沥青与沥青组分的差示扫描量热研究

采用沥青组分分析法和差示扫描量热仪(DSC)从微观上分析沥青的性质。试验选取ESSO 90#基质沥青及RTFO(旋转薄膜烘箱)/PAV(压力老化)基质沥青,研究了沥青的沥青质、饱和分、芳香分和胶质四组分。结果表明:DSC能较好的描述沥青内部相态随温度的变化,并与沥青宏观上的三大指标保持一致;沥青质、胶质对沥青的高温性能有影响,饱和分、芳香分对沥青的低温性能有影响;饱和分对沥青性质的影响很大。     

沥青四组分和沥青的热失重分析

采用热失重分析仪(TGA)对沥青四组分及几种基质沥青进行非等温热失重分析,研究表明,饱和分、芳香分、胶质、沥青质开始迅速分解时的温度分别为300℃,412℃,438℃,472℃;含饱和分较多的沥青分解温度较低。在沥青进行改性及储存的施工温度为160℃~180℃时对饱和分及芳香分进行等温热失重分析,研究表明,在160℃~180℃饱和分和芳香分会产生较大的损耗,饱和分和芳香分在180℃恒温3 h的质量损失为160℃的3倍左右;不同产地的沥青由于饱和分和芳香分含量的差异其损耗程度不相同;热储存中,饱和分含量低的沥青在较短时间内质量损失趋于稳定,饱和分含量高的沥青随着储存时间延长质量损失仍较严重。     

沥青组分对沥青抗老化性能影响研究

为掌握沥青组分对沥青抗老化性能的影响,选取5种沥青对其组分进行分析,并通过针入度、软化点及DSR等试验研究沥青老化前后性能变化规律,进而采用灰色关联分析法研究沥青组分对其抗老化性能影响主次,确定主要影响因素后以回归分析方法研究各因素对沥青抗老化性能影响趋势。结果表明:建议采用老化沥青残留物软化点增值、相位角比和复数模量比从不同角度反映沥青抗老化性能;饱和分+芳香分、芳香分和饱和分含量是影响老化沥青残留物软化点增值及复数模量比的主要因素,且三者影响程度依次降低,而沥青质是影响老化沥青残留物相位角比的主要因素;可按饱和分+芳香分、芳香分和饱和分顺序依次选择三者含量低或选择沥青质含量高的沥青提高其抗老化性能。     

再生剂成分对旧沥青再生效果研究分析

为研究再生剂中饱和分、芳香分、胶质、沥青质的成分变化对旧沥青的再生效果的影响,选用3种成分不同的再生剂与旧沥青进行沥青再生试验,对再生沥青的针入度、软化点、延度、布氏粘度进行试验,并对再生混合料进行车辙、低温弯曲试验。研究结果表明:随着再生剂的掺量增加,再生沥青的针入度和延度增加,软化点、粘度降低;且再生剂中饱和分、芳香分含量较多,胶质、沥青质含量低的再生剂具有较好的再生效果;随着再生剂的掺量增加,再生沥青混合料的动稳定度逐渐降低,低温弯曲试验破坏应变逐渐增加,且掺饱和分、芳香分含量较多的再生剂,再生混合料的动稳定度降低趋势明显,低温弯曲试验破坏应变增加趋势明显。     

天然岩沥青改性沥青性能及改性机理研究

以埃索AH-70#沥青作为基质沥青,通过不同掺量的岩沥青改性沥青性能试验,研究了岩沥青掺量对改性沥青使用性能的影响;通过沥青4组分试验和红外光谱、荧光显微和DSC差热分析,从微观角度探讨分析了岩沥青的改性机理和改性行为.结果表明:加入岩沥青后沥青胶结料的软化点升高,针入度和150℃延度降低,沥青的高温稳定性和温度敏感性得到提高,且随着掺量的增加变化幅度增大;RTFOT和PAV老化后,改性沥青软化点和针入度比增加,抗老化性能得到改善;岩沥青改性后沥青的饱和分、芳香分含量降低,胶质、沥青质含量增多,大幅提高了沥青黏附性;岩沥青粉在与沥青充分混合状态下吸收沥青轻质组分而熔胀,岩沥青的掺入改变了自由沥青的胶体体系的平衡状态,而新的平衡体系的建立对改性沥青的温度稳定性和感温性产生了重大影响.     

