基于表面能理论的改性沥青-集料界面黏结性

为系统探究沥青特性、集料岩性及老化条件对沥青-集料界面黏结性的影响，选取SK-70号基质沥青、胶粉改性沥青、SBS改性沥青(两种掺量)、高黏改性沥青共5种沥青，选用石灰岩、玄武岩2种集料，测量各沥青与集料的表面能参数，计算得到各体系黏附功、剥落功及能量比ER值，分析得到沥青-集料黏结性规律。结果表明：5种沥青在干燥条件下与石灰岩之间的界面黏附功均要大于玄武岩，且集料种类对黏附功的影响要大于沥青种类的影响。改性剂的加入可以提高沥青-集料的界面黏附性与抗水损坏性能，且SBS改性沥青、高黏改性沥青与集料的黏附性最优，胶粉改性沥青与集料的黏附性次之。老化效应降低了沥青与集料的黏附功和ER值，削弱了沥青-集料界面的抗水损害性能；高掺量SBS改性沥青由于聚合物的部分降解使其浸润性得到一定恢复，较普通改性沥青(胶粉与高黏剂)表现出更好的黏附性。     

SBS改性沥青RTFOT老化黏附性量化评价方法研究

为了研究沥青老化对黏附性的影响,并实现量化评价,从而改善传统水煮法试验只能定性分析的不足,通过延时RTFOT试验对SBS含量为5%的改性沥青模拟不同时间的热氧老化,采用光电比色法计算了不同老化时间的SBS改性沥青与3种集料的黏附率,分析了沥青老化对集料黏附性的影响。采用表面自由能理论研究了SBS改性沥青老化后接触角、表面自由能及其分量的变化规律。并通过烘箱加热法试验研究了SBS改性沥青混合料短期老化和长期老化后水稳定性的变化规律。研究表明:随着老化时间的延长,SBS改性沥青与集料的黏附率会逐渐降低,不同集料在同等情况下与老化后的SBS改性沥青黏附性强弱依次为:石灰岩、玄武岩、闪长岩;SBS改性沥青与测试液体间的接触角变大,表面自由能及其色散分量、极性分量均呈现降幅先大后小的下降趋势,在老化360 min后,其表面自由能、色散分量和极性分量分别下降了21.5%,14.5%,78.2%;光电比色法和表面自由能理论的试验结果一致,表明采用这两种方法进行SBS改性沥青老化后黏附性量化评价是准确合理的;随着老化时间延长,SBS改性沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比逐渐下降,即老化降低了沥青混合料的水稳定性,这也再次证实了本研究的SBS改性沥青黏附性量化评价结果是准确有效的。     

煤直接液化残渣对沥青-集料黏附性的影响

为评价煤直接液化残渣（Direct Coal Liquefaction Residue,DCLR）对沥青与集料黏附性的影响,基于表面自由能理论,以SK-90沥青为基质沥青,以石灰岩为集料,利用躺滴法分别测试不同DCLR掺量下（0%、2%、4%、6%、8%、10%,掺量表示DCLR与SK-90质量比,下文同）改性沥青在不同老化阶段（原样、短期老化以及长期老化）的表面自由能,计算不同老化阶段不同DCLR掺量下沥青的黏聚功,以及无水和有水条件下不同DCLR掺量的改性沥青在不同老化阶段与石灰岩之间的黏附功和剥落功,并采用黏附功、黏聚功之和与剥落功的比值作为水稳定性能评价参数来评价沥青-集料间的水稳定性能。试验结果表明：DCLR加入后,随着掺量的增加会提高沥青自身的重均分子量和极性基团含量,从而提高DCLR改性沥青表面自由能中的极性分量、非极性分量以及黏聚功;DCLR改性沥青-石灰岩之间的黏附功、水稳定性能等均随着DCLR掺量的增加而逐渐增加,说明加入DCLR并增加其掺量会显著提高沥青与石灰岩之间的黏附性和水稳定性能,但沥青的老化对DCLR改性沥青-石灰岩之间的黏附性及水稳定性能影响不大。     

长期高温多雨环境下沥青与集料黏附性衰减规律研究

选用2种沥青及3种集料，对单个集料进行不同时长的改进水煮法试验，对松散沥青混合料进行不同时长的改进ASTM D3625水煮法试验。通过扫描电镜试验、能谱分析试验分析集料表面构造和化学成分；通过高温接触角试验，获取拌和温度下集料与沥青的接触特性。结合质量法和图像法，分析沥青-集料的剥落率，探究在长时间高温水煮条件下的沥青-集料黏附性的衰减规律。结果表明：石灰岩与沥青的黏附性最好，砂岩最差；采用SBS改性沥青可有效增加与集料的黏附性，降低沥青-集料黏附性的衰减；水煮时间增长，使用Si元素含量越高、接触角越大的集料，沥青-集料黏附性越差；仅通过水煮样品3分钟来评价样品的黏附性不准确，延长水煮时间并结合质量分析方法可更真实地表征黏附性变化；对长期高温多雨地区，推荐使用石灰岩和SBS改性沥青来提高沥青混合料的抗水损害能力。     

