沥青混合料的疲劳性能及评价标准研究综述

根据沥青路面的破坏机理,分析了影响沥青路面疲劳寿命的因素,对沥青混合料疲劳寿命的预估方法——Cooper-Pell法、能量法、美国沥青学会法和CRR法进行了介绍,并指出充分了解沥青路面疲劳性能与建立相应的评价标准对沥青路面的使用具有重要意义。     

干湿-冻融循环作用下沥青水老化的微观特性

模拟杭州夏季高温高湿、冬季微冻融的气候特点,在综合考虑循环次数、热、氧及水等因素的基础上,设计室内干湿-冻融循环试验,采用薄膜烘箱对基质沥青和SBS改性沥青进行短期老化,借助红外光谱(FTIR)与凝胶渗透色谱(GPC)分析了干湿-冻融循环作用下沥青特征官能团和相对分子质量变化,探究沥青水老化的微观特性.结果表明:随着干湿-冻融循环次数的增加,在热(60℃)氧化条件较为温和的情况下,基质沥青与SBS改性沥青中羰基的特征峰在FTIR图谱中变化较小,以至观测不到;亚砜基指数明显增大,丁二烯指数明显减小;数均相对分子质量、重均相对分子质量、分散度及大分子区(LMS)含量均逐渐增大.推荐采用亚砜基指数和LMS含量来定量表征沥青在干湿-冻融循环作用下的水老化程度.FTIR与GPC试验均表明,在水环境中,干湿-冻融循环作用将加剧沥青材料的老化;SBS改性沥青的抗水老化性能优于基质沥青.     

基于临界裂纹尖端位移的沥青胶结料抗疲劳性能评价

以G~*·sin δ为代表指标的沥青胶结料疲劳性能评价方法高度依赖动态剪切流变仪,针对该方法所需设备在中国普及率较低且对SBS改性沥青的适用性较差等问题,采用测力延度仪进行双边缺口拉伸试验,提出了以临界裂纹尖端位移(CTOD)作为沥青胶结料常温条件下(0～30℃)抗疲劳性能的评价指标.用CTOD和G~*·sin δ这2个指标对7个沥青胶结料的抗疲劳性能进行排序,并采用四点弯曲疲劳试验从混合料层面对沥青胶结料的抗疲劳性能的排序结果进行验证,最后用显著性检验方法比较了温度对CTOD区分度的影响.结果表明:CTOD与G~*·sin δ对SBS改性沥青的疲劳性能评价存在分歧,四点弯曲疲劳试验得到的混合料疲劳性能与CTOD所表征的沥青胶结料结果更具相关性;显著性检验发现,与15℃相比,25℃的CTOD指标对选用沥青胶结料的区分度更好.CTOD所需试验设备在中国应用较广,有望成为沥青胶结料抗疲劳性能的有效鉴定方法之一.     

再生剂对沥青相对分子质量和尺寸分布的作用

分析了3种再生剂对3种老化沥青的再生作用,以探究再生过程对沥青相对分子质量和分子尺寸分布的影响.首先,通过分子凝胶色谱（GPC）分析了沥青再生前后相对分子质量分布的变化;然后,通过动态剪切流变（DSR）仪获得沥青再生前后的主曲线,并计算得到相应的沥青松弛谱图（CRS）和分子尺寸分布的变化;最后,对沥青相对分子质量分布、沥青分子尺寸分布与沥青物理性质的关联进行了分析讨论.结果表明：再生剂对老化沥青大尺寸分子存在降解作用和稀释作用,且2种作用受老化沥青种类和再生剂种类的影响;沥青再生过程中,再生剂对沥青大尺寸分子的分散效果与沥青的宏观软化效果存在很强的正相关关系.     

SBS-PU高黏高弹沥青材料组成及工艺参数研究

通过对基质沥青、聚氨酯(PU)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)等原材料的优选和分析,采用共混复合改性技术研发了一种新型的SBS-PU高黏高弹沥青.通过红外光谱(FTIR)、多应力蠕变恢复(MSCR)和动态剪切流变(DSR)试验,分析了SBS-PU高黏高弹沥青的改性机理、高温流变性能和储存稳定性.同时结合灰色关联熵分析及沥青性能变化规律,确定了改性工艺关键参数.结果表明:SBS与PU复合改性可有效提高沥青的黏弹性能,使其达到高黏高弹特性;SBS-PU复合改性过程兼具物理和化学改性;PU化学改性有助于SBS-PU高黏高弹沥青获得优异的高温流变性能和储存稳定性.推荐工艺参数为:剪切温度170℃,剪切速率4000r/min,剪切时间50min,发育时间60min.     

