改性剂对沥青自愈合能力的影响

采用动态剪切流变试验仪(DSR),对70号基质沥青和添加SBS、岩沥青、表面活性剂3种改性剂的沥青进行间歇疲劳加载。试验采用应变控制加载模式,当沥青达到规定的损伤度(D=15%、30%、45%)时,停止加载,并设置不同的间歇时间(300s、600s、1 800s、3 600s、5 400s)使沥青愈合,再进行重复加载。通过表象评价指标(HI1、HI2)和能量指标(HI3)对沥青愈合能力进行分析,研究改性剂对沥青自愈合能力的影响。试验结果表明:3个评价指标对沥青自愈合能力评价具有一致性,添加SBS改性剂使沥青愈合能力明显增强,添加岩沥青愈合能力减弱,添加表面活性剂对沥青愈合能力影响不大;愈合指标与间歇时间的1/4次方(t1/4)存在着很好的线性关系,且不同沥青愈合方程的斜率的大小关系与沥青自愈合能力排序一致。     

岩沥青改性沥青胶结料流变特性研究

针对岩沥青改性沥青胶结料的流变特性,通过动态剪切(DSR)、弯曲梁流变(BBR)、布氏旋转粘度试验,用PG分级评价体系对不同种类、不同掺量的岩沥青改性沥青进行性能测试与分析。动态剪切流变仪和弯曲梁流变仪为建立某时段蠕变曲线和劲度模量提供依据,Brookfield旋转粘度计通过计算剪切速率和剪应力测量沥青高温粘度。试验结果分析表明:加入岩沥青后沥青胶结料的PG高温等级提高、抗车辙因子增大、复数模量指数(GTS)增大、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;岩沥青掺量控制在一定范围内,不会对沥青胶结料的低温性能产生大的不利影响。     

温度与频率对沥青胶结料疲劳行为影响研究

通过动态剪切流变仪(DSR)研究了基质沥青胶结料在应变控制模式下的疲劳行为,采用单因素分析方法,研究了温度、加载频率及加载次数对基质沥青胶结料复数模量比的影响,并从分子尺度上探讨其变化规律,建议将不同温度和频率下的复数模量比-加载次数的拟合方程作为沥青胶结料疲劳行为的评价方法。     

生物油再生沥青胶结料路用性能分析

为研究生物油再生沥青胶结料的路用性能，分析比较了基质沥青与生物油再生沥青胶结料的流变性质与化学特性。首先通过三大指标与黏度测试确定生物油在老化沥青中的最佳掺量；之后重点分析最佳生物油掺量下再生沥青与基质沥青的高温与疲劳性能，高温性能通过多应力蠕变回复试验（MSCR）测试，疲劳性能通过DSR时间扫描测试；最后利用红外光谱（FTIR）和凝胶渗透色谱（GPC）测试分析2种沥青的化学特性。研究结果表明：10%生物油可恢复老化沥青针入度与延度至基质沥青水平；基质沥青与10%生物油再生沥青的PG分级分别为PG64-16与PG70-16；MSCR结果表明再生沥青相比基质沥青具有较好的高温性能；N_f50指标表明再生沥青的抗疲劳性能较基质沥青胶结料更好，因为2种沥青模量相近，再生沥青的弹性组分含量更高；FTIR结果表明生物油稀释了老化沥青中高极性的亚砜基；GPC结果表明生物油降低了老化沥青中的大分子和小分子含量，改善了老化沥青分子量分散度。生物油改善了老化沥青的路用性能和化学特性，是一种较有潜力的沥青再生剂。     

