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。     

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.     

流体加热融雪系统运行对道路结构温度分布特性影响分析

为了明确流体加热道路融雪系统运行对道路结构短期/长期温度分布特性的影响,利用室外足尺试验系统对比分析了普通水泥混凝土路面结构与流体加热道路融雪系统道路结构在温度、温变速率及温度梯度分布特性等方面的差异,阐明了系统运行对道路结构短期/长期温度分布特性的影响规律。结果表明：融雪系统运行初期,快速上升的流体温度对管壁-路面材料界面存在强烈的温度冲击作用;随着系统持续运行,管壁-路面材料界面的温变速率逐渐减小并趋于稳定,且小于普通路面最大温变速率;同时,融雪系统的运行增大了路面结构内部的温度梯度,改变了路面结构一定深度范围内的热量传递方向。融雪系统道路结构年周期温度分布的观测结果表明：融雪系统的运行可在较短的时间内释放大量热能,降低了道路结构内部热量的散失,有效延缓了季节性冰冻地区冬季道路结构温度的降低及冻结深度的发展。     

重复荷载作用下沥青低温粘弹效应的试验研究

沥青材料是一种典型的粘弹性材料,在荷载作用下其变形由虎克弹性牛顿粘性的比例关系所决定,为此本文从沥青的粘弹特性入手,对沥青在重复荷载作用下的变形进行分解,测定得到了沥青粘、弹性的比例关系,试探性地综合评价沥青材料的低温性能。     

太阳能-土壤源热能耦合道路融雪系统融雪性能的研究

基于太阳能-土壤源热能耦合道路融雪试验系统,开展能量转化型道路融雪性能的研究,分析了融雪过程道路温度场的变化规律并对影响系统融雪效果的因素进行探讨.研究显示:路面融雪经历初期升温过程-恒温融雪过程-融雪后升温过程3个阶段,且同一水平面内,由于与埋管的距离不同,温度分布不均匀,造成带状无雪区域的出现;太阳能-土壤源热能耦合道路融雪系统影响因素分析表明:管间距、埋设深度、液体流速、环境温度等因素对融雪效果存在显著影响,可针对具体运行工况,通过调整相关参数达到理想的融雪效果.     

基于无约束共振法沥青混合料动态模量试验研究

动态模量是沥青路面设计的重要参数,但传统的沥青混合料动态模量试验过程复杂、耗时,而且实际路面钻取的芯样尺寸往往无法满足其试验要求。为解决上述问题,基于沥青混合料圆柱体试件(L/D＜0.5)的无约束自由振动,提出一种快速、无损的沥青混合料动态模量试验方法,分析无约束共振法的试验原理,研究传感器布置点位以及试件尺寸对试验结果的影响,通过重复加载法试验验证无约束共振法与传统试验方法的相关性。结果表明,传感器布置点以及试件尺寸均不会对试验结果造成显著影响,同时无约束共振法与重复加载法具有很好的相关性。     

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.     

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.     

橡胶沥青低温评价指标

针对5℃延度指标在评价橡胶沥青低温性能上的局限性,为找寻能更好评价橡胶沥青低温性能的评价指标,通过BBR试验,对试验室制备的薄膜老化和压力老化橡胶沥青低温评价指标展开研究,分析基于BBR试验获取的劲度模量、劲度模量变化率、PG分级温度、低温连续分级温度、k指标及综合考虑沥青模量和松弛能力的评价指标SA等橡胶沥青低温评价指标.试验结果表明:随着橡胶粉的加入,沥青的低温抗裂性能显著提高,单一的S或m指标评价橡胶沥青低温性能存在一定片面性,兼顾考虑沥青模量和松弛能力的CT、k及SA指标能更加准确地反映和评价橡胶沥青的低温性能.通过与橡胶沥青混合料低温弯曲应变能密度指标进行相关性分析及综合比选,得出结论:在工程上优先推荐采用k、CT指标作为橡胶沥青低温性能的评价指标;进行研究工作时优先考虑SA指标作为橡胶沥青低温性能的评价指标.