新型阻燃沥青的制备与性能研究

本文介绍了长大公路隧道路面材料的演变进程,针对其阻燃抑烟的新要求,利用AMP阻燃剂和普通SBS改性沥青制备了AMP阻燃沥青。综合不同AMP掺量的阻燃沥青常规技术性能指标和阻燃和抑烟性能,得出了AMP阻燃剂的最佳掺量为沥青用量的10％。表明AMP阻燃沥青具有良好的阻燃、抑烟作用。     

表面改性纳米阻燃沥青最佳掺量及其性能表征

为提高阻燃沥青的存储稳定性及降低其对性能的影响至最小化，选择纳米阻燃材料并对其进行表面处理制备了新型纳米阻燃沥青。通过沥青基本性能（针入度、软化点、延度）及沥青氧指数试验确定了阻燃沥青的最佳掺量7%；随后借用扫描电镜及热分析试验仪器对阻燃剂的阻燃机理及改性特征进行表征。电镜结果表明，对非表面改性阻燃材料与表面改性阻燃沥青的微观结构对比发现经过表面改性的阻燃剂具有更佳的分散特性。而基于SBS改性沥青及其阻燃沥青的热重分析可知，添加阻燃剂可提高SBS改性沥青的热稳定性，添加阻燃剂后的改性沥青成碳量增加，主要是因为阻燃剂有助于沥青燃烧过程中形成致密炭层，阻碍氧气输入及外界能量的进入，隔断气体挥发物的逸出，实现阻燃及抑烟的效果。     

阻燃环氧沥青混合料性能研究

为掌握阻燃环氧沥青混合料阻燃抑烟及路用性能。使用氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MH)及两者不同比例复配组合而成的阻燃剂分别制备不同类型阻燃环氧沥青混合料,然后采用锥形量热试验研究阻燃抑烟性能,并进行常规路用性能试验分析。结果表明:ATH和MH均能提高环氧沥青混合料的阻燃抑烟性能,且提高效果随两者掺量的增加而增强,但ATH阻燃效果优于MH,抑烟效果则劣于MH;ATH和MH复配时对环氧沥青混合料的阻燃抑烟效果表现为协同作用,且复配比例2∶1时效果最好;ATH/MH-2∶1、ATH和MH均能提高环氧沥青混合料的高温稳定性,且试验温度增加时3种阻燃剂对高温稳定性的提高作用更为有效;3种阻燃剂均会使环氧沥青混合料的低温抗裂性和水稳定性有一定程度降低。     

温拌阻燃橡胶复合改性沥青混合料性能及工程应用

为促进橡胶复合改性沥青在长大隧道等特殊场景的应用,制备温拌阻燃橡胶复合改性沥青。当温拌剂和阻燃剂在不同掺量下,通过氧指数和烟密度试验分析阻燃效果,通过黏度和压实特性分析温拌效果,研究温拌阻燃橡胶复合改性沥青混合料路用性能及工程应用效果。结果表明:在0%～6.5%范围内,增加阻燃剂掺量可增加橡胶复合改性沥青氧指数,减小烟密度,阻燃效果增强;在0%～3.5%范围内,增加温拌剂掺量可降低橡胶复合改性沥青黏度,减小空隙率,温拌效果增强;但温拌剂和阻燃剂有一定的相互抑制作用,掺量均不宜过高。当温拌剂掺量为3%、阻燃剂掺量为6%时,温拌阻燃橡胶复合改性沥青氧指数和烟密度满足规范要求,可降低施工温度约20℃,且温拌阻燃橡胶复合改性沥青及混合料性能较好,满足规范要求,工程应用效果良好。     

