沥青老化行为及其机理研究

为了系统研究SK-90#基质沥青与SBS改性沥青老化前、后性能变化,选取原样沥青(SK-90#、SBS)及回收沥青(R-90#、R-SBS)作为研究对象,通过DSR、BBR试验比较两种沥青在不同状态下性能差异,并根据微观相态结构、四组分、红外光谱试验探究差异形成之因。试验结果表明:相比于原样沥青,回收沥青低温抗变形能力降低,而高温抗变形及抗疲劳能力均明显增强,且两种状态下SBS改性沥青的性能均更优,说明其具有更好的耐久性质; R-SBS零散的荧光现象表明SBS改性剂发生裂解变成了更小的颗粒,SBS改性剂的裂解增加了沥青的流动性和温度敏感性,使R-90#与R-SBS相位角δ的变化情况出现了较大差异;此外,四组分及红外光谱的试验结果表明沥青在老化过程中饱和分因高温而挥发,芳香分因老化向胶质转化,并最终因氧化作用转化为沥青质,其中很多短链碳氢化合物经加成、聚合生成了更多的长链化合物。     

水分-老化耦合作用对沥青性能的影响

为了研究水分-老化耦合作用下沥青胶结料各项性能的演化规律,利用自主研制的"水老化"耦合环境作用模拟装置对OGFC-13混合料进行了3个老化时长,5个接触水量,共15种水分-老化耦合环境作用的模拟.在此基础上,对回收沥青进行了FTIR、旋转黏度和表面张力测试,用以表征沥青的老化程度、力学性能以及黏附性发展规律;采用函数拟合、方差分析等方法,定量分析了水分、老化单独作用及其交互作用对回收沥青各项性能的影响.研究结果表明:水分-老化耦合作用对沥青性能的影响会随着老化时长和接触水量的变化而变化,水分-老化耦合作用下,老化时长是沥青羰基指数变化的决定性因素,沥青的黏度变化及表面张力变化主要受接触水量大小的影响.     

SBS改性沥青老化特性及模拟老化试验方法研究

为了给SBS改性沥青老化性能评价提供试验依据,指导再生沥青路面工程实践,采取薄膜烘箱(TFOT)在163℃高温下,对SBS改性沥青进行不同时间的高温加热模拟老化,对不同老化程度的SBS改性沥青进行研究,试验研究其常规性能指标和高温动态剪切流变性能指标随模拟老化时间的变化规律,并回归拟合这些指标与模拟老化时间的关系,通过复核性试验对比分析模拟老化沥青与现场回收旧沥青的性能指标。结果表明,随着老化时间的延长,SBS改性沥青的针入度下降,延度减小,粘度增大,抗车辙因子显著增大,沥青流动性能降低,高温性能增强。而由于老化中SBS改性剂的降解作用,沥青的软化点变化规律性不强。除了软化点之外,其它指标与老化时间具有良好的相关性,由此确定基于TFOT的模拟老化试验方法。通过模拟老化沥青与现场回收旧沥青的性能指标的对比,验证了模拟老化试验方法的合理性。     

基于微观角度的沥青老化过程流变性能研究

为探究沥青老化对沥青流变性能的影响,通过室内模拟试验对沥青进行老化,利用动态剪切流变(DSR)试验对老化前后沥青的流变性能变化进行分析,借助傅里叶红外光谱仪(FTIR)与原子力显微镜(AFM)分别观测沥青原样与老化后沥青内部特征官能团和微观形貌的变化规律,从沥青内部微观角度分析老化作用对流变性能的影响。试验结果表明:老化后沥青的相位角减小,复数模量和车辙因子增大,内部生成了一系列含氧特征官能团,如羧基、亚砜基、醛基等,微观形貌中的"蜂"形结构数量增多,面积增大;老化过程中沥青流变性能与内部化学组成、微观形貌结构变化密切相关,沥青的内部化学组分与微观形貌结构的变化对沥青流变性能变化起决定性作用。     

废机油残留物再生沥青物理流变性能与组分分析

针对废机油残留物(REOB)无法有效回收利用带来的环境污染与资源浪费的难题,基于相似相容理论与组分调和理论,研究对比室内模拟老化沥青在3种REOB(分别定义为REOB-1,REOB-2和REOB-3)及不同掺量下的物理流变性能,确定出REOB作为沥青再生剂的最佳类型及掺量,并结合性能与组分分析揭示了REOB对老化沥青的再生机理。研究结果表明:REOB-3在7%掺量下对老化沥青的综合再生效果最好,且此时的高温抗车辙性能比原样沥青好,但低温柔韧性及抗裂性还有待改善;添加REOB主要是通过降低老化沥青中沥青质含量及增加胶质含量来实现再生作用。研究成果对废机油再生沥青的应用及改进具有一定的参考价值。     

