改性剂对沥青自愈合能力的影响

采用动态剪切流变试验仪(DSR),对70号基质沥青和添加SBS、岩沥青、表面活性剂3种改性剂的沥青进行间歇疲劳加载。试验采用应变控制加载模式,当沥青达到规定的损伤度(D=15%、30%、45%)时,停止加载,并设置不同的间歇时间(300s、600s、1 800s、3 600s、5 400s)使沥青愈合,再进行重复加载。通过表象评价指标(HI1、HI2)和能量指标(HI3)对沥青愈合能力进行分析,研究改性剂对沥青自愈合能力的影响。试验结果表明:3个评价指标对沥青自愈合能力评价具有一致性,添加SBS改性剂使沥青愈合能力明显增强,添加岩沥青愈合能力减弱,添加表面活性剂对沥青愈合能力影响不大;愈合指标与间歇时间的1/4次方(t1/4)存在着很好的线性关系,且不同沥青愈合方程的斜率的大小关系与沥青自愈合能力排序一致。     

沥青及其混合料自愈合性能试验研究

为了对比分析基质沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青的自愈合性能,并研究沥青种类、愈合环境、破坏程度对混合料疲劳-自愈合进程的影响。通过DSR(动态剪切流变仪)的Time-Sweep(时间扫描)模式测试了沥青复数剪切模量随加载次数的变化,采用愈合指数HI评价沥青的自愈合能力;利用DSC(差示扫描量热仪)测试沥青相态转变过程中的焓变;基于四点弯曲疲劳试验测试了混合料劲度模量随加载次数的变化。研究结果表明:从流变性角度分析,橡胶改性沥青的自愈合性能最好,SBS改性沥青次之,基质沥青最差,随着损伤度的增大,以上3种沥青的自愈合指数呈下降趋势;从分子扩散角度考虑,基质沥青的自愈合能力最小,基质沥青愈合裂缝的能力优于SBS改性沥青及橡胶改性沥青。沥青类型及愈合环境对混合料的愈合进程具有重要影响,提高愈合环境的温度可以加速混合料的愈合,破坏程度的增加对混合料的自愈合具有负面影响。     

沥青自愈合性能评价指标修正及应用

通过对比和分析现有沥青自愈合指标的不足，以模量下降速率重新定义自愈合指标，该指标值越小说明沥青材料的自愈合性能越优。采用动态剪切流变仪（Dynamic Shear Rheometer，DSR）对7种沥青进行不同间歇时间和不同损伤度下间歇加载式的自愈合试验，以毛细扩散理论下的自愈合行为方程对自愈合指标进行线性拟合，获得代表沥青瞬时自愈合和后期自愈合的参数，用以研究沥青的自愈合性能。结果表明：沥青的自愈合指标随着间歇时间的增大而减小，但其变小的速率趋于缓慢；7种沥青在不同损伤度下的自愈合指标值与间歇时间的0.25次方存在较好的线性正相关，判定系数R²均在0.85以上，无论是基质沥青还是改性沥青，新指标都具有较好的适用性；SBS改性沥青的瞬时自愈合优于基质沥青，随着添加到SBS沥青中改性剂掺量的增大，改性沥青的瞬时自愈合表现出先弱后强的趋势，而这7种沥青的后期自愈合性能与其瞬时自愈合性能正好相反，代表瞬时自愈合和后期自愈合的参数具有较好的负相关，说明瞬时自愈合性能优的沥青其后期自愈合性能较差。     

基于黏弹理论的橡胶改性沥青自愈性能研究

为研究橡胶改性沥青的自愈性能,从橡胶沥青的黏弹特性出发,测试了温度、持续时间对橡胶沥青黏弹性能的影响,分析基于黏弹理论的橡胶沥青自愈性能。采用DSR流变仪分析研究了温度扫描和时间扫描模式下橡胶沥青的自愈性能,评价了粉胶比、应力大小、损伤度对橡胶沥青自愈性能的影响,建立了橡胶沥青的自愈指数——损伤度的数学模型。研究结果表明:温度越高,持续时间越长,沥青材料的黏度越低,从而提高了分子的流态特性,有利于沥青材料实现自愈合;随着粉胶比的增加,橡胶沥青的布氏黏度逐渐增大,自愈能力降低;作用应力越大,自愈能力越小;自愈期前后的初始模量和损伤度基本相同,表明橡胶沥青实现了自修复,自愈性能较好;沥青材料自愈合性能与损伤度成反比,损伤度越大,材料的可恢复性越小,自愈合性能越不显著;通过自愈合指数方程,能够较准确预测不同损伤度条件下沥青材料的自愈合能力。     