DBDPE-Sb2O3协同阻燃沥青的性能与机理

为分析DBDPE-Sb2O3协同阻燃沥青的性能及其阻燃机理,采用动态剪切流变仪试验、弯曲梁流变试验、限氧指数试验、锥型量热仪试验和热重-热差试验的方法,研究了DBDPE-Sb2O3阻燃剂对SBS改性沥青路用性能、阻燃性能与热稳定性的影响。结果表明:DBDPE-Sb2O3阻燃剂提高了SBS改性沥青的稠度和高温抗变形能力,降低了SBS改性沥青的塑性和低温抗开裂性能;DBDPE或Sb2O3单独使用对SBS改性沥青极限氧指数和最大烟密度延缓时间提高的不明显,但DBDPE-Sb2O3复配使用显著提高了SBS改性沥青的极限氧指数和最大烟密度延缓时间,显著降低了SBS改性沥青路面的热释放速率、总释放热量和总烟产量;沥青分解全过程,DBDPE与Sb2O3反应生成的高密度气态SbBr3隔离了燃烧区氧气,有效抑制了SBS改性沥青的热解与氧化;DBDPE-Sb2O3阻燃剂提高了SBS改性沥青的高温性能和阻燃抑烟性能,降低了SBS改性沥青的低温性能,其掺量为4%~8%时,可使SBS改性沥青具有较好的路用性能和阻燃抑烟性能;DBDPE与Sb2O3协同对SBS改性沥青起气相阻燃作用,复配使用显著提高了SBS改性沥青的阻燃性能,且对SBS改性沥青路面起到了良好的阻燃效果。     

复合阻燃剂对花岗岩沥青混合料路用性能的影响

探究阻燃剂种类、掺量对SBS改性沥青性能的影响,并着重研究自制复合阻燃剂对以花岗岩为集料的AC-13C和SMA-13沥青混合料路用性能的影响。试验结果表明：复合阻燃剂具有阻燃、抑烟的双重作用,掺量为10%时,阻燃沥青的氧指数达到25.8%,阻燃效果较为明显;复合阻燃剂可以小幅提高以花岗岩为集料的AC-13C和SMA-13的车辙动稳定度,但降低了它们的残留稳定度比和冻融劈裂强度比,其中冻融劈裂强度比分别降低到70.1%和70.7%,降幅分别达到17.1%和16.7%。在冻害严重、地下水位偏高的隧道地段不宜采用此两种以花岗岩为集料的阻燃沥青混合料。     

基于表面改性的温拌阻燃沥青的制备及性能研究

采用酞酸酯偶联剂对自制复合阻燃改性剂BPN进行表面改性,制备新型复合阻燃剂BPN-Ti,并通过测试不同用量下温拌阻燃沥青的氧指数、烟密度及低温延度,确定了BPN-Ti的合理用量;通过对比试验,研究了表面改性对温拌阻燃改性沥青的阻燃性、抑烟性、贮存稳定性及路用性能的影响。结果表明,BPN-Ti的合理掺量为沥青的6.0%,BPN-Ti的加入引起温拌阻燃沥青的低温延度和弹性回复下降的同时,也显著提升了温拌阻燃沥青的阻燃性、抑烟性和贮存稳定性;表面改性工艺对阻燃沥青的阻燃性、抑烟性及热稳定性并无实质作用,但可有效改善复合阻燃剂BPN与沥青之间的界面相容性,并由此显著改善了BPN-Ti的贮存稳定性、低温延度及其他路用性能。     

基于MH的阻燃改性沥青上面层(SMA-13)路用性能研究

为研究MH对SBS改性沥青的阻燃性能及SMA-13路用性能的影响,结合某高速公路隧道实体工程,采用室内极限氧指数试验、马歇尔试件燃烧试验、马歇尔试验、车辙试验、水稳定性试验,研究了单一MH阻燃剂对SBS改性沥青的燃烧性能及MH与膨胀型阻燃剂复配对SMA-13沥青混合料燃烧性能及路用性能的影响。试验结果表明:1) MH具有良好的抑烟效果和阻燃性能,当单一的MH掺量为沥青量的30%时,极限氧指数才达到23. 6%,表明单一的MH不宜作阻燃剂; 2) 30%的MH与10%的APP/MA/PER[20∶5∶1]复配作为阻燃剂,混合均匀后等量替代矿粉加入SMA-13改性沥青混合料中,与未添加的相比,空隙率、矿料间隙率、稳定度分别增大了4. 88%、0. 59%、10%,浸水后稳定度残留强度比和劈裂残留强度比分别减小了4. 51%和5. 17%,车辙动稳定度提高了7. 8%,表明30%的MH与10%的APP/MA/PER[20∶5∶1]复配作为阻燃剂,可提高改性沥青混合料的高温稳定性,具有一定的阻燃性能,同时也降低了水稳定性。结论是添加MH复合阻燃剂的SMA-13改性沥青混合料具有一定的阻燃性能,同时其路用性能均能满足公路相关设计及施工规范要求,可供类似工程参考。     