基于分子动力学的相变沥青物理力学性能研究

相变材料可以显著提升沥青的调温能力,减少路面温度病害.为从分子层面研究相变材料对沥青力学性能及调温能力的影响,通过分子动力学模拟技术对沥青四组分(饱和分、芳香分、胶质、沥青质)建模,使用四组分平均分子结构模型构建了沥青分子结构模型并验证了其可靠性;进一步构建了沥青与相变材料共混体系模型,并对共混体系与沥青体系的力学性能...     

生物质油再生沥青的自愈合性能研究

为提高沥青的自愈合性能,改善沥青在自愈合过程中的反应能垒,利用从废旧木材中提取出来的生物质油再生沥青,借助动态剪切流变仪(DSR)及分子模拟技术从能量角度及化学结构方面评价了生物质油再生沥青的自愈合性能。当生物质油的添加量为8.0wt%时,改性沥青自愈合过程中的反应能垒为32.52 k J/mol;愈合指数为0.596。结果表明:生物质油可降低沥青的反应能垒,提高沥青的疲劳寿命、愈合指数及自愈合性能。生物质油再生沥青的自愈合过程中,沥青质和胶质分子的空间构型变化不大,饱和分和芳香分分子空间构型变化较大,相互之间呈团聚之态,生物质油对沥青分子的空间构型的影响显著。     

沥青微观结构组成研究进展

为了进一步促进沥青微观组成结构的发展, 综述了国内外沥青化学组成、微观结构理论、数值模拟与试验研究方法; 介绍了沥青四组分物理化学性能, 蜡与杂原子对沥青微观结构的影响; 综合沥青胶体理论与改进的Yen模型对沥青微观结构进行了研究; 分析了沥青微观组成结构研究中常用的分子动力学与相场法; 总结了凝胶渗透色谱、红外光谱、小角散射技术、显微技术等方法在沥青微观结构的研究进展。研究结果表明: 沥青应被视为一个化学连续体, 沥青中各类分子的摩尔质量、氢碳比、极性等, 按饱和分、芳香分、胶质、沥青质的顺序递变, 主碳链大于C40的蜡可以视为沥青质组分, 沥青中的氧、氮、硫杂原子以特征官能团的形式存在于沥青质、胶质、芳香分等极性较强的组分中, 是沥青分子结构组成的关键参数之一, 也与沥青-集料的黏附性能密切相关; 沥青的胶体状态是沥青黏弹行为的微观结构基础, 改进的Yen模型可以对沥青胶体理论进一步解释, 即沥青质浓度低于纳米聚集体的临界浓度时, 沥青表现为溶胶结构, 当沥青质浓度逐渐高于纳米聚集体的临界浓度时, 沥青中出现团簇与絮凝, 沥青微观结构由溶胶结构向凝胶结构转变; 沥青微观结构中广泛采用的模拟方法包含分子动力学与相场法, 但2个模拟方法均对沥青的微观结构进行了一定程度简化, 以微观结构模拟为基础的沥青多尺度仿真方法仍面临着巨大的挑战; 结合沥青化学成分、沥青胶体理论与流变特征建立完整的力学本构关系将是沥青材料科学的重要发展方向之一。      

多因素作用下橡胶沥青老化特性研究

基于兰州市太阳辐射强度,确定了室外紫外线辐射时间与室内紫外箱加速老化试验时间的对应关系,试验过程中考虑了紫外光、氧、水、热等因素对橡胶沥青老化特性的影响.通过红外光谱、沥青四组分试验和GPC试验探究了橡胶老化过程中沥青组分含量以及分子结构变化.研究结果表明:经红外光谱分析,橡胶沥青在老化过程中羰基和亚砜基含量增多,丁二烯含量减少;组分试验表明随着老化时间的延长,沥青中的饱和分含量、芳香分、胶质逐渐减少,沥青质含量增加;橡胶沥青老化凝胶渗透色谱(GPC)分析显示,老化后橡胶沥青的数均分子量、重均分子量以及分散度都发生变化,随着老化程度的深入,沥青中的大分子量逐渐增大.     