基于表面能理论的纳米改性沥青愈合性能研究

为了探究不同维度纳米材料对沥青愈合性能的影响，在基质沥青中分别加入纳米碳酸钙（CaCO₃）、多壁碳纳米管（CNTs）和纳米蒙脱土（MMT）,采用DSR的时间扫描模式以“疲劳-愈合”试验对沥青愈合性能进行评价，并分析愈合时间和损伤度对自愈合能力的影响。对各组沥青进行接触角试验，基于表面自由能理论计算表面能相关参数，从热力学角度分析纳米材料对于沥青愈合性能的影响。结果表明：CaCO₃对于损伤度较低的沥青愈合性能有显著的增强作用，MMT在高损伤度且愈合时间长的条件下对愈合能力具有较好的促进作用，CNTs对于沥青愈合性能影响较小。3种纳米材料均可提高沥青的表面能以促进沥青裂缝的界面进行主动愈合。此外，CaCO₃对沥青黏聚功提升效果最好，且沥青与砂岩间具有较好的黏附性。     

沥青自愈合行为评价及影响因素分析

利用动态剪切流变仪(DSR)进行了改进的“疲劳愈合疲劳”加载试验，采用毛细流动扩散理论证明了评价方法适用性，表征了沥青自愈合行为。通过响应面法分析了愈合时间和损伤程度对沥青样品自愈合性能的影响规律。结果表明：改进的“疲劳愈合疲劳”加载试验可用于表征沥青愈合特性。沥青损伤程度越大，初期瞬时湿润愈合能力越差，而后期扩散愈合率越强。延长愈合时间，降低损伤程度，对沥青自愈合有积极作用。影响沥青自愈合性能因素强弱排序为：愈合时间>损伤程度>愈合时间与损伤程度的交互作用。     

沥青混合料疲劳性能的影响因素分析

研究荷载间歇时间，加载频率，试验温度，空隙率，沥青针久度，沥青用量6因素对沥青混合料疲劳性能的影响程度。首先，运用正交设计的方法将影响因素适当组合，在MTS810材料试验系统上进行不同条件下的应力控制的疲劳试验；然后，分析各影响因素对沥青混合料疲劳寿命的影响程度；最后，讨论各因素是如何影响沥青混合料的疲劳性能的。研究表明，各因素对沥青混合料疲劳性能影响程度大小顺序为：荷载间歇时间→试验温度→沥青品种→级配类型→沥青用量→加载频率。     

沥青自愈合性能在不同影响因素下的评价

在控制应力和控制应变两种加载模式下,利用动态剪切流变仪(DSR)对4种沥青材料进行疲劳-愈合-再疲劳试验。通过正交试验比较在不同愈合时间、不同愈合温度、不同愈合疲劳程度以及不同种类的条件下沥青材料在自愈合前后性能的变化,测定出复数剪切模量(|G*|)和相位角(δ)两个重要指标。对现有的几种沥青自愈合评价指标进行对比、分析和总结,针对其不足之处提出建立基于能量学基础上的评价指标——能量密度比作为新的沥青材料自愈合评价指标。通过各种不同的指标来评价沥青材料的自愈合特性的强弱,并加深了解沥青材料自愈合的机理和过程。对各不同评价指标得出的结果进行比较,得出能量密度比为最佳自愈合评价指标,并用疲劳试验验证其正确性。     