干湿循环作用下SBS改性沥青及其混合料老化行为分析

为探究干湿循环对SBS改性沥青老化行为的影响，对SBS改性沥青在干湿循环条件下进行8 d、16 d的老化处理，同时设置热氧老化与湿热老化条件作为对照，并对SBS改性沥青及沥青混合料性能进行测试。结果表明：水对SBS改性沥青的老化存在显著影响，且干湿循环环境会显著加快改性沥青的老化；沥青的老化和孔隙水的渗透压力导致沥青混合料的孔隙率增大；在试验过程中环境对SBS改性沥青老化的影响大小依次可分为干湿循环老化、湿热老化、热氧老化。     

不同岩性集料与沥青界面黏附机理研究

沥青-集料界面黏附性是保证沥青混合料力学性能的前提,而不同岩性集料与沥青的界面黏附性差异较大,在一定程度上限制了集料的选择范围。选用较为常见的6种不同岩性集料(石灰岩、安山岩、玄武岩、辉绿岩、片麻岩及花岗岩),采用水煮法分别评价了各集料与石油沥青的界面黏附性;利用XRD衍射试验定量表征各集料的化学成分,进一步分析了集料中化学成分与沥青-集料界面黏附性的关系;最后基于分子动力学模拟技术,计算了集料中不同氧化物与沥青界面的黏附功。本研究有助于深入认识不同岩性集料与沥青界面黏附性差异的本质原因,为路面工程中集料的优选提供参考。     

滨海高湿环境沥青混合料材料选择

针对滨海高等级公路所处的含盐高湿环境,改进了沥青与集料的黏附性试验方法。通过不同沥青与集料的黏附性试验,并结合其他影响因数,提出含盐高湿环境下沥青混合料材料优化选择方案,进行了水稳性能验证。最后对不同级配的沥青混合料在含盐高湿环境下的耐久性试验,推荐级配类型。结果表明:推荐含盐高湿地区沥青混合料中的粗集料采用玄武岩,细集料选用石灰岩,沥青选用135℃黏度较高的SBS改性沥青;沥青路面表面层采用SMA-13级配混合料。     

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。     

氧化石墨烯改性沥青及其混合料抗老化性能试验研究

为了研究氧化石墨烯(GO)改性沥青结(混)合料的老化性能与机理,基于室内试验模拟沥青结(混)合料热氧老化过程,通过黏度试验、三大指标试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和低温弯曲试验测试并分析基质及GO改性沥青结(混)料的老化性能。研究结果表明:GO的加入可减缓热氧老化对沥青三大指标的影响,即GO可提高沥青结合料的抗老化性能,GO的加入可显著提高沥青混合料的水稳定性,但对低温抗裂性有微弱不利影响。添加GO不仅在一定程度上改善了老化后沥青混合料的水稳定性,还减缓了老化对其低温抗裂性能的影响,说明GO改性沥青混合料具有良好的抗老化性能。     

纳米材料复配对SBS改性沥青流变及抗老化性能的影响

为了研究不同纳米材料复配对SBS改性沥青流变及抗老化性能的影响,分别采用旋转薄膜烘箱、压力老化箱和紫外老化箱模拟了沥青样品的短期热氧老化、长期热氧老化和光氧老化,并运用动态剪切流变仪和弯曲梁流变仪对沥青样品的高、中、低温流变性能进行了表征。此外,运用傅里叶红外光谱对沥青样品老化前后羰基和丁二烯官能团的变化情况进行了分析。研究发现不同纳米材料复配形式对SBS改性沥青的高温抗车辙性能、中温耐疲劳性能和低温抗开裂性能有不同影响;3种复配形式对SBS改性沥青的抗老化性能均有改善效果,尤其以有机蛭石复配纳米二氧化钛效果最佳。     

沥青组分对沥青与集料黏附性的影响分析

沥青与集料的黏附性与沥青混合料的水损坏有着密切的联系,本研究通过对比3种评价沥青黏附性的试验方法后,推荐采用剥离法更有效标准沥青的黏附性。分别测试不同基质沥青及同一基质沥青不同老化时间的沥青四组分含量及剥离强度,试验结果表明,单纯通过调整沥青组分无法有效改善沥青黏附性。     

