石墨烯微胶囊沥青双机制愈合机理研究

石墨烯微胶囊沥青是一种具有较强自愈能力的新型先进路面材料。为分析石墨烯微胶囊对沥青自愈性能的影响,采用试验与模拟相结合的手段对石墨烯微胶囊沥青的愈合机理进行了研究。首先,基于动态剪切流变仪测试了石墨烯微胶囊沥青的自愈性能;然后,借助红外光谱、荧光显微镜和分子动力学模拟分析了石墨烯微胶囊沥青的“自修复”愈合机理;最后,借助动态剪切流变仪对“自修复-热诱导”双机制下石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈机理进行了分析。研究结果表明：石墨烯微胶囊的加入能够显著提高沥青自愈性,掺量和间歇时间增加均能显著提升石墨烯微胶囊沥青的自愈合效果;“自修复-热诱导”双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性能明显强于“自修复”单机制作用。“自修复-热诱导”双机制愈合机理为：裂缝处石墨烯微胶囊破裂,再生剂流出填充裂缝并促进裂缝快速融合;同时,石墨烯微胶囊囊壁的石墨烯与碳纤维形成导电通路,在电流作用下产生热量,加快了沥青分子与修复剂分子的扩散速度,进一步促进了裂缝的愈合。     

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。     

渗透型再生剂对老化沥青性能的影响分析

以废机油作为基础油分、邻苯二甲酸二丁酯作为辅助成分制备配方比例不同的渗透型再生剂,根据再生沥青的针入度、软化点、老化沥青转移率及动态剪切流变试验结果分析渗透型再生剂对老化沥青性能的改善效果。结果表明,与普通再生剂相比,渗透型再生剂对老化沥青的改善效果更好,当废机油与邻苯二甲酸二丁酯的比例为7∶3时,再生沥青的性能基本恢复至基质沥青;渗透型再生剂能有效渗透进入旧集料表面包裹的老化沥青薄膜中改善老化沥青的性能。     

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。     

热再生施工中SBS改性沥青老化与再生效果评价

采用智能化监测设备获取就地热再生高温加热后的沥青路面温度分布,研究就地热再生施工过程中高温加热对SBS改性沥青的老化与再生效果的影响;采用常规试验和红外光谱分析,对比室内外再生效果的差异。结果表明：沥青经过长期自然老化后低温性能下降,黏性增强,再生剂加入可改善老化沥青的低温延展性能,红外光谱分析表明,再生剂加入有助于调整老化沥青的组分。就地热再生高温加热后沥青路面的表面温度可达230℃,原路面老化改性沥青经过加热机高温加热后发生二次老化,此外,现场再生沥青的性能并没有得到有效改善。综合室内外原路面老化沥青的再生效果,提出需根据原路面老化沥青的现场再生情况,为现场施工质量的保证留出一定的再生剂余量。     

钢桥面铺装高弹沥青抗紫外老化措施及性能研究

为降低强紫外线对高弹沥青的老化作用，延缓钢桥面铺装层路用性能的衰减速率，通过模拟紫外老化试验研究紫外老化对高弹沥青性能的影响，对比3种抗紫外老化剂改善高弹沥青性能的效果，优选出最佳的抗紫外老化剂以及最佳掺量，并评价该抗紫外老化剂对高弹沥青混合料路用性能的影响。结果表明：1)紫外老化降低了高弹沥青的针入度、延度值和软化点，但抗车辙因子略有增大；2) 3种抗紫外老化剂均能改善紫外老化对高弹沥青及其沥青混合料的不利影响，其中抗紫外老化剂UV-1改善效果最佳。建议采用抗紫外老化剂UV-1改性高弹沥青，它是延缓钢桥面铺装层紫外老化的有效措施，并能提高钢桥面铺装层的耐久性和服役寿命。     

沥青再生剂配制的试验研究

依据旧沥青老化及再生机理,研发了一种沥青再生剂。该再生剂以中黏度芳烃油为基质油,添加70#沥青和非胺类沥青抗剥落剂配制而成,采用正交试验方法进行了配方优化设计。通过再生沥青的针入度、软化点、延度及布氏黏度指标确定了再生剂的配方组分为:芳烃油∶70#沥青∶非胺类沥青抗剥落剂=15∶4∶1。再生沥青的性能试验结果表明:研发的再生剂对老化的70#沥青和SBS改性沥青均有良好的再生效果。     