基于DSR时间扫描的沥青常应力疲劳演化规律分析

为了研究沥青疲劳特性在常应力模式下的演变规律,采用动态剪切流变仪(Dynamic Shear Rheometer,DSR),在应力控制模式下对70#基质沥青和SBS改性沥青进行时间扫描试验,获得复数剪切模量(G*)、耗散能变化率(DR)和累计耗散能比(DER)3种物理指标随荷载作用次数的变化曲线,通过分析3种曲线变化规律确定沥青疲劳寿命:(1)G*值下降到初始值50%时对应的荷载作用次数(NG*);(2)DR-N曲线转折点对应的加载次数(NDR);(3)DER-N曲线转折点(70#基质沥青)和曲线偏离DER=N直线20%时(SBS改性沥青)对应的加载次数(NDER),并建立沥青疲劳破坏方程。结果表明:NG*处于复数剪切模量加速下降阶段,而NDR和NDER处于沥青缓慢破坏和加速破坏转折阶段,NG*是根据经验所确定,而NDR和NDER是根据曲线转折点定义,物理意义明确;70#基质沥青和SBS改性沥青疲劳寿命(NG*、NDR和NDER)与应力在双对数坐标中表现出良好的线性关系;70#基质沥青疲劳破坏规律性强,疲劳曲线有明显的转折点,能明确定义沥青疲劳寿命;而改性沥青由于改性剂的作用,沥青弹性恢复能力增强,沥青疲劳曲线变化规律不明显;相同分析方法下,SBS改性沥青疲劳寿命明显优于70#基质沥青;随着加载应力提高,两种沥青的疲劳寿命均下降。     

控制损伤条件下沥青材料的断裂愈合性能

沥青材料具有自愈性能,并通过对微损伤的修复,使沥青路面可持续使用。然而,沥青材料的自愈通常和粘弹性变形的恢复同时发生,使得沥青材料的愈合性能分析变得复杂。该文在控制材料损伤条件下,并排除粘弹性模量恢复的影响,对沥青结合料的自愈性能进行评价。首先,该文制定了一个愈合试验方案和数据分析方法,通过试验可以对沥青造成损伤并在间歇期前评定损伤等级,然后在愈合过程中监控沥青材料性能的变化和评价损伤愈合的程度;其次,建立愈合方程,在不同损伤等级及温度下模拟沥青材料的愈合性能。基于两种材料(PG 64-28、PG 70-28)的试验结果,发现在沥青材料模量长期的恢复过程中,主要受到自愈性能的影响,而粘弹性模量恢复在荷载移除后的早期就会发生,而且,沥青材料的愈合性能和疲劳性能的恢复受温度和损伤等级的影响很大。     

沥青自愈合行为评价及影响因素分析

利用动态剪切流变仪(DSR)进行了改进的“疲劳愈合疲劳”加载试验，采用毛细流动扩散理论证明了评价方法适用性，表征了沥青自愈合行为。通过响应面法分析了愈合时间和损伤程度对沥青样品自愈合性能的影响规律。结果表明：改进的“疲劳愈合疲劳”加载试验可用于表征沥青愈合特性。沥青损伤程度越大，初期瞬时湿润愈合能力越差，而后期扩散愈合率越强。延长愈合时间，降低损伤程度，对沥青自愈合有积极作用。影响沥青自愈合性能因素强弱排序为：愈合时间>损伤程度>愈合时间与损伤程度的交互作用。     

沥青及其混合料自愈合性能试验研究

为了对比分析基质沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青的自愈合性能,并研究沥青种类、愈合环境、破坏程度对混合料疲劳-自愈合进程的影响。通过DSR(动态剪切流变仪)的Time-Sweep(时间扫描)模式测试了沥青复数剪切模量随加载次数的变化,采用愈合指数HI评价沥青的自愈合能力;利用DSC(差示扫描量热仪)测试沥青相态转变过程中的焓变;基于四点弯曲疲劳试验测试了混合料劲度模量随加载次数的变化。研究结果表明:从流变性角度分析,橡胶改性沥青的自愈合性能最好,SBS改性沥青次之,基质沥青最差,随着损伤度的增大,以上3种沥青的自愈合指数呈下降趋势;从分子扩散角度考虑,基质沥青的自愈合能力最小,基质沥青愈合裂缝的能力优于SBS改性沥青及橡胶改性沥青。沥青类型及愈合环境对混合料的愈合进程具有重要影响,提高愈合环境的温度可以加速混合料的愈合,破坏程度的增加对混合料的自愈合具有负面影响。     

