聚氨酯改性沥青研究现状及发展趋势

聚合物改性沥青自进入人们的视野以来,其功能性和制备工艺不断得到优化,在改善行车舒适度、延长沥青路面的使用寿命方面取得了非常显著的效果。尽管它的发展已有近百年历史,但当前传统的聚合物改性沥青在生产、贮存以及性能上仍不尽人意。因此,亟须寻求一种可有效弥补上述缺陷的新型沥青改性剂。聚氨酯(Polyurethane,PU)从20世纪60年代后期开始实现规模化工业生产以来,在全世界范围内已被广泛应用在涂料、密封胶、弹性体等领域。聚氨酯自身结构优势突出,使其有别于目前市场上常用的聚合物沥青改性剂。遗憾的是将聚氨酯应用于沥青改性方面的研究报道相对较少,如何进一步发掘其优点并加以充分利用,以弥补当前对高性能沥青路面的迫切需求,是道路工作者所面临的重大挑战。然而,近10年来,国内外的研究重点均集中于聚氨酯改性沥青制备工艺优化与混合料配合比设计,尽管已取得一定成果,但并未对其宏观性能与微细观结构之间的关联性进行深入研究。从2016年开始,部分研究者开始尝试利用生物基聚氨酯或热塑性聚氨酯再生材料对沥青进行改性,但其路用性能仍待进一步深入研究。值得强调的是,并非所有种类的沥青均适宜采用同一种改性剂和制备工艺以达到理想的改性效果,因此聚氨酯改性剂在使用前需要充分地分析其成分。此外,聚氨酯改性沥青尚缺乏一套系统科学的评价体系。截至目前,国内外在该领域取得的主要研究成果如下:(1)聚氨酯中的异氰酸根可改善沥青的硬度及弹性;(2)聚氨酯与传统聚合物改性剂或纳米材料复配改性沥青的制备方法为剪切共混法,剪切时间与剪切速率对改性沥青性能的影响较小,剪切温度对聚氨酯改性沥青高温、低温性能与弹性恢复的影响较大;(3)从宏观性能和微观结构两个角度解释了聚氨酯改性沥青的相容性和力学性能优异的原因;(4)聚氨酯改性剂的粒径对沥青乳化以及发泡程度有重要影响;(5)混合料优化设计研究发现,聚氨酯改性沥青混合料除水稳性能外的其他性能均超过规范中规定的技术要求;(6)生物基聚氨酯、热塑性聚氨酯再生材料等均可以提升沥青的性能。本文主要归纳了聚氨酯作为改性剂对沥青进行改性的研究进展,包括聚氨酯材料的概述及选择、聚氨酯改性沥青的改性机理、聚氨酯改性沥青的流变和微观特性,并分别从防水工程、路用工程、生物基与可循环再利用三个方面概述了聚氨酯改性沥青的应用。最后,提出目前聚氨酯改性沥青研究中存在的问题,同时对聚氨酯改性沥青的发展趋势进行了展望。     

应用数字散斑处理技术研究沥青拉伸应变速率

通过数字散斑处理技术，采用三分点加荷的力学模式，详细研究了沥青小梁在纯拉伸状态下的变形及其随时间的变化情况，以此得到了低温条件下沥青材料的拉伸应变和应变速率；通过剪切状态下的剪变率验证了所测拉伸应变速率的准确性．     

薄膜二次屈曲行为的数值仿真分析

建立了薄膜二次屈曲分析的数值方法.采用施加面外扰动力的方式在薄膜中引入任意的初始缺陷,分析了薄膜的二次屈曲现象.分析表明,在薄膜的后屈曲过程中,由于初始缺陷的存在,褶皱构形不稳定,出现二次屈曲现象,产生了新的褶皱.后屈曲平衡路径呈现多阶段的特点.在不同的初始缺陷和加载过程的情况下,薄膜的后屈曲过程会出现连续的二次屈曲现象.二次屈曲过程中薄膜可能是稳定的也可能是不稳定的,与初始缺陷及加载过程有关.     

沥青与集料交互作用能力的评价指标

沥青-集料的交互作用能力是影响沥青混合料路用性能的重要因素.为了客观真实地表证沥青-集料交互作用能力,利用动态剪切流变仪(DSR)对沥青与4种集料作用后界面流变特性的变化进行了研究,结果证明了用三指标——沥青-集料交互作用系数B、复数剪切模量系数ΔG*和复数粘度系数Δη*表征沥青-集料交互作用能力的正确性和可行性.试验结果的灵敏度分析进一步表明:与复数剪切模量系数ΔG*和复数粘度系数Δη*相比,沥青-集料交互作用系数B表征沥青-集料交互作用能力具有更高的区分度.     

