基于原子力显微镜的沥青微观损伤机理分析

为揭示微观尺度下沥青的损伤机理，采用原子力显微镜（AFM）对基质沥青及SBS改性沥青进行了测试分析。首先设计了一款AFM原位拉伸试验装置；然后，结合AFM原位拉伸试验测试了拉伸荷载作用下沥青表面不同微观结构及其力学性能；基于形貌测试结果和ABAQUS软件建立了沥青的二维有限元模型，分析了拉伸荷载作用下沥青表面的应力分布；最后，结合AFM测试结果和有限元模拟结果分析了沥青的微观损伤机理。研究结果表明：所研究的基质沥青表面存在3种微观结构，即蜂状结构、蜂壳结构和间隙结构，SBS改性沥青无明显蜂壳结构；间隙结构抗变形能力最弱，蜂状结构抗变形能力最强；SBS改性剂的加入降低了沥青表面的应力，且使应力分布更均匀；拉伸荷载作用下，沥青表面会出现相分离，随着荷载增大相分离现象加剧，相分离出现在沥青表面应力最大处；拉伸荷载作用下沥青的损伤演化过程中，沥青应力较大的间隙结构首先出现相分离，随着荷载增加，相分离不断加剧直至微裂纹产生。     

TB+SBS复合改性沥青的流变性能研究

文中研究掺入不同剂量的硫磺、SBS改性剂对TB沥青复合改性的影响。通过离析试验、多重应力蠕变回复试验、低温小梁蠕变试验,研究材料的流变性能。结果表明,TB沥青、SBS聚合物、硫磺之间的交互作用,改善了TB沥青的高温流变性质、弹性性质,特别在临界硫磺用量下,流变性质发生显著变化;3%的SBS改性剂可以较好地保留TB沥青的低温性能;基于实验结果,推荐埃索基质沥青+15%胶粉+3%SBS改性剂+0.2%或0.3%硫磺的配比。     

SBS改性沥青热储存稳定性评价

采用8种成品SBS改性沥青,根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中T0661的方法,分别对其进行热储存离析试验;并且采用AR-2000型动态剪切流变仪对不同品牌的成品SBS改性沥青及热储存离析试验上、下部试样进行动态剪切试验,以获取SBS改性沥青动态力学温度谱。试验表明,仅以离析试验上下部软化点差值小于2.5℃来评价SBS改性沥青储存稳定性是不全面的,SBS改性沥青在储存中会产生软化点的升高或衰减,这些同样会导致沥青的使用性能的不稳定性。在温度扫描下损耗因子tanδ是否出现平台区,即是否形成空间网络结构与SBS改性沥青的储存动力稳定性的好坏没有必然的联系。     

聚合物改善沥青路用性能研究

对聚合物SBS（苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物）、SBR（丁苯橡胶）及PE（热塑性树脂聚乙烯）改善路用沥青（兰炼90#沥青及胜利100#沥青）的性能进行了系统地分析。通过聚合物对沥青性能的改善及对沥青混合料路用性能的改善的分析。系统的描述了三种聚合物对兰炼沥青路用性能的改善作用。     

SBS/胶粉复合改性沥青的储存稳定性探究

热储存稳定性是保证改性沥青在路面建设过程中正常使用的前提。为了提高SBS/胶粉复合改性沥青的热存储稳定性,本文基于对轮胎橡胶的脱硫处理、脱硫处理后与SBS密炼的不同处理方式,制备了SBS/轮胎胶粉、SBS/脱硫胶粉及将SBS和脱硫胶粉先经密炼处理制备的复合改性剂的复合改性沥青。随后通过改性沥青离析试验,Cole-Cole曲线及显微图分析了三种SBS/胶粉复合改性沥青的储存稳定性。结果表明,复合改性沥青的微观显微图显示了脱硫胶粒在高速剪切作用下释放了炭黑,而炭黑中的羧基等基团会与沥青中的氨基等发生化学结合,从热力学角度上增强了聚合物与沥青之间的界面联合,由此增强了沥青与聚合物之间的相容性,提高了沥青的热存储稳定性。此外,SBS与脱硫胶粉在密炼作用后形成的复合改性剂,中和了改性剂与沥青之间的密度差,从动力学角度提高了SBS/胶粉复合改性沥青的热储存稳定性。     

