Tanaka模型和广义自洽模型的吸附沥青膜厚度计算方法，对三种计算方法进行了比较，并分析了矿粉酸碱性、试验温度和频率对沥青与矿粉交互作用能力的影响。结果表明：采用Hashin模型计算的吸附沥青膜厚度能够较好地评价沥青与矿粉的交互作用能力；矿粉中酸性SiO₂含量越高，沥青与矿粉的交互作用能力越弱；当温度在软化点前后时，试验频率对沥青与矿粉交互作用能力的影响恰好相反；石灰岩矿粉与沥青的交互作用能力随着温度的增加而增大，粉煤灰颗粒表面致密的CaO-SiO₂-Al₂O₃系统使得温度对其与沥青的交互作用能力的影响不大，煤矸石矿粉中含有的大量SiO₂对其与沥青的交互作用能力产生抑制作用。     

活化煤矸石改性沥青胶浆粉胶比确定及粘温特性研究

煤矸石是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一,但鲜见其活化以改善沥青性能的研究成果.采用动态剪切流变仪(DSR)、弯曲梁流变仪(BBR)和布氏粘度仪(BV)对活化煤矸石改性沥青胶浆的流变特性进行测试,分析了重复蠕变劲度的粘性部分Eμ和蠕变劲度模量S与粉胶比之间的关系,通过流变学手段及双直线简化模型,得到活化煤矸石改性沥青胶浆的合理粉胶比范围及最佳粉胶比;借助扫描电镜(SEM)和红外光谱试验仪(IR)对其作用机理进行分析.研究结果表明,确定出的活化煤矸石改性沥青胶浆粉胶比能较好地平衡沥青胶浆的高低温性能;活化煤矸石可有效改善沥青胶浆的温度敏感性,其改性沥青胶浆粘温特性的效果较矿粉更为显著;平均粒径小、比表面积大及表面多孔层状结构是主要原因.研究成果为拓宽固体废弃物煤矸石在沥青路面工程中的资源化利用途径提供了依据.     

复掺钢丝绒纤维/水镁石纤维沥青胶浆性能研究

通过改变纤维总掺量和两种纤维的体积比,采用廷度试验、锥入度试验、布氏旋转粘度试验和动态剪切流变试验研究了混杂纤维沥青胶浆的低温延展性能、抗剪切性能、粘度特性及高温流变特性,同时借助扫描电镜(SEM)对其试样断面进行观察分析.结果表明:沥青胶浆的低温延展性随纤维掺量的增大而降低;在6％纤维总掺量范围内,随着纤维掺量的增大粘度逐渐增大,且增大的幅度减小;当钢丝绒纤维与水镁石纤维体积比为6/4时,沥青胶浆的车辙因子(G*/sinδ)、抗剪强度达烈最佳值;将两种纤维混杂掺入沥青胶浆中,充分分散,其与沥青粘结良好,发挥了增粘和桥接作用,提高了沥青胶浆的整体稳定性和抵抗永久变形的能力.     

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。     

粗集料压碎后沥青混合料性能的评价

沥青路面施工过程中,粗集料压碎后沥青混合料的性能发生了重大改变,严重影响了沥青混合料性能和使用品质。提出了粗集料压碎后沥青混合料性能的测试方法;通过试验测试了粗集料被压碎前、后沥青混合料高温抗变形性能和水稳定性的差异性。研究结论为沥青路面施工质量的控制提供了有力的依据。     