两种硅酸盐材料对纳米ZnO改性沥青热氧老化性能影响研究

沥青老化分为热氧老化和紫外老化,提升沥青抗老化性能是决定沥青路面长寿命的重要因素。为了弥补3%含量纳米ZnO改性沥青热氧老化性能较差的现状,将蒙脱土和蛭石经过有机处理后,与3%含量纳米ZnO进行复合后制成改性沥青,采用短期热氧老化(TFOT)、长期热氧老化(PAV)和紫外老化(UV)进行老化模拟,对比不同老化前后物理性能和流变性能的老化指数,评价其抗老化性能。通过扫描电镜试验和紫外-可见-红外吸收试验分析蒙脱土和蛭石对于紫外老化的影响规律。发现有机蒙脱土和有机蛭石均能改善沥青的热氧老化性能,但是前者提升效果相对较好,并且两者对于短期热氧老化的改善效果大于长期热氧老化;但是有机蒙脱土和有机蛭石的加入会影响沥青的紫外老化性能,掺量在3%后这种消极作用开始急剧增加。     

基于非线性方程的高粘沥青热氧老化性能研究

针对高粘沥青热氧老化研究的不足,利用TPS制备高粘改性沥青,采用旋转薄膜烘箱进行老化,测试不同老化时间下的5℃延度、软化点、针入度及135℃粘度,根据试验结果建立TPS高粘沥青热氧老化方程,并对其不同时刻的老化速率进行计算.研究结果表明:TPS高粘改性沥青老化性能可以采用非线性方程进行预测,并可以计算各老化时间下的老化速率;TPS高粘沥青的热氧老化存在最终老化量,老化速率最终为0;TPS的改性对于沥青降低热氧老化中软化点和135℃粘度最终衰减比例的能力有一定的提升作用;但对沥青5℃延度随老化时间的损失率有一定的加速作用.     

基于表面能的沥青黏附机理与评价

湿热环境作用下沥青-集料界面的黏附性破坏,是路面结构损害的重要成因;而沥青和集料的表面能与界面黏附性能密切相关。用载玻片替代集料进行试验,根据表面能理论,利用接触角测量仪测定两种沥青和两种集料的接触角,通过接触角计算出各个集料的表面能,最后算出沥青-集料的黏附功,用黏附功来表征沥青-集料的黏附性;接着模拟湿热环境对沥青-集料的影响,用偏光显微镜对剥落部分进行拍照,用Image-Pro Plus(IPP)软件计算得出剥落率来评价沥青-集料的黏附性。结果表明:表面能理论分析和用IPP软件计算出来的结论一致,更能说明表面能理论中的黏附功可以用来评价沥青-集料界面黏附性能。     

沥青混合料热氧老化产生的CO_2排放量评价

通过便携式红外线CO_2分析器测试分析了热拌基质沥青混合料、热拌改性沥青混合料、温拌改性沥青混合料在加热过程中氧化老化产生的CO_2排放量及其与加热温度的关系。试验结果表明:沥青混合料热氧老化过程中产生的CO_2与加热温度呈明显的指数相关关系;改性沥青抗氧化老化能力要比基质沥青更强,而温拌剂的使用也可以提高沥青混合料的抗氧化老化能力,且还可以大幅降低混合料CO_2排放量;最后推荐了沥青混合料热氧老化过程中产生的CO_2排放量定量测试方法。     

多聚磷酸—橡胶复合改性沥青及其混合料性能研究

在橡胶改性沥青中掺入多聚磷酸，以期提高橡胶改性沥青的高温储存稳定性、高温稳定性等性质。研究了多聚磷酸掺量对橡胶改性沥青基本性能、高温储存稳定性、黏附性、老化性能的影响，并测试了多聚磷酸—橡胶复合改性沥青混合料的路用性能及疲劳性能。试验结果表明：随着多聚磷酸掺量的增加，橡胶改性沥青的软化点、弹性恢复能力、黏度逐渐增加，针入度、延度逐渐减小，高温储存稳定性得到提高，增强了橡胶改性沥青与集料的黏附性能，提升了橡胶改性沥青的抗老化性；多聚磷酸的掺入提高了橡胶改性沥青混合料的抗车辙能力、水稳定性及耐久性能，但对橡胶改性沥青混合料的低温抗裂性有一定负面影响。多聚磷酸促使沥青向凝胶结构体系转变，能有效延缓橡胶粉在沥青中的离析，提高橡胶改性沥青的高温储存稳定性，同时提升橡胶改性沥青的高温性能和黏附性能。     