抗车辙剂对沥青混合料的性能影响及改性机理研究

为研究抗车辙剂对SBS 改性沥青混合料性能的影响，通过车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、肯塔堡飞散试验和沥青三大指标试验对比了两种不同厂家的抗车辙剂。通过傅里叶红外光谱分析(FTIR)和差示扫描量热分析(DSC)对抗车辙剂的增强改性机理进行了进一步地分析。试验结果表明:虽然两种抗车辙剂均能提高沥青混合料的高温稳定性，但增强作用机理不同。通过FTIR 分析发现，抗车辙剂A 与SBS 改性沥青以物理共混为主，抗车辙剂起到加筋填充作用；而抗车辙剂B 与SBS 改性沥青发生了化学反应，导致沥青质含量的增加。DSC 结果显示，抗车辙剂B+SBS 复合改性沥青相比抗车辙剂A+SBS 复合改性沥青、SBS改性沥青热稳定性更差。     

SBS与沥青相容性的研究

改性剂与沥青的相容性是决定改性效果和改性沥青制作工艺的关键因素，而聚合物改性沥青的相容性与基质沥青的组成，聚合物的剂量，聚合物成分结构以及贮存温度密切相关，利用热贮存稳定性试验系统研究了SBS与基质沥的相容性，结果表明，线形SBS普遍比星型SBS具有较好的相容性，SBS含量小于3％时的改性沥青的稳定性也较好，沥青质含量适中，芳香分含量越小的基质沥青与SBS相容性也越好。     

基于图像处理探究SBS在沥青中溶胀面积的发育进程

为了更直观便捷地研究SBS聚合物与基质沥青反应进程,制备了两种SBS改性沥青的分散、剪切、发育等7个状态共14组荧光显微镜样品。以放大100倍和400倍荧光显微镜图像为研究对象,分别借助两个图像处理软件计算SBS溶胀面积比,即SBS改性剂在沥青中溶胀联结形成的荧光共轭点状、蠕虫状、网格状等发亮结构的面积占该图像面积的比例,分析SBS溶胀面积比与改性沥青发育进程以及稳定性的关系,并借助离析软化点差值指标验证发育进程中SBS溶胀面积比与改性沥青稳定性的关系。结果表明:随发育时间延长,SBS溶胀面积比先增大后减小,其超过一定比例后基质沥青与SBS形成网状互穿结构,稳定性大幅增加,SBS溶胀面积比超过51.87%时离析软化点差值都满足相关规范要求,从微观角度进一步揭示改性机理,为快速评判SBS改性沥青是否存在离析风险提供一种新思路。     

SBS/橡胶粉复合改性SH型混合生物沥青工艺及机理

为探究复合改性技术提升混合生物沥青路用性能的工艺及机理，针对特定来源的SH型生物沥青，将其与石油沥青共混制备混合生物沥青后进行SBS/橡胶粉复合改性，研究改性顺序及改性剂掺量对复合改性沥青常规路用性能的影响、生物沥青掺量对改性剂溶胀特性与复合改性沥青高温及低温性能的影响，由此确定混合生物沥青复合改性工艺；利用多应力重复蠕变恢复（MSCR）、弯曲梁流变（BBR）和频率扫描（FS）试验评价复合改性沥青的流变特性；借助红外光谱（IR）化学官能团分析以及荧光显微镜（FM）和原子力显微镜（AFM）微观形貌观测分析揭示混合生物沥青复合改性机理。研究结果表明：SBS掺量为2.5%，橡胶粉掺量为18%（内掺）时，按照先SBS改性后橡胶粉改性的顺序制备的复合改性沥青的常规路用性能均较优；生物沥青掺量为15%时改性剂溶胀特性与复合改性沥青的高温及低温性能均较佳；SBS/橡胶粉复合改性在显著提升混合生物沥青弹性恢复率与m值的同时还降低了其不可恢复柔量与劲度模量，即改善了混合生物沥青的高温稳定性与低温抗裂性，且此结果与FS复数模量主曲线结果相一致；生物沥青可有效增溶聚合物改性剂并增强聚合物相网络结构，从而显著提升沥青复合改性效果；对混合生物沥青进行SBS/橡胶粉复合改性后未出现新的特征吸收峰，此复合改性过程属于物理变化；沥青厂生产的复合改性沥青性能优于实验室水平制备的复合改性沥青。     