不同类型沥青胶浆自愈合行为方程

在设计耐久性路面时,自愈合技术在延长沥青路面使用寿命方面有着巨大优势。明晰沥青自愈合行为和定量评价沥青自愈合性能,是沥青自愈合技术应用的前提。基于扩散理论,将自愈合分为润湿愈合和扩散愈合两个过程,沥青的润湿愈合强度在裂缝开裂后的短时间内得以形成,进入间歇期后主要进行扩散愈合,且扩散愈合强度与愈合时间成线性关系,进而建立了考虑温度及愈合时间影响的沥青材料宏观自愈合行为方程,定量描述了沥青胶浆愈合强度随愈合时间变化的过程,对量化沥青材料的自愈合过程具有重要价值。然后,基于沥青的复数模量指标,提出以损伤恢复度作为宏观愈合能力评价指标。此外,在不同温度条件下对不同损伤度、填料类型、粉胶比、沥青类型的沥青胶浆进行疲劳自愈合试验,发现损伤恢复度与愈合时间具有较强的线性相关性,从而验证了提出的毛细扩散理论对沥青胶浆自愈合的适用性。最后,根据毛细扩散愈合机理和沥青组成成分特点,分析了不同沥青胶浆的自愈合行为的差异性。通过对不同沥青类型与温度条件下的胶浆愈合方程进行参数分析,发现可采用愈合方程曲线的截距和斜率分别表征沥青胶浆的润湿愈合强度与扩散愈合速率,进一步验证了理论方程的可靠性。     

SBS改性沥青混合料自愈合能力影响因素的优化

沥青这种有机胶凝材料,在一定的时间、温度条件下,其自身具有愈合能力,同理沥青混合料在一定的时间和温度条件下亦具有愈合特性,但其自愈合效果仅能在最佳环境条件下达到理想状态。为了研究沥青混合料的愈合影响因子,探索最佳愈合条件,提高路面养护过程中沥青混合料的自愈合能力,选取常用的沥青路面表面层SBS改性沥青混合料为研究对象,采用控制应变的小梁四点弯曲疲劳破坏-愈合-疲劳破坏试验,对沥青混合料破坏愈合前后的疲劳寿命进行了对比研究,同时采取了愈合后的疲劳寿命恢复百分率作为评价指标。采用多因素多水平正交试验,对不同愈合时间、愈合温度以及应变条件下沥青混合料的自愈合特性进行了系统研究。研究结果表明:对于SBS沥青混合料,愈合温度和愈合时间均与沥青混合料的疲劳寿命恢复率呈正相关,但愈合温度不能超过沥青胶结料的软化点,否则影响沥青混合料高温稳定性;而应变大小与疲劳寿命恢复率呈反比关系,随着应变的增大,沥青混合料的疲劳寿命恢复率减小;愈合温度对沥青混合料的自愈合效果影响最为显著,愈合时间影响次之,应变大小影响最小;对于SBS改性沥青混合料,其最佳愈合条件是温度60℃,愈合时间6 h,应变1 000με。因此,在路面养护过程中,较高温度和控制交通量及超荷载条件可有效提高沥青路面自愈合能力。     

基于CT和流动试验的沥青胶浆裂缝自愈性能研究

为了研究沥青胶浆裂缝自愈性能,通过小梁的三点弯曲试验、沥青毛细作用试验和CT扫描,并结合Arrhenius方程进行了相关性分析.结果表明:在粘弹性理想和适宜温度的条件下,如果间歇时间足够长,裂缝可以完全愈合;沥青胶浆裂缝的自愈性能的主要影响因素是温度和间歇时间,同时也受到沥青粘度和裂缝宽度的影响,据此提出了裂缝愈合率的评价指标.     

基于耗散能理论的沥青胶结料疲劳与自愈特性研究

采用动态剪切流变仪(DSR)对PG64-28与PG70-28两种沥青进行不同间歇时间下沥青疲劳与自愈试验,基于耗散能理论,选择耗散能(DE)和耗散能变化率(RDEC)描述基质沥青的损伤和愈合现象。结果表明,沥青的自愈有助于延长其疲劳寿命;建立的带有间歇加载程序的DSR试验与真实的交通荷载方式更相似;耗散能理论为评价胶结料愈合提供了更有效的方法和指标;平台值与间歇时间半对数曲线的斜率可表征沥青的愈合率,曲线斜率越高,自愈率越大,沥青的愈合能力越强;聚合物改性沥青具有比基质沥青更高的自愈率;随着初始应变的减小,愈合率逐步增加;应力标准与愈合影响没有明显的关联;胶结料在低温时愈合能力变差。     