有机蒙脱土改性沥青抗老化性及其分子模拟试验

为延长沥青路面的使用寿命，延缓沥青因光氧造成的老化，探究了不同类型有机蒙脱土(OMMT)对改性沥青抗老化性能的影响。采用扫描电镜和X射线衍射仪对OMMT的微观结构进行表征；并采用傅立叶变换红外光谱仪、全自动比表面和孔径分布分析仪及同步热分析仪对OMMT的官能团、微孔结构及热稳定性进行了评价。将OMMT应用于基质沥青，对其流变性能进行研究；同时采用3种不同的老化方式探究不同类型的OMMT对改性沥青的影响。最后采用分子动力学法从微观层面上对OMMT改性沥青的物理老化现象进行模拟，分析沥青分子在运动过程中分子间的相互作用关系。研究结果表明：有机基团通过离子交换进入蒙脱土层间，提高了层间的吸附能力；沥青混合料拌合温度下OMMT拥有较好的热稳定性，初始分解温度大于200 ℃；其中双十八烷基二甲基氯化铵(DDAC)OMMT和十八烷基二甲基苄基氯化铵(ODBA)OMMT制备出的改性沥青均表现出较好的高温抗变形能力。OMMT层间结构越大和苄基的存在均可以提高对沥青分子的约束能力，阻碍沥青分子间的相对运动；同时较大层间的OMMT更易产生剥离结构，可有效阻隔紫外线及氧气分子进入沥青，减缓沥青老化。ODBA-OMMT改性沥青的抗老化性能最佳，DDAC-OMMT改性沥青次之，Na-OMMT改性沥青最差。分子动力学模拟物理老化后的OMMT改性沥青分子状态相对活跃，DDAC-OMMT改性沥青相对自由体积增长最大，ODBA-OMMT改性沥青分子的迁移率最高。研究结果为合理选择OMMT改性剂，增强改性沥青的抗老化性能提供了参考和理论支撑。     

光热耦合对SBS改性沥青性能的影响

采用光热耦合老化和热氧老化的方法研究了紫外光与热耦合对SBS改性沥青的影响。结果表明,光热耦合老化和热氧老化加速了SBS改性沥青的老化速率,并改变SBS在沥青中的分散相形貌,使其向一相化转变。同时,延长老化时间、提高老化温度和增大紫外光辐照强度均能使得SBS改性沥青的老化程度增加。光和热具有明显耦合效应,使得SBS改性沥青的老化程度比单独的热氧老化程度更为严重。     

层状双氢氧化物改性沥青及其混合料的疲劳特性研究

该文研究了层状双氢氧化物(LDHs)对沥青混合料疲劳特性的影响和几种LDHs质量比改性沥青的不同老化水平(薄膜烘箱老化试验和紫外老化)下的性能。薄膜烘箱老化(TFOT)和紫外老化(UV)分别用于模拟沥青短期现场热氧老化和长期现场紫外光老化。通过动态剪切流变(DSR)和间接拉伸疲劳试验分别评估了LDHs对其改性沥青及其混合料疲劳特性的影响。结果表明:采用LDHs能够改变应力控制模式下沥青的疲劳特性。改性沥青混合料与基质沥青制备的沥青混合料相比具有更佳的疲劳性能。采用LDHs作为沥青改性剂能够提高沥青路面的服务寿命。     

基于DIC技术的老化作用下温拌胶粉改性沥青胶浆低温抗裂性能研究

沥青胶浆对沥青混合料性能具有重要影响。为研究热氧老化作用对温拌胶粉改性沥青胶浆（WCRM）低温抗裂性能的影响，以热拌胶粉改性沥青胶浆（HCRM）作为对比试件，采用数字图像相关（DIC）技术对单边切口弯曲梁试验（SENB）中2种试件的开裂全过程进行图像采集，利用Vic-3D软件计算加载过程中试件的水平应变，从宏细观相结合的角度定量分析沥青胶浆的抗裂性能。对比分析沥青胶浆的荷载-位移（L-D）曲线和水平应变-时间（E_xx-t）曲线，通过在细观尺度下胶粉改性沥青胶浆裂纹萌生和发展的规律来解释沥青胶浆宏观力学行为。通过弯曲梁流变试验（BBR）分析老化前后WCRM和HCRM的低温流变性能，并对沥青胶浆低温性能评价指标进行相关性分析。结果表明：随热氧老化程度的加深，HCRM和WCRM的水平应变密度D_E值（细观层面）和临界断裂韧度J_IC值（宏观层面）均减小，证明热氧老化会降低2种胶粉改性沥青胶浆的抗裂性能；相同条件下，WCRM的D_E值和J_IC值均大于HCRM，即与HCRM相比，WCRM具有更好的抗开裂和抗老化性能；在沥青胶浆开裂过程中，微裂纹形成时的荷载、峰值荷载及最大水平应变对应荷载并非同一荷载值；老化后，2种胶粉改性沥青胶浆的低温流变性能降低，同一条件下，WCRM具有更加优异的低温流变性能；沥青胶浆低温流变参数（S/m）与宏细观开裂指标（J_IC，D_E）均具有较好的相关性，即将DIC技术应用到SENB试验来分析老化作用及温拌剂对胶粉改性沥青胶浆宏细观开裂特性的影响具有较好的可靠性。