改性沥青微观结构与储存稳定性的关系

根据荧光显微照相原理、聚合物改性沥青的相态结构分析、改性沥青的混合原理等,对不同型号的SBS改性剂与同一基质沥青配制改性沥青过程中的样品进行显微观测,同时对其不同时段的相态结构进行照片拍摄,并结合微观观测结果与改性沥青离析试验结果,对改性沥青的相态结构与其存储稳定性之间的关系进行研究。研究表明:分析改性沥青制备过程中聚合物改性剂的存在相态,可为改性沥青制备温度、时间等提供依据;聚合物改性剂在沥青中越容易混合、粒径越小,所制备的改性沥青的稳定性越好,软化点的提高越显著;对同一基质沥青,嵌段比大的SBS改性剂对基质沥青的改性效果好,所制备的改性沥青稳定性更好。     

对聚合物改性沥青离析试验(T0661-2000)的探讨

聚合物改性沥青在高温存储条件下经常会发生凝聚和离析。目前，我国用来评价聚合物改性沥青离析性的推荐方法是“聚合物改性沥青离析试验(T0661-2000)”。但是这种方法忽略搅拌对改性沥青离析的影响；不能模拟实际大容器存储的条件。建议根据相似原理，确定试验中盛样管的尺寸和搅拌速率。试验结果表明，改进后的离析试验能更准确地反映聚合物与沥青的相容性，可以更合理地评价聚合物改性沥青的存储稳定性。     

沥青品种对SBS改性沥青性能的影响

采用具有代表性的3种基质沥青，分别掺入相同剂量的SBS，按照相同的加工工艺制备SBS改性沥青；通过技术技术试验来分析沥青品种对SBS改性沥青性的影响，结果表明：同一种改性剂对不同的基质沥青会有不同的改性效果，并不是所有的沥青都可以采用同样的聚合物改性剂和改性工艺达到相同的改性效果。     

不同橡胶改性沥青离析标准的试验研究

热储存过程中聚合物外加剂与基质沥青之间的相分离是沥青行业的一个重要问题。通常采用室内试验评估聚合物改性沥青相分离的程度,如铝管离析试验(CTB)。然而,不同国家对测试环境,温度和储存时间有不同的标准。基于全面的文献调差,该文试验中,温度范围和烘箱储存时间分别选择为140~180℃和2~7 d。该研究中,对选自12个不同地方橡胶改性沥青(CRMA)的11个储存稳定条件的相分离进行了比较和评估。采用PG64—22基质沥青和不同掺量(沥青重量的10%,15%,20%)制备CRMA。选择CTB作为存储稳定性的试验方法,从铝管顶部和底部G*/sinδ之间的关系获得分离百分率。储存稳定性试验表明,CRMA的粘度对胶结料的相分离有显著的影响;改性沥青胶结料的粘度越高,分离的程度越低。     

SBS聚合物改性乳化沥青作为桥面防水材料性能试验研究

通过大量的室内试验,分析SBS聚合物改性乳化沥青作为桥面防水材料的各项性能,同时与国内目前运用较多的氯丁胶类防水涂料做比较,得出SBS聚合物改性乳化沥青是一种性能优良的防水涂料。     

HM-I/SBS复合改性高模量沥青混合料性能研究

HM-I（复合高模量剂）/SBS复合改性沥青综合了高模量沥青与SBS改性沥青的优势，能显著提升混合料的高温性能。采用残留稳定试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验、车辙试验、四点弯曲疲劳试验及动态模量试验，分析HM-I/SBS复合改性高模量沥青混合料的路用性能及动态力学性能，并与基质沥青+硬质沥青颗粒及HM-I/基质沥青所制备的混合料进行对比。结果表明，HM-I/SBS复合改性高模量沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性、抗疲劳性能及动态模量值更为优异，且各项技术指标均满足高模量沥青混合料的需求。     

聚合物改性沥青稳定性评价新方法

聚合物改性沥青在储存和使用过程中发生聚合物离析和凝聚，从而造成沥青品质下降。稳定性是聚合物改性沥青一项关键指标。聚合物改性沥青稳定性常用的评价方法很多，如离析试验，显微图像，红外光谱等方法，但各有其优缺点,两种评价聚合物改性沥青稳定性的新方法－LAST法和PAT法，正在研究和应用中。     