环保型阻燃沥青性能分析与评价

运用对比分析法评价了SBS改性沥青以及掺加3种阻燃剂后阻燃改性沥青及其混合料的性能。采用极限氧指数、烟密度、烟气毒性分级、闪点、燃点等5种试验评价了4种胶结料的阻燃性能;采用常规指标和PG分级试验评价了4种胶结料的路用性能;采用车辙、冻断、冻融劈裂残留强度比、四点弯曲梁疲劳等4种试验评价了4种改性沥青混合料的路用性能。试验结果证明:掺加LK阻燃剂的阻燃沥青ZR-A各方面性能更优,并得到实体工程的验证。     

温拌阻燃沥青与沥青混合料应用性能研究

为掌握温拌阻燃沥青混合料实际使用效果,首先使用极限氧指数和黏度等试验分析了温拌剂和阻燃剂对沥青温拌、阻燃及常规性能的影响;然后使用锥形量热仪等研究了温拌阻燃沥青混合料的阻燃及路用性能,并采用小型加速加载试验对温拌阻燃沥青路面结构的使用耐久性进行了验证。研究结果表明:Sasobit对SBS改性沥青有明显的温拌效果,FRMAX~(TM)有明显的阻燃效果,且两者互不影响;Sasobit能改善SBS改性沥青高温性能,降低其低温性能,FRMAX~(TM)对温拌沥青高温性能和低温性能都有不利影响,同时两者对存储稳定性无影响;FRMAX~(TM)能明显提升SBS改性沥青混合料的阻燃抑烟性能,Sasobit对阻燃沥青混合料阻燃性能不利,但能改善其抑烟性能;Sasobit和FRMAX~(TM)对SBS改性沥青混合料高温稳定性无影响,略微降低其低温抗裂性和水稳定性,抗疲劳性能明显降低;温拌阻燃沥青混合料路面结构有良好的抗车辙和抗滑耐久性。     

微胶囊沥青混合料的裂缝自愈与路用性能研究

微胶囊沥青混合料具有一定的裂缝自愈能力,可延长沥青路面使用寿命,其研究已逐步引起重视。采用高压渗水试验评价微胶囊沥青混合料的自愈性能,研究微胶囊掺量、混合料属性(公称最大粒径、空隙率、沥青种类和用量)与使用环境(温度、时间及水分)对自愈性能的影响规律,考察微胶囊掺量对混合料路用性能的影响。结果表明,沥青混合料自愈性能随微胶囊掺量的增加先提高后降低,最佳微胶囊掺量为6%;随着公称最大粒径与空隙率的增加,混合料自愈性能逐渐变差;基质沥青混合料的自愈性能优于改性沥青,且油石比越大自愈性能越好。在一定范围内温度越高、自愈性能越好,自愈性能随愈合时间的延长呈非线性增长,水分对沥青混合料自愈有着不利的影响。随着微胶囊的增加,混合料中的矿料摩阻力与矿料/沥青黏附性降低,导致沥青混合料的高温稳定性与水稳定性有所降低;掺入微胶囊后,沥青混合料的裂缝自愈能力得到增强,因此反映抗裂性能的低温弯曲破坏应变得到一定程度的改善。综合混合料自愈性能与路用性能随微胶囊掺量的变化规律,推荐微胶囊掺量为4%~6%。     

多孔隙聚氨酯碎石混合料强度及路用性能

为了给多孔隙聚氨酯碎石透水路面设计与施工提供参考,针对多孔隙聚氨酯碎石混合料(P P M)强度特性和路用性能开展试验研究。首先采用立方体无侧限抗压试验和矩形梁抗折试验对PPM的强度和模量进行了测试,研究成型方法、养护时间、胶水用量、碎石形状、孔隙率等因素对其强度的影响,通过全过程荷载-应力试验对 PPM 强度特性及破坏机理进行研究;然后针对PPM的抗变形性能、水稳定性能、抗滑性能、抗疲劳性能、抗腐蚀性能以及耐老化性能等路用性能展开试验。结果表明：胶水用量质量分数在4%~6%时,PPM抗压强度介于6~10 MPa,抗折强度介于4~6 MPa,胶水用量和碎石形状对PPM强度影响显著,成型方法和养护时间、温度对其最终强度几乎没有影响;PPM具有较好的抗变形能力、抗滑性能、抗疲劳性能、抗腐蚀性能及耐光热老化性能,但其水稳定性一般,5次冻融循环后抗压强度损失率约为15%。     