损伤程度对沥青混合料损伤-愈合行为的影响研究

沥青混合料具有自愈合能力，而目前沥青混合料损伤愈合行为的作用机制仍不明确。因此，本文对多因素条件下的沥青混合料自愈合特性进行了研究，从而有助于确定有效的沥青路面养护策略。基于四点弯曲疲劳试验，对不同损伤程度的沥青混合料自愈合进程进行对比分析。结果表明：愈合时间和愈合温度对不同损伤程度的沥青混合料自愈合能力具有积极作用，而低温条件对沥青混合料的自愈合性能具有较大不利影响。给定足够的愈合时间及愈合温度，100%湿度条件对沥青混合料自愈合能力影响显著，将使沥青混合料自愈合效率降低至15%-45%左右。损伤程度的增大对沥青混合料自愈合能力的削弱作用显著。损伤程度过大时，部分微裂纹相互贯通扩展为宏观裂纹，超过裂纹自愈合的临界宽度，导致无法愈合。此时，需借助其他增强愈合性能的手段进行外界干预，从而提高沥青混合料的自愈合效率，进而一定程度恢复路面的服役性能。     

基于神经网络理论的沥青混合料疲劳性能的预测模型

荷载条件、环境条件以及沥青混合料本身性质都会影响沥青混合料的疲劳性能.而疲劳试验所得出的疲劳方程不能反映众多因素对沥青混合料疲劳性能的影响.文中将荷载间歇时间、加载频率、试验温度、沥青混合料空隙率、沥青软化点、沥青用量等6个影响因素适当组合,在MTS材料试验系统上进行了不同条件下的应力控制的疲劳试验;然后,运用遗传算法和神经网络理论来考虑各因素对沥青混合料疲劳性能的影响,得出一种较为完善的沥青混合料疲劳性能的预测模型.研究表明,这种方法是科学的和可行的,所得出的预测模型的精度较高.     

基于正交设计法的橡胶沥青性能试验研究

为提高橡胶沥青的性能,依托河北廊沧高速公路建设工程,针对当地气候特征及材料性状,借助正交试验优选橡胶沥青的9种正交组合,并研究了胶粉掺量、胶粉目数、沥青型号对橡胶沥青3大指标的规律性影响。此外,采用老化试验和布氏黏度试验,评价了拌和时间以及拌和温度对橡胶沥青老化前后性能的影响程度。研究结果表明:橡胶沥青正交试验各因素的显著性顺序为:胶粉掺量基质沥青型号胶粉目数;拌和时间和拌和温度对橡胶沥青老化性能影响显著,因此在制备橡胶沥青的过程中需合理控制时间和温度;选取90#、60目、胶粉含量为20%的橡胶沥青,在190℃的环境下拌和60 min,能使橡胶沥青达到最佳性能;建议橡胶沥青的性能评价指标以5℃延度和180℃黏度为主,针入度和软化点为辅。     

基于神经网络理论的沥青混合料疲劳性能的预测模型

荷载条件、环境条件以及沥青混合料本身性质都会影响沥青混合料的疲劳性能.而疲劳试验所得出的疲劳方程不能反映众多因素对沥青混合料疲劳性能的影响.文中将荷载间歇时间、加载频率、试验温度、沥青混合料空隙率、沥青软化点、沥青用量等6个影响因素适当组合,在MTS材料试验系统上进行了不同条件下的应力控制的疲劳试验;然后,运用遗传算法和神经网络理论来考虑各因素对沥青混合料疲劳性能的影响,得出一种较为完善的沥青混合料疲劳性能的预测模型.研究表明,这种方法是科学的和可行的,所得出的预测模型的精度较高.     