沥青路面旧沥青老化特性及其再生技术研究

选取使用年限为5 a和10 a的沥青路面局部破损严重段落,回收铣刨料旧沥青并分析其老化特性;研究旧沥青再生机理,选择合适再生剂;进行室内老化沥青模拟试验,制备与回收旧沥青性能接近的老化沥青并进行再生研究,确定再生剂的合理掺量。研究结果表明,回收旧沥青出现严重老化,25℃针入度和15℃延度大幅度降低,软化点升高,且均不能满足规范要求;选用室内经过60 h和96 h 190℃高温老化的70#基质沥青分别代表5 a使用年限和10 a使用年限的老化沥青进行试验,再生剂掺量确定为3.5%左右和5.5%左右,再生沥青性能可以满足路用要求。     

沥青回收方法对沥青老化影响程度的对比试验分析

将原样沥青经过不同程度的老化,三氯乙烯进行溶解,然后采用阿布森法和旋转蒸发器两种沥青回收方法进行沥青的回收,为分析两种沥青回收方法在回收过程中对沥青老化的影响程度,对原样沥青、阿布森法回收的沥青以及旋转蒸发器法回收的沥青进行针入度、软化点、延度、粘度、动态剪切模量、相位角、低温弯曲蠕变劲度模量等性能指标的检测,通过试验分析可以得出,阿布森法和旋转蒸发器法在沥青的回收过程中都会使沥青产生一定程度的老化,但是老化程度都相对较低,在两种回收方法的比较中,阿布森法对沥青老化的影响要比旋转蒸发器法小,但是回收的试验过程要比旋转蒸发器法复杂,所以对两种回收方法的选择要结合具体实际情况恰当选取。     

高寒地区沥青抗紫外线老化性能研究

对基质沥青、SBS改性沥青、SBR改性沥青和橡胶沥青进行了室内热老化和紫外线老化后的性能试验,试验模拟了几种沥青在高寒地区受热老化和紫外线老化后的性能变化情况。试验结果表明:在几种试验对象中,橡胶沥青具有较好的耐热老化和紫外线老化的能力,可以适应高寒地区恶劣的环境。     

模拟自然老化条件的沥青老化机理红外光谱分析

为了研究沥青在自然环境下的老化反应,研发了环境温度箱,模拟了光、热、氧及水共同作用对沥青的老化,运用了红外光谱分析法研究了基质沥青、SBS 改性沥青及 PPA 改性沥青在不同老化时间后的分子结构组分变化,并利用羰基指数对沥青的老化程度评价。研究结果发现与基质沥青相比,丁二烯-苯乙烯共聚物 SBS 改性沥青和多聚磷酸 PPA改性沥青具有较高的抗老化分解。     

基于固相萃取法结合顶空GC-MS技术的沥青老化机理研究

沥青老化是影响沥青路面使用寿命的重要因素之一，探究沥青的老化机理对于老化沥青再生和沥青材料的循环利用至关重要。当前中国对于沥青老化机理的研究主要集中于化学组分变迁和物理性能变化的阐述方面，对于老化沥青化学成分变化的研究较少。开发了一种沥青四组分分离方法-固相萃取法，其中软沥青和沥青质的分离借助了超声、高速离心和氮吹浓缩的方法，软沥青中的三组分分离则使用商品化的固相萃取柱进行分离，利用不同极性的溶剂对饱和分、芳香分和胶质进行依次洗脱分离，分离后的组分溶液经浓缩干燥后进行含量变化分析。组分含量分析结果表明，老化沥青的饱和分和芳香分含量减少而胶质和沥青质含量升高。为证明该方法的可行性，将其与传统四组分分离方法进行比较，发现该方法可以将有毒溶剂的使用量减少1个数量级，方法重现性好，且非常适合用作质谱等分析技术中沥青样本的前处理方法。在建立了固相萃取方法后，将其与顶空气相色谱质谱联用(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS)技术结合，对固相萃取法分离得到的饱和分和芳香分中挥发性化合物进行了定性分析。结果表明：沥青老化前后饱和分中化合物类型变化并不明显，而芳香分中化合物类型变化较为显著，通过谱图比对共发现了14种差异化合物，其中萘、甲基萘、苯酚和甲基苯等化合物在老化沥青中未检测到，而含有羧基的化合物在老化沥青中明显增多。最后，借助红外色谱对质谱分析方法得到的试验结果进行了辅助验证，发现红外光谱得到的官能团总量变化结果与顶空气相色谱质谱得到的分析结果相一致。     

基于室内试验分析的彩色沥青混合料路用性能探讨

为了研究颜料对彩色沥青混合料高温和水损害性能的影响,以及评价彩色沥青胶结料的技术特征.选择残留马歇尔稳定度评价颜料对沥青混合料的影响,并对老化后彩色沥青四组分变化情况进行研究,最后结合实体工程应用情况对彩色沥青混合料进行应用评价,试验结果表明:颜料对混合料高温稳定性无明显影响,而颜料的选择应进行水稳定性试验,老化试验四组分分析结果,老化时间越长,饱和组分、芳香组分和胶质组份含量衰减越大,而沥青质含量随时间延长而逐渐增加.且温度越高,含量越低。研究成果对彩色沥青再生混合料的应用有一定的参考作用。     