沥青自愈合阶段组分扩散的分子动力学研究

为了研究沥青在自愈合时各组分的扩散行为,采用分子模拟的方法,利用沥青四组分分析法建立沥青分子模型,并用沥青分子建立裂缝模型。模拟了不同温度、压强和老化条件下沥青四组分在愈合时的扩散过程,得到愈合模型的密度和均方位移曲线,并模拟计算了各组分的扩散系数。结果表明:沥青裂缝模型愈合分为3个过程,分别是密度恢复阶段、结构恢复阶段和愈合后分子自扩散阶段;沥青在愈合过程中的扩散系数从大到小排列分别为:饱和分、芳香分、沥青质、胶质;在沥青愈合时,升温升压能够促进沥青分子运动;相同条件下,老化沥青愈合时的扩散系数明显小于未老化沥青的扩散系数;在沥青四组分当中,胶质在愈合时的扩散系数受环境变化影响最小。     

REOB改性乳化沥青冷再生混合料压实特性

制备废弃机油残留物(recycled engine oil bottom,REOB)质量分数不同的乳化沥青,并分别与回收沥青路面(reclaimed asphalt pavement,RAP)料拌制冷再生混合料,采用马歇尔击实方法成型试件,通过测定试件的宏观空隙率,并采用棒状色谱分析仪检测混合料表面沥青4组分的质量分数的变化,进而分析不同REOB的质量分数对REOB改性乳化沥青冷再生混合料压实特性的影响规律。结果表明,REOB质量分数为6%的混合料表面沥青4组分中芳香分和饱和分的总质量分数明显增加,胶质和沥青质的总质量分数明显减少,对RAP料中的旧沥青具有明显的软化作用,混合料表面的沥青黏结性能提高,混合料压实效果得到明显改善,试件空隙率明显减小。     

多聚磷酸改性沥青流变性能

为研究多聚磷酸(PPA)对沥青性能的影响规律与作用机理, 采用四组分分析试验和沥青三大指标试验研究了PPA对不同基质沥青化学组分的影响, 基于动态剪切流变仪(DSR)开展了沥青温度扫描试验与频率扫描试验, 分析了不同配比的PPA改性沥青、PPA/SBS改性沥青与PPA/橡胶粉改性沥青在不同温度、不同动态频率加载条件下的流变性能变化趋势。分析结果表明: 随着PPA含量(质量分数, 后同)的增加, 沥青质含量逐渐提高, 油分(饱和分与芳香分)含量减小, 沥青逐渐由溶胶结构转变成溶-凝胶结构, 沥青高温性能逐渐增强; PPA改性沥青的高温性能与基质沥青的沥青质含量相关, 沥青质含量大的基质沥青经PPA改性后其沥青质含量提升最大, 针入度降低最多, 具备更好的高温性能; 基质沥青、SBS改性沥青与橡胶粉改性沥青掺入PPA后, 其抗车辙因子分别提高了1.0~8.2、0.8~13.9与2.9~19.7 kPa, 表明PPA可有效改善基质沥青、SBS改性沥青和橡胶粉改性沥青的高温、感温及流变性能, 增强沥青的弹性特征, 提高其抵抗剪切变形能力; 与单一改性沥青相比, PPA复合改性沥青的流变性能改善效果更为明显, PPA与聚合物改性沥青之间存在良好的相容性; 随着PPA含量的增加, 沥青10℃延度逐渐降低, 当PPA含量为1.5%时, 基质沥青、SBS改性沥青与橡胶粉改性沥青10℃延度分别下降77%、64%与39%, 表明PPA对沥青的低温性能存在一定负面作用, 建议PPA含量不宜超过1.0%;PPA/SBS改性沥青最佳复配比为1.0%PPA复配3%SBS, PPA/橡胶粉改性沥青最佳复配比为0.75%PPA复配15%橡胶粉。      

天然沥青改性沥青的表面自由能分析

为了准确评价天然沥青改性沥青与集料的粘附性能,采用座滴法测定了3种液体在天然沥青改性沥青试样表面的接触角,基于表面物理化学理论,确定了室温条件下沥青表面自由能极性分量和色散分量的测定方法,计算了基质沥青和不同掺量天然沥青改性沥青的表面自由能。结合水煮法试验结果,分析了沥青结合料表面自由能与沥青-集料粘附性等级的关系。试验结果表明:70#A级基质沥青的表面自由能为10.60mJ·m-2,而8%掺量天然沥青改性沥青表面自由能增加到18.60mJ·m-2,天然沥青的掺加明显提高了天然沥青改性沥青的表面自由能;采用接触角方法得到的沥青结合料表面自由能和沥青-集料的粘附性能具有较好的相关性;天然沥青含有氧、硫、氮等多种极性较强的官能团,较高的沥青质含量及网状结构能够吸附基质沥青中的饱和分和芳香分等轻质成分,两方面的共同作用提高了天然沥青改性沥青的表面自由能。     