高黏改性剂与基质沥青配伍性研究

为了在有限样本条件下得到高黏改性剂优选基质沥青的控制指标,对境内外2种高黏改性剂与4种常用基质沥青进行配伍性试验,并以针入度、软化点、低温延度、60℃动力黏度及170℃布氏黏度为控制指标,从而得出配伍性最佳的基质沥青,然后分别对每种基质沥青进行针入度、软化点、延度等全套常规性能试验和不同老化程度的温度扫描、频率扫描等流变性能试验,运用灰色关联度分析方法定量给出基质沥青性能指标对高黏改性沥青控制指标的影响。试验结果表明,不同来源基质沥青的常规性能、流变性能及其与高黏改性剂的配伍性各不相同。G2和TPS高黏改性剂与壳牌(泰国)基质沥青的配伍性最好,并且G2高黏改性剂的适配性比TPS高黏改性剂好。不同来源的基质沥青常规性能和流变性能各不相同,其中部分性能指标存在较大差异。同时,高黏改性沥青控制指标与基质沥青的常规性能指标和流变性能指标之间存在较好的相关性,通过控制基质沥青的常规性能指标和流变性能指标,可以优选出与高黏改性剂适配的基质沥青。其中,高黏改性沥青控制指标与基质沥青的流变性能指标灰色关联程度更高。     

基于自愈合性能的沥青混合料设计因子研究

为了解决我国沥青混凝土道路养护中的路面开裂问题,为沥青路面建设与预防性养护提供数据支持,为区域养护政策与标准制定提供理论支撑,特针对当下公路沥青路面和城市道路沥青路面中普遍存在的开裂病害进行了自愈合性能影响因子研究。为了更好地模拟道路开裂和研究自愈合性能影响因素,从沥青混合料配合比设计着手,基于四点小梁弯曲疲劳试验,通过N_(fNM)方法中的评价方法,选取疲劳恢复率作为评价指标,采用单因素方法对沥青混合料的空隙率、沥青用量、沥青种类及级配等因子进行了系统研究,并选用灰关联分析研究各因子显著影响水平。结果表明:首先,沥青混合料的自愈合能力与其空隙率成反比关系,随空隙率的增大,其疲劳寿命恢复率减小;其次,沥青混合料的自愈合能力与沥青用量成正比关系,随沥青用量的增大,其疲劳寿命恢复率增大;再者,SBS改性沥青混合料的自愈合能力要比普通沥青混合料更好,且随改性沥青的基质沥青标号的增大而增大;最后,不同级配的沥青混合料,其疲劳恢复率也是不一样的,随着最大公称粒径的增大,其疲劳寿命恢复率减小。同时,灰关联分析结果显示,沥青种类对沥青混合料的自愈合能力的影响是最显著的,其次沥青混合料的空隙率和沥青含量对其自愈合能力的影响较显著,而级配类型对沥青混合料的自愈合能力影响则不显著。     

利用不可恢复蠕变柔量评价沥青自愈合性能

为找到能简便、准确评价沥青结合料自愈合能力的指标,采用特制试验环将70~#基质沥青制作出具有内部缺陷的双片组(3 mm+3 mm)和一次性制作的单片组(6 mm)试样,分别进行了不同试验温度、平行板间距、愈合时间和愈合温度条件下沥青样品的MSCR试验,并对比DSR温度扫描试验结果。研究发现,对于40℃保温2 min愈合的试样,在试验温度25℃、平行板间距5 mm时进行MSCR试验得到的不可恢复蠕变柔量之比(S_(Jnr))可作为沥青结合料自愈合性能的评价指标,为表征沥青结合料的自愈合性能,提供了一种新的试验方法和评价指标。     

生物油再生沥青自愈合机理分析（双语出版）

对再生沥青进行流变性能测试、微观结构表征、结构特性分析及宏观性能测试，研究生物油对老化沥青自愈合性能的影响，建立了再生沥青微观结构和宏观性能的构效关系。借助分子动力学软件及Wool-O'Connor自愈合模型计算得到最佳愈合温度时的最短愈合时间。研究结果表明：生物油再生沥青（BRA）的愈合行为包括黏性流动和弹性恢复，在高温（60℃和80℃）环境下，BRA的愈合行为取决于黏性流动，而在低温（20℃和40℃）环境下BRA的愈合行为取决于弹性恢复。在60℃的愈合试验温度、5%的疲劳应变条件下，BRA的最佳愈合时间为30 min，最短完全愈合时间为32 min；试验结果和模型计算结果相近，自愈合模型可较好地分析BRA的完全愈合时间。老化3年、5年、10年的BRA在其最佳愈合温度时的最短愈合时间分别为32，52，78 min，表明生物油可在一定程度上提高旧路面老化沥青的部分自愈合性能。