废旧电池粉末改性沥青的微观特性及其性能

为研究废旧电池粉末改性沥青的可行性，分别将不同掺量的废旧电池粉末加入70^#沥青中，以制备废旧电池粉末改性沥青，并对比基质沥青与SBS改性沥青进行性能评价。借助X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FTIR）、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等研究废旧电池粉末改性沥青的化学组成与微观结构，分析废旧电池粉末改性机理；采用三大指标、布氏黏度试验对废旧电池粉末改性沥青的常规性能指标进行测试；通过动态剪切流变仪（DSR）、多重应力蠕变（MSCR）试验评价废旧电池粉末改性沥青的流变特性；利用车辙试验（70℃）与短期老化前后的浸水马歇尔试验分析废旧电池粉末改性沥青混合料的高温稳定性及老化前后的水稳定性。研究结果表明：废旧电池粉末以C为主要成分，并含有极少量金属氧化物，其颗粒表面有较多的褶皱与凹槽；废旧电池粉末改性沥青表面存在"蜂巢"结构，且随着掺量增加，其粗糙度呈上升趋势，沥青针入度逐渐降低，软化点提升，延度略微降低，黏度逐渐增加；相同温度下，随着掺量增加，废旧电池粉末改性沥青的动态剪切模量G^*明显提高且始终高于70^#沥青，但略低于SBS改性沥青；废旧电池粉末改性沥青混合料动稳定度与残留稳定度逐渐增大；废旧电池粉末改性沥青的方式属于物理共混，该成分可使沥青的高温性能得到改善，改善程度未及SBS改性沥青，但相差幅度不大；废旧电池粉末改性沥青表面粗糙程度较大，意味着其拥有较大的比表面积，能增强沥青与集料间的黏附能力，从而提高了沥青混合料的高温稳定性与水稳定性。     

聚合物改性沥青老化后的流变特性研究

利用沥青常规试验和动态力学试验测量了3种基质沥青与15种聚合物改性沥青老化后流变性能的变化,表明常规试验能够描述基质沥青老化对流变特性的影响,但对聚合物改性沥青的评价却显得力不从心。动态剪切流变试验结果显示,聚合物改性沥青老化后流变性能与基质沥青相比有着不同的响应：EVA改性的沥青老化后的流变性向基质沥青转化;而SBS改性沥青的变化与共聚物分子结构的分解有关,使SBS由高分子共聚物降解成为低分子结构。     

SBS改性沥青剪切发育过程的动态力学热分析

为了检验改性过程中共混物性能的变化规律，在实验室制备SBS改性沥青的过程中，用不同类型SBS与不同组分的基质沥青配伍，对制备过程中的样品进行动态力学扫描及常规沥青试验，发现在适当的剪切及发育时间内沥青与聚合物共混的动力学性能会得到改善，过长的剪切及发育时间使其性能下降.在其他条件一致的情况下，聚合物在沥青中能否形成网络结构取决于沥青组分，共混所需的合适剪切及发育时间有赖于沥青组分与改性剂的配伍性.     

SBR/PP复合聚合物及SBS改性沥青混合料疲劳特性研究

为提高沥青路面的承载能力与耐久性,通过复合聚合物改性改善沥青混合料的强度及抗疲劳性能。采用丁苯橡胶(SBR)与聚丙烯(PP)比例为75∶25、50∶50、25∶75的复合聚合物和SBS聚合物,分别以4%、5%、6%的掺量对70^#基质沥青进行改性,通过强度试验确定聚合物最佳掺量,开展最佳掺量下聚合物改性沥青混合料间接拉伸疲劳试验和直接拉伸疲劳试验,对复合聚合物与SBS改性沥青混合料的疲劳特性进行对比分析。结果表明,复合聚合物与SBS的最佳掺量均为5%;复合聚合物中SBR与PP掺配比例为75∶25、50∶50时,复合聚合物改性沥青混合料的强度高于同掺量下SBS改性沥青混合料;最佳掺量下,SBR与PP掺配比例为75∶25的复合聚合物改性沥青混合料的疲劳性能最佳,与SBS改性沥青混合料相比提高约40%。