纤维增强沥青混凝土路用性能研究

沥青混凝土中掺加纤维能显著地提高沥青混凝土的路用性能,提高路面的抗水侵害能力,提高路面的高温稳定性以及减少路面的反射裂缝。试验讨论了聚酯纤维与聚丙烯腈纤维对沥青混合料的路用性能的影响。结果表明,掺加0.25%聚酯纤维及0.3%聚丙烯腈纤维,沥青混合料的稳定度提高约20%~30%,残留稳定度达到90%以上,动稳定度提高3倍左右。     

磷石膏改性二灰路面基层材料的性能研究

研究了在二灰中加入磷石膏后对二灰以及二灰稳定粒料的强度、强度发展、水稳性、抗冲刷性的影响,结果表明:磷石膏对二灰类路面基层材料有显著的改性作用,磷石膏改性二灰早期强度大幅度提高,后期强度发展稳定,水稳性特别是早期水稳性显著提高,改性后的二灰稳定基层的抗冲刷性介于二灰和水泥稳定基层之间,和二灰相比有大幅度提高,是一种性能良好的路面基层材料。     

压实黄土的路用性能试验研究

用常规压实方法制备不同压实功能下的土样,来研究压实黄土的工程性质。试验结果表明：压实黄土的压缩模量、粘聚力及内摩擦角随击实功的增大而增大;不同击实功下土样的强度随龄期基本呈增长趋势,但其增长幅度与试验过程中的压应力大小有关;同一龄期土样的粘聚力随击实功变化幅度较大,而内摩擦角随击实功变化幅度较小。     

南宁膨胀土作路堤填料的土性试验

围绕南宁膨胀土能否直接用作路堤填料问题,系统开展了该类膨胀土的各种土性和路用性能试验研究。通过详细整理测试数据、系统分析试验成果,全面对照膨胀土路堤物理处治技术中新的填料分类指标体系,从路基填料的强度、变形和施工可碾压性3个方面逐一展开分析论证。结果表明:除一处土样天然稠度不满足要求外,其余南宁膨胀土均可直接用来填筑外环公路的下路堤;所得结果为该段路基实施物理处治方案设计提供了理论依据和参数。     

碳纤维包裹下混凝土的动态力学性能研究

为研究在强动载冲击下、径向碳纤维布约束条件下的混凝土动态力学性能,采用SHPB(分离式霍普金森杆)技术对C40混凝土试件及碳纤维布包裹的C40混凝土试件进行累计冲击压缩试验,测试出试件在不同冲击加载条件下的平均应变率、破坏应力、破坏应变等。同时采用表面直透法对试件进行损伤检测,并用多次冲击有效试验来讨论累计损伤特性。通过对两者特性对比分析,得出混凝土在碳纤维包裹下延性和强度均得到提高,且延性增加的更为明显,同时得出D值与破坏形态的对应关系。对比素混凝土,证明碳纤维布能提高混凝土抗冲击能力。     

半柔性路面基层微观结构及其性能

介绍了半柔性路面基层及混合料的特性,采用扫描电镜观测水泥乳化沥青碎石混合料的微观结构特征,结果表明:水泥乳化沥青碎石混合料由沥青包裹的碎石粉、未水化水泥组成的粒状颗粒和纤维状水泥水化产物等构成,其路面基层混合料的力学性能满足规范要求。     

跨径对水泥混凝土桥面铺装力学性能影响的数值分析

水泥混凝土桥面铺装力学计算分析中,桥梁跨径对铺装层力学响应有重要影响。文章针对跨径长短对桥面铺装力学性能指标的影响展开研究,为桥面铺装力学计算中模型的简化提供理论依据。     

泥炭的微观结构及工程性质

从泥炭的微观结构分析入手,研究了泥炭的性质及特点,包括含水性质、强度性质、固结及次固结性质。通过对苏州泥炭、连云港淤泥、南通淤泥质土3种不同性质的软土进行固结试验,分析了泥炭地基与一般软土地基沉降速率的差别。提出了“次主沉降比”的概念和计算式,采用次主沉降比来确定次固结沉降与主固结沉降的比例。次固结系数与土的次主沉降比有一定关系,对于次主沉降比小于1的土,次固结系数变化很小,可以忽略不计;随着次主沉降比的增大,次固结系数的变化也增大。为了使沉降计算更可靠,建议泥炭地基的沉降计算采用平均次固结系数。