Research on the effect of the common flame retardant in reducing the flammability of the bitumen

The bituminous defect that the binder is flammable will bring road safety risk.Once it catches fires,large quantities of heat,smoke and poisonous gas are produced,released and spread quickly,which seriously hinder escape and rescue and harms heavily traffic safety.The common flame retardant system is used to modify the asphalt.Cone Calorimeter is adopted to evaluate the burning property of asphalt.The performance of the flame retardant is evaluated by limiting oxygen index and orthogonal design method.The paper analyzes the synergism of the asphalt and flame-retardant,and analyzes the effect of the flame on preventing the smoke to spread and demonstrates that the use of common flame retardants which is added into binder is good at reducing the flammability of the binder.This way can increase the safety of asphalt pavement when fire occurs in the tunnel.The study suggests that flame retardancy of asphalt can be evaluated by Limit Oxygen Index (LOI) and the flame retardancy property of asphalt has marked change according to the content of flame retardant.SB has perfect flame retardancy property,and ATH is better than MH in the effect of flame retardant.     

Analyis on the indirect tension displacement and strain field of asphalt mixture based on ABAQUS and DICM

In order to study the damage mechanism of asphalt mixture,it is important to obtain the distribution of displacement and strain of its sample in the indirect tension mode.As a result,the digital image correlation method (DICM) was used to evaluate the displacement field and strain field of asphalt mixture.The results showed that the displacement fields under DICM and ABAQUS are similarly;the strain fields are different due to the different modulus of mastic and aggregate;and DICM is an practical method to study the indirect tension displacement and stain.     

剪切褶皱薄膜动态特性分析

基于拉格朗日方程建立了具有褶皱薄膜的振动微分方程,基于有限元程序建立了薄膜动态特性的分析流程,对矩形剪切薄膜后屈曲的动态特性进行分析.分析表明:矩形剪切薄膜后屈曲的振动模态与其褶皱构形具有很大的相关性,振动节线的位置处于褶皱波峰的位置,随着模态数的增加,其振动的节线数目依次减少,有更多的褶皱波峰处于振动状态,并且在薄膜...     

高粘性沥青应力吸收层防治反射裂缝研究

为提高半刚性基层沥青路面的防反射裂缝能力,采用高粘性沥青、改进的Superpave方法设计了富沥青、砂粒式的应力吸收层沥青混合料.试验研究表明,高粘性沥青应力吸收层混合料具有极好的低温变形、抗疲劳及弹性恢复能力,并具有较高的抗拉伸能力,能有效延缓沥青路面反射裂缝的发生,采用此材料铺筑的试验路和观测结果验证了室内试验的结论.     

碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土的非线性伏安特性

基于实验室制备的碳纤维/石墨烯导电沥青胶浆及沥青混凝土,研究了碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土的导电特性与导电行为,以及电阻与外加电压间的相关性.结果表明:所制备的沥青胶浆及沥青混凝土均表现出了明显的非线性导电行为,其电阻率随着电压的增大显著降低,并且非线性程度随着导电填料掺量的增大逐渐减弱.运用动态随机电阻器网络模型证明了隧道效应是造成这一非线性导电行为的主要原因,在足够强的电压作用下,原本处于绝缘状态下的部分载流子有序排列,出现了额外的导电通路.     

机场SMA高温变形中集料倾角变化规律

为探究机场重载下SMA(沥青玛蹄脂碎石混合料)的车辙变形特性,同时为建立沥青混合料细观模型提供数据支持,针对SMA高温变形过程中集料倾角的变化规律开展研究.采用车辙试件取芯方式,研究沥青混合料在高温及高荷载作用下集料倾角随碾压次数的变化规律.基于X-射线CT技术获取并重构了碾压前后沥青混合料的三维数字图像,提取了数字试件沿轮迹方向和垂直轮迹方向的二维图像,采用MATLAB编写图像的批量处理程序,获取二值化图像,进行集料倾角的计算和统计.结果表明:沥青混合料集料倾角的累计分布概率符合三参数威布尔分布;混合料集料倾角在0°~20°分布最多;碾压后,沿轮迹方向0°~20°区间集料倾角概率保持增大,垂直轮迹方向40°~60°区间集料倾角概率保持增大;沿轮迹方向集料倾角变化与车辙变形线性相关;掺加70#沥青的SMA集料较掺加SBS改性沥青的SMA集料倾角更易偏转.