有机缓凝剂对水泥改性乳化沥青胶浆的改善效果研究

将适量的萘系减水剂(Naphthalene superplasticizer,NSP)加入到改性乳化沥青(Modified asphalt emulsified,MAE)中能够实现水泥和改性乳化沥青的直接拌和。当NSP的掺量为4%(质量分数,下同)时,水泥沥青胶浆(Cement asphalt mastic,CAM)工作性能不佳。本试验所使用的沥青和三种有机缓凝剂分别为:改性乳化沥青、海菜粉、聚丙烯酰胺(PAM)、葡萄糖酸钠。试验结果表明:海菜粉对CAM的改善效果最好。当海菜粉掺量为0.03%时,CAM 7 d内的强度增量比较大; 28 d的抗拉强度和抗压强度最高,凝结时间最短,干缩变化幅度较小。随着海菜粉掺量的增加,CAM的抗拉强度和抗压强度有所降低。PAM由于其自身有很强的粘稠度和絮凝作用,因而对CAM的粘弹性有很大影响;当PAM掺量为0.02%时,CAM的粘度最大,坍流度最小;当PAM掺量由0.01%增加到0.03%时,CAM的粘度、干缩量和抗压强度呈现先增大后减小的规律,坍流度和凝结时间呈现先减小后增大的规律,而抗拉强度随掺量的增加而增大。葡萄糖酸钠对CAM的改善效果最差,虽然加入葡萄糖酸钠能改善CAM的流动性、粘度等非力学性质,但会引起CAM试块较大幅度的体积收缩和干缩,抗拉强度和抗压强度明显降低,凝结时间过长,试件表面出现裂缝等不良现象。     

煤矸石粉与沥青的交互作用评价及其微观机理研究

矿料与沥青的交互作用决定着沥青混合料的路用性能,为了评价煤矸石粉与沥青的交互作用能力并揭示交互作用机理,利用动态剪切流变仪(DSR)对煤矸石粉沥青胶浆的流变性能进行了测试,运用广义sigmoidal函数和WLF方程构建了沥青胶浆动态剪切模量主曲线。基于Palierne模型系数C对煤矸石粉与沥青的交互作用进行评价,提出了参数拟合法以减弱C值对煤矸石粉体积分数的依赖性,借助扫描电镜和原子力显微镜对交互作用的微观机理进行了分析。研究结果表明：通过交互作用评价系数C值比较得出煤矸石粉与沥青的交互作用强于石灰岩粉,煤矸石粉的粗糙表面及开口孔隙更容易与沥青形成嵌锁的界面结构,煤矸石粉与沥青发生交互作用后产生更多数量的“蜂状结构”,形成了密集交织的网状结构体系,从而使煤矸石粉与沥青具有更强的交互作用。     

冷铺沥青混合料的路用性能评价指标和方法

通过对冷铺沥青混合料室内试验研究,提出冷铺沥青混合料的强度、和易性,高温稳定性和水稳定性四大路用性能指标和评价方法,使冷铺沥青混合料的质量品质和路用性能得到保证,便于它的规范化和推广应用。     

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。     

基于松弛特征的沥青结合料低温性能评价指标

本研究基于动态热机械分析仪(DMA)进行低温小梁弯曲松弛试验,采用松弛速率和松弛时间评价了4种沥青结合料的松弛特性;采用弯曲梁流变仪(BBR)、单边缺口梁弯曲试验(SENB)测试评价了沥青结合料的低温性能;基于Person相关系数和Spearman秩相关系数分析了沥青结合料松弛特性与低温抗裂性能的相关性。研究结果表明,温度越低,沥青结合料的松弛性能越差。同时,4种沥青结合料的松弛速率与其低温性能指标相关性显著,松弛时间与低温性能指标相关性较差;沥青结合料断裂时最大位移与松弛性能指标相关性显著,对应温度下λ与松弛性能指标的相关性较好。采用松弛特性指标可以进一步表征沥青结合料的低温性能。     

基于力学流变特性的高模量沥青老化性能研究

为更加深入了解高模量沥青老化后动态流变特性,选取3种常用高模量沥青进行旋转薄膜烘箱老化(RTFOT)和压力老化(PAV),利用动态剪切流变(DSR)和低温蠕变(BBR)试验对不同老化状态沥青进行应变扫描、黏弹性累计变形及低温蠕变分析。结果表明:力学流变参数G′、tanδ和延迟弹性恢复指标εp/εL能精确反映高模量沥青老化前后力学性能,低温蠕变感温性指标AlgS、Algm与温度具有较好相关性,且老化降低了高模量沥青低温感温性;对于抗老化性能,基于不同力学流变评价指标的分析结果有差异,低温指标与中、高温指标反应的耐老化性相反。总之,对高模量沥青的抗老化性能分析,建议选择合理试验参数,结合主导因素指标进行综合评价。