沥青再生扩散模型及再生效果评价方法分析和改进

扩散程度是反映老化沥青再生进程的重要指标,而扩散模型可以更加直观地对回收沥青路面材料(RAP)再生进行描述。对比分析现有用于描述沥青扩散的模型、扩散理论、扩散效果评价手段及再生剂再生效果,总结不同模型、理论、试验条件间的差异,认为应进一步寻找一种更接近实际状态的RAP老化沥青膜,并加强评价方法的可行性研究。提出可通过模拟再生RAP老化沥青膜的试验方法,运用核磁共振(HNMR)与红外(IR)相结合的手段,观察再生进程并用沥青胶体结构的电导率方法对再生效果进行表征。     

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。     

RAP料的老化性能与再生技术

考虑到路面沥青在自然条件下同时承受着荷载压力老化、紫外线光老化和温度热老化,在《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中沥青的单因素老化试验方法的基础上,提出了沥青综合模拟老化试验。室内综合模拟老化后的沥青针入度、延度降低,软化点增加。其次,介绍了RAP料的回收方法、级配设计和再生剂功能,最后研究了四种不同的RAP料再生技术的差异。     

基于红外光谱的沥青老化时程预测

为了准确全面分析沥青材料不同老化状态,探寻最佳的定量分析方法,实现沥青老化时程的快速、无损、实时判别。该文首先选取泰普克70~#和金陵70~#两种基质沥青以及两种不同基质沥青的SBS(I-D)改性沥青,通过旋转薄膜烘箱(RTFOT)方法来模拟不同老化时程沥青;再采用傅里叶变换红外光谱仪的衰减全反射附件采集红外光谱图,对比分析不同老化时程沥青的红外光谱的变化;最后利用主成分分析法,对定量分析数据进行降维处理,建立沥青老化时程预测模型并验证。结果表明:基质沥青和改性沥青最大的区别是改性沥青谱图在699 cm^-1和966 cm^-1处附近多了两个明显特征吸收峰,可据此进行基质沥青和改性沥青的判别;4种沥青的羰基(1 700 cm^-1)和亚砜基(1 030 cm^-1)均随老化时间延长而增大,二者可以表征沥青的老化;以吸收峰两侧最低点的切线为基线计算峰面积,650~1 400 cm^-1范围指纹区域作为参考基准,是所选沥青的最佳定量分析方法;基质沥青和改性沥青的综合指标F值分别与老化时间呈线性关系,预测精度高,可实现基质、改性沥青的老化时程预测。     

一种新的沥青回收方法探讨

沥青回收方法在很大程度上决定了旧料沥青的性能,甚至进一步影响沥青再生。该文在分析传统沥青回收方法不足的基础上,提出了尝试用溴丙烷取代三氯乙烯作为溶剂的方法。试验结果表明:该方法有利于减轻回收过程中沥青的老化,从而使试验结果更为准确。另外,该方法还可用于测定沥青含量。     

现象时间控制法回收沥青空白试验研究

针对目前旋转蒸发器法大都采用时间控制的问题,对低温蒸馏时间、真空度、高温蒸馏时间等回收参数进行了研究,在此基础上,提出采用现象时间控制法,并对不同来源、不同老化程度沥青进行了试验验证。结果表明,回收参数对回收沥青指标影响显著,软化点变化幅度最小,但采用时间控制法时,不易判断三氯乙烯蒸馏结束时间点;采用现象时间控制法时,仅需变化CO_2时间来判断三氯乙烯蒸馏结束时间点,且适用不同来源、不同老化程度沥青的回收。     

聚合物改性沥青再生结合料微观分析

聚合物改性沥青混合料的回收再利用,对节约能源和保护环境具有重要意义。通过高压搅拌法从废旧混合料中提取沥青结合料,对比再生改性沥青(RPMAC)与室内老化改性沥青特性之间的差异,分别将现场与室内两种老化结合料按不同比例加入新制改性沥青(PMAC)中,通过傅立叶光谱试验(Fourier Transform Infrared,FTIR)分析聚合物改性对沥青氧化老化的影响;用凝胶渗透色谱试验(Gel Permeation Chromatograph,GPC)分析长期老化过程中沥青组分分子量的变化情况;用差示扫描量热试验(Differential Scanning Calorimet-ric,DSC)分析不同沥青蜡含量的差异。试验结果表明:加入再生改性沥青会增加沥青结合料的粘度,提高混合料的抗车辙性能,同时也会降低混合料的疲劳耐久性。     

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。     

高速公路沥青路面各层老化性能及影响因素分析

选择70#基质沥青及成型马歇尔试件后的回收沥青,研究回收工艺对沥青性能的影响,同时采用针入度、软化点和延度分析旧沥青路面各层位沥青的老化状况,分析交通量、空隙率和路龄对各层位沥青老化性能的影响。结果表明,沥青各项常规指标在回收试验完成后基本不产生变化,回收工艺对沥青性能影响有限;路面下面层的老化性能受通车年限影响不大;空隙率与高速公路各层位沥青老化性能关系密切。