聚合物改性沥青低温性能指标研究

研究了4类聚合物改性沥青的常规性能与低温流变性能,并对其混合料进行了低温弯曲试验.结合灰色关联理论,对聚合物改性沥青的多个低温性能指标与混合料低温弯曲试验结果进行了相关性分析.结果表明:聚合物改性沥青的玻璃态转变温度、低温流变性能指标、低温测力延度试验的黏韧性指标与沥青混合料低温弯曲试验结果均具有良好的关联性,其中的玻璃态转变温度关联度最高,能较好地反映聚合物改性沥青的低温性能,其次是低温流变指标和黏韧性指标.     

Using thermodynamic parameters to study self-healing and interface properties of crumb rubber modified asphalt based on molecular dynamics simulation

The thermodynamic property of asphalt binder is changed by the addition of crumb rubber, which in turn influences the self-healing property as well as the cohesion and adhesion within the asphalt-aggregate system. This study investigated the self-healing and interface properties of crumb rubber modified asphalt (CRMA) using thermodynamic parameters based on the molecular simulation approach. The molecular models of CRMA were built with representative structures of the virgin asphalt and the crumb rubber. The aggregate was represented by SiO₂ and Al₂O₃ crystals. The self-healing capability was evaluated with the thermodynamic parameter wetting time, work of cohesion and diffusivity. The interface properties were evaluated by characterizing the adhesion capability, the debonding potential and the moisture susceptibility of the asphalt-aggregate interface. The self-healing capability of CRMA is found to decrease as the rubber content increases. The asphalt-Al₂O₃ interface with higher rubber content has stronger adhesion and moisture stability. But the influence of crumb rubber on the interfacial properties of asphalt-SiO₂ interface has no statistical significance. Comparing with the interfacial properties of the asphalt-SiO₂ interface, the asphalt-Al₂O₃ interface is found to have a stronger adhesion but a worse moisture susceptibility for its enormous thermodynamic potential for water to displace the asphalt binder.     

湿热环境下海盐侵蚀对沥青-集料界面体系的损伤效应分析

为研究海盐湿热耦合作用对沥青集料界面体系的损伤效应,分析了盐溶液类型、浓度、浸泡时间对沥青集料界面体系抗拉强度、沥青膜剥落率、自愈能力以及自愈后水稳定性的影响,探讨了盐湿热环境下沥青集料界面体系的损伤机理.结果表明：沥青膜厚度为6μm的沥青集料试样抗拉强度最大,可作为后续模拟试验的标准试样;随着盐侵蚀时间的延长,沥青集料试样抗拉强度逐渐减小,沥青膜剥落率逐渐上升,并且在前期变化速率较大,之后逐渐趋于稳定;60℃高温烘干能够有效地恢复沥青集料的界面强度,但因集料表面受到溶液的侵蚀,自愈之后的水稳定性明显下降,海盐溶液的腐蚀性越强,水稳定性越差;溶液的综合剥落功越大,沥青集料试样抗拉强度越高,沥青膜剥落率越低,说明海盐溶液的腐蚀特征和表面张力特征均会影响其损伤效应.     

温拌胶粉改性沥青的流变和微观性能评价

以EM型降黏剂、SDYK型表面活性剂为温拌剂制备温拌胶粉改性沥青.通过动态剪切流变仪（DSR）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和原子力显微镜（AFM）对胶粉改性沥青（CR）、EM型温拌胶粉改性沥青（CR EM）和SDYK型温拌胶粉改性沥青（CR SDYK）的性能进行测试,研究2种温拌剂对沥青流变性能的影响,并探究其微观力学性能和宏观流变性能之间的关系.结果表明：CR EM和CR SDYK的抗变形能力均优于CR;温拌剂对胶粉改性沥青以物理改性为主;2种温拌剂的掺入使沥青微观均方根粗糙度Rq减小、微观杨氏模量增大;利用统计分析软件对3种沥青的微观力学指标（微观杨氏模量）与宏观流变性能（改进车辙因子G/sin9δ）进行相关性分析,两者具有良好的相关性.