生物油再生沥青自愈合机理分析

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。     

基于分子动力学的相变微胶囊与沥青相容性及增强机理研究

微胶囊法是相变材料（PCM）封装的一种重要手段，为了改善加入相变微胶囊后沥青路面的低温性能，采用分子动力学方法，对相变微胶囊的相变机制、与沥青共混后的相容性和抗拉强度等进行模拟分析。对沥青四组分（As，R，S，Ar）、三聚氰胺甲醛树脂（MF）、沥青四组分与MF共混体系、沥青四组分与石墨烯（CG）共混体系、MF与CG共混体系、沥青体系、沥青与MF共混体系、沥青与CG共混体系等17个分子体系分别进行了溶度参数和内聚能密度计算，分析了MF，CG与沥青四组分之间的相容性变化规律，评价了MF，CG对沥青四组分抗拉强度的影响。对以MF为壁材、正十四烷为芯材的3种不同微观结构PCM分子模型和以石墨烯复合三聚氰胺甲醛树脂（CGMF）为壁材、正十四烷为芯材的2种不同微观结构PCM分子模型进行了升温过程相变性能模拟研究，分析了壁材厚度、芯材体积大小对PCM相变性能的影响，并比较了不同种类壁材PCM的热效率。通过对CGMF为壁材的PCM降温过程的相变性能模拟研究，进一步分析了CG对PCM热效率的影响。研究结果表明：采用CGMF为壁材制备PCM，可以提升PCM的热效率，CGMFPCM2031的能量效率比MFPCM2026平均增加141.15%，在沥青体系中加入CGMF为壁材的PCM，可以提高沥青组分之间的相容性和抗拉强度，有利于增强沥青体系的低温抗裂性能。     

三种沥青抗剥落剂的性能对比研究

以消石灰、胺类抗剥落剂和非胺类抗剥落剂为研究对象,分别对掺加不同抗剥落剂的未老化和长期老化的沥青混合料进行了残留稳定度试验和冻融劈裂试验。研究结果表明：对于未老化的沥青混合料,消石灰的水稳定性最好,非胺类抗剥落剂次之,胺类抗剥落剂最差;对于长期老化的沥青混合料,消石灰石灰和非胺类抗剥落剂的效果相当,胺类抗剥落剂最差;比起胺类抗剥落剂,非胺类抗剥落剂的具有更优越的热稳定性和抗老化性能。     

三种沥青抗剥落剂的性能对比研究

以消石灰、胺类抗剥落剂和非胺类抗剥落剂为研究对象,分别对掺加不同抗剥落剂的未老化和长期老化的沥青混合料进行了残留稳定度试验和冻融劈裂试验.研究结果表明:对于未老化的沥青混合料,消石灰的水稳定性最好,非胺类抗剥落剂次之,胺类抗剥落剂最差;对于长期老化的沥青混合料,消石灰石灰和非胺类抗剥落剂的效果相当,胺类抗剥落剂最差;比起胺类抗剥落剂,非胺类抗剥落剂的具有更优越的热稳定性和抗老化性能.     

渗透性沥青再生剂及再生沥青性能研究

再生剂的渗透能力对废旧沥青混合料(RAP)表层老化沥青的再生程度至关重要。为了提高再生剂的渗透性能,改善老化沥青的再生效果。基于组分调节理论和相容性理论,确定了渗透性沥青再生剂的基本组分,通过设计正交试验分析了渗透性沥青再生剂的基本组分搭配比例和混合温度对老化沥青针入度值和延度的影响,检测了渗透性沥青再生剂的基本性能指标及再生沥青的耐久性,研究了再生剂在老化沥青中的扩散进程、再生沥青胶浆的高温稳定性及再生沥青的低温抗裂性。试验结果表明:渗透性沥青再生剂的基本性能、再生沥青的耐老化性能均能符合现有规范要求;渗透性沥青再生剂作用下的沥青25℃针入度差值更大,其渗透能力优于普通沥青再生剂;通过掺入渗透性沥青再生剂对老化沥青进行再生,制备得到的再生沥青的高温稳定性及低温抗裂性与基质沥青相当。     

临界老化时间及最佳再生剂用量的确定

对原样沥青进行不同时间的老化,测试其在不同老化时间性能指标的变化,利用残留针入度比、残留粘度比、残留延度比和软化点增量等老化指标来分析沥青的老化趋势,确定出了沥青的临界老化时间。同时,针对不同老化程度的沥青,添加不同剂量的再生剂,分析再生剂用量对沥青性能的影响,提出确定最佳再生剂用量的方法。     