紫外光老化条件下密级配沥青混合料合理粉胶比分析

为了研究紫外光老化条件下密级配沥青混合料合理粉胶比,测试了不同粉胶比下的基质沥 青与SBS改性沥青胶浆紫外光老化前后的物理性能和化学组分。通过分析试验结果,可以得出：适量矿粉的掺入可以提高沥青的抗紫外光老化能力,其中基质沥青胶浆在粉胶比为1.0~1.2 时,软化点最小增量为1.6℃,针入度最大变化率为55.00%,延度最大变化率为56.19%;改性沥青胶浆在粉胶比为0.8~1.0时,软化点最小增量为1.2℃,针入度最大变化率为69.62%,延度最大变化率为59.00%,改性沥青胶浆抗紫外光老化能力优于基质沥青胶浆;在两种沥青胶浆的化学组分中,沥青质和胶浆含量均呈先减少后增大的趋势,而改性沥青胶浆中的饱和分和芳香分含量明显高于基质沥青胶浆,其中饱和分含量最大增幅为7.53%,可以根据饱和分含量的变化评价改性沥 青胶浆中SBS改性剂的裂解程度。最后,结合物理性能和四组分分离试验结果得出,在强紫外光 地区,基质沥青胶浆的合理粉胶比为1.0~1.2,改性沥青胶浆的合理粉胶比为0.8~1.0,可为强紫 外光地区沥青混合料的设计提供参考。     

SBS改性沥青的改善机理及相容稳定性

SBS改性沥青与普通沥青相比,其路用性能得到大幅度的提高。就SBS改性沥青的改善机理进行了试验研究,通过对沥青组分分析发现,随着改性剂剂量的不同,由于高聚物的吸胀作用,沥青中的饱和分的减少量呈抛物线的变化趋势,而沥青质和胶质的增加量可以近似地拟合为多项式;SBS改性沥青的相容稳定性不仅与SBS的结构有关,还与改性剂的剂量和沥青种类有关。研究结果表明,L-SBS的相容稳定性比S-SBS的稳定性好,饱和分、胶质含量较多的沥青,与SBS的相容稳定性较好。     

沥青混合料中沥青胶浆的低温蠕变研究

通过对不同基质沥青的胶浆低温性能研究，得出沥青胶浆的性能不但和沥青的性质相关而且和粉胶比的大小有很大的关系。通过本文的研究，可以为今后沥青混合料低温性质的研究提供一定的参考依据。     

沥青混合料中沥青胶浆的低温蠕变研究

通过对不同基质沥青的胶浆低温性能研究,得出沥青胶浆的性能不但和沥青的性质相关而且和粉胶比的大小有很大的关系.通过本文的研究,可以为今后沥青混合料低温性质的研究提供一定的参考依据.     

基于流变性能试验的沥青高温稳定性评价

为了从流变性能角度评价沥青高温稳定性的好坏,依据superpave相关规范,通过采用动态剪切流变仪对三种不同性质沥青(70#基质沥青、SBS改性沥青和高模量沥青)进行流变性能检测。从温度、频率及应变三个方面分析了其高温稳定性变化。结果表明:高模量沥青的高温稳定性最好,SBS改性沥青的高温稳定性次之,而基质沥青的高温稳定性则最差。     

基于FTIR和GPC的沥青热老化特征研究

为了研究热氧老化条件对沥青老化特征的影响,利用傅里叶变换红外光谱仪和凝胶渗透色谱仪,并结合宏观性能试验,对7个不同品牌或批次的基质沥青进行分析。结果表明:老化前后沥青样品的特征吸收峰位置相同,仅在吸收峰峰强和峰面积上存在差异;沥青的热老化会导致沥青的芳香官能团和亚砜基官能团指数明显增大,其数均分子量和重均分子量的增加。沥青老化前后的宏观性能的变化与亚砜基官能团和重均分子量的变化具有一定的相关性。     

天然岩沥青改性对沥青流变性能的影响

借助动态剪切流变仪(DSR)、低温弯曲流变仪(BBR)和Brookfild旋转黏度仪,对不同掺量的天然岩沥青改性沥青的性能进行了试验研究,分析了岩沥青改性剂对基质沥青流变性能的影响。结果表明:加入岩沥青后沥青胶结料的PG高温等级和黏度提高,抗车辙因子增大,相位角减小,大大提高了沥青的高温稳定性和降低了温度敏感性,且随着掺量的增加变化幅度增大;低温条件下蠕变劲度模量增大,低温性能有所下降,但当岩沥青掺量为2%~8%时,不会对沥青胶结料的低温性能产生大的不利影响。