自修复微胶囊在沥青混合料中的应用

为探讨含再生剂的微胶囊在沥青混合料中应用的可行性,该文对不同沥青种类、不同温度水平、不同老化程度、不同微胶囊掺量条件下的沥青结合料的延度恢复及模量恢复效果进行量化表征。然后结合光纤测裂缝技术,对比微胶囊在沥青混合料中的修复效果。为模拟自然环境及荷载作用下自修复微胶囊对混合料裂缝的修复作用,分别对不同加速加载次数、不同冻融作用次数、不同温差作用次数、不同紫外线照射时长下混合料的平均裂缝宽度进行测量。结果表明:微胶囊对沥青延度的恢复初期幅度较大,后期保持稳定;不同老化程度的沥青结合料,微胶囊对其修复效果有所差异;随着微胶囊掺量的增加,裂缝的愈合速率有所提高。而DSR试验结果与延度试验结果有较好的一致性。不同环境及荷载作用下微胶囊对沥青混合料的修复效果有所不同,微胶囊的掺加可以有效地对路面早期微小裂缝进行修复,从而防止微小裂纹迅速演化扩展。     

基于分子动力学的再生沥青自愈合能力研究

基于沥青的自愈合能力,通过分子动力学,模拟了原样沥青、老化沥青和再生沥青的自愈合过程,通过均方位移和扩散系数对3者自愈合能力进行了评价;然后通过径向分布函数,分析了3种沥青各个组分间的聚集状态。结果表明:再生剂可起到活化润滑作用,提高老化沥青的扩散速率,同时改变老化沥青各个组分的聚集状态,使其在一定程度上恢复至原样沥青水平。     

考虑自愈合补偿的多种沥青混合料疲劳性能比较

为给疲劳优先工况条件下的抗裂沥青混合料设计及改性剂选择提供参考,通过选定相同的沥青用量,采用小梁疲劳试验机研究了11种不同沥青混合料在考虑了自愈合补偿后的疲劳性能.采用50％初始劲度模量降低疲劳寿命Nf50评价基质沥青混合料疲劳性能,采用归一化劲度次数积疲劳寿命NfNM评价改性沥青混合料的疲劳性能.研究结果表明:当未考虑自愈合时,11种沥青混合料中SBS-AC13疲劳性能最好,当考虑自愈合后,仍是SBS-AC13疲劳性能最好;橡胶沥青混合料ARAC-13自愈合能力最好;疲劳自愈合能力与空隙率、级配都呈很好的相关性.     

不同类型高黏剂多孔沥青混合料路用性能对比

多孔沥青路面的大空隙特征使其承受更加严峻的老化作用,尤其对抗飞散和抗开裂性能的要求更加严格,所以采用两种类型高黏剂进行改性。其中一种在生产过程中掺加了偶联剂。为了对比两种类型高黏剂的效果,首先测试了多孔沥青混合料的常规路用性能。此外将新拌多孔沥青混合料置于烘箱中保温模拟运输过程中的短期老化现象,并基于飞散试验推荐了保温时间。最后对两种类型高黏剂的多孔沥青混合料经短期老化和长期老化后飞散损失和破坏应变进行了对比。试验结果表明:多孔沥青混合料的飞散损失随保温时间延长而不断增大,在保温5～6h后增幅明显变快,推荐180℃保温5h作为模拟运输过程中短期老化的试验条件;在高黏剂中掺加偶联剂,改善了多孔沥青混合料的各项路用性能指标,尤其是抗老化性能。     

沥青混合料抗剥落剂的优选研究

对掺加不同剂量消石灰、水泥、PA-1剥落剂的沥青混合料进行了残留稳定度试验和冻融劈裂试验,对掺加最优剂量的经长期老化的沥青混合料进行了水稳定性试验。结果表明:消石灰、水泥、PA-1均能提高沥青混合料的水稳定性,不同外加剂存在最佳剂量使得水稳定性达到最大值,消石灰、水泥的最佳剂量为1%、2%,抗剥落剂为0.3%;抗剥落剂的加入均提高了长期老化沥青混合料的水稳定性,消石灰的效果最佳,水泥的次之,化学类剥落剂的效果最差,推荐使用消石灰作为抗剥落剂以提高沥青路面的长期抗水损害性能。     

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%。     

植物油再生剂老化时间对再生沥青与集料黏附性的影响研究

废弃植物油再生沥青成本低、绿色环保、性能较好，具有广阔发展前景。为探究植物油再生剂最佳老化时间及对再生沥青与集料黏附性的影响，将大豆油分别老化2、4、6、8、10、12、14、16、18、20 h,制备了11种不同老化程度的植物油再生剂，对短期老化后的50号基质沥青进行再生，并进行了布洛克菲尔黏度、红外光谱、改进型的水煮法以及接触角测试等试验。结果表明：(1)随植物油再生剂老化时间增加，再生沥青黏度增加；(2)植物油老化后羰基、亚砜基含量增加使再生沥青亲水基团含量增加，疏水性降低；(3)沥青再生后，再生剂含有的轻质组分使沥青与集料黏附性增加，随再生剂老化时间增加，剥落面积百分率降低，抗水损害能力增加；(4)Z11再生沥青部分指标接近或超出基质沥青，再生效果最佳，再生剂最佳老化时间为20 h。