不同胶结料对改性沥青低温特性的影响

采用约束试件温度应力试验(TSRST)、弯曲梁蠕变试验(BBR)和直接拉伸试验(DT)对聚合物沥青胶结料的低温流变特性与混合料的抗低温性能的线性相关性进行了探讨,重点研究了具有相同基质沥青PG等级、不同化学改性沥青混合料的低温断裂温度,对11种沥青胶结料的L(临界开裂温度)、BBR蠕变劲度(S)开裂温度、蠕变速率m值开裂温度以及各胶结料老化龄期进行了比较试验.试验表明:TSRST断裂温度与抗开裂的Tσ、BBR(S)开裂温度、m值开裂温度以及BBR极限温度的线性相关性都较差,但与Tσ的回归直线剔除ESI(乙烯-苯乙烯共聚物)数据点后,其相关系数由0.54增大到0.85.集料类型对TSRST断裂温度一般没什么影响,但在花岗岩中掺人熟石灰后可明显降低低温断裂温度.改性沥青胶结料经过2～24 h的短期老化(STOA)后其断裂温度与没有老化的PG等级为70-22的未改性沥青胶结料的断裂温度相近.     

掺加Sasobit的沥青胶结料性能试验与分析

在进行4种沥青胶结料基本性能试验基础上,确定了Sasobit外掺剂的最佳掺量为3%.运用3大指标、PG分级、表观粘度试验对比研究了几种沥青胶结料的性能指标,并铺筑试验路段证明室内研究成果的可靠性.结果表明,沥青胶结料加入3%Sasobit后,高温抗变形能力增强,低温性能基本不变;沥青胶结料的枯温曲线存在一分界温度,大于此温度粘度降低,反之升高.     

利用不可恢复蠕变柔量评价沥青自愈合性能

为找到能简便、准确评价沥青结合料自愈合能力的指标,采用特制试验环将70~#基质沥青制作出具有内部缺陷的双片组(3 mm+3 mm)和一次性制作的单片组(6 mm)试样,分别进行了不同试验温度、平行板间距、愈合时间和愈合温度条件下沥青样品的MSCR试验,并对比DSR温度扫描试验结果。研究发现,对于40℃保温2 min愈合的试样,在试验温度25℃、平行板间距5 mm时进行MSCR试验得到的不可恢复蠕变柔量之比(S_(Jnr))可作为沥青结合料自愈合性能的评价指标,为表征沥青结合料的自愈合性能,提供了一种新的试验方法和评价指标。     

不同环氧树脂掺量下环氧沥青胶结料粘弹性能研究

从沥青胶结料粘弹性能角度对不同环氧树脂掺量(5%,10%,15%,20%,25%,30%,40%)下环氧沥青胶结料进行研究,以揭示环氧掺量与沥青胶结料性能关系。对不同环氧树脂掺量沥青进行PG分级的评价,并与70#基质沥青、PG76改性沥青作比对,提出了普通路面掺量10%~15%、混凝土桥面掺量15%~20%、钢桥面掺量20%~40%树脂掺量比例的建议。     

基于多应力重复蠕变恢复试验的活性橡胶改性沥青胶结料高温性能评价

为研究活性橡胶添加剂对沥青胶结料高温性能影响的变化规律,该文通过多应力重复蠕变恢复试验,并结合传统的沥青高温评价指标,对掺加活性橡胶的沥青胶结料进行高温性能评价。研究结果表明:活性橡胶能够显著提高基质沥青的软化点和60℃动力黏度;降低沥青胶结料的不可恢复蠕变柔量Jnr,提高平均应变恢复率R;活性橡胶能够显著提高基质沥青的高温性能,不可恢复蠕变柔量Jnr、平均应变恢复率R与沥青的高温性能相关性较好,多应力重复蠕变恢复试验能较好地评价沥青胶结料的高温性能。     

SBS改性沥青混合料自愈合能力影响因素的优化

沥青这种有机胶凝材料,在一定的时间、温度条件下,其自身具有愈合能力,同理沥青混合料在一定的时间和温度条件下亦具有愈合特性,但其自愈合效果仅能在最佳环境条件下达到理想状态。为了研究沥青混合料的愈合影响因子,探索最佳愈合条件,提高路面养护过程中沥青混合料的自愈合能力,选取常用的沥青路面表面层SBS改性沥青混合料为研究对象,采用控制应变的小梁四点弯曲疲劳破坏-愈合-疲劳破坏试验,对沥青混合料破坏愈合前后的疲劳寿命进行了对比研究,同时采取了愈合后的疲劳寿命恢复百分率作为评价指标。采用多因素多水平正交试验,对不同愈合时间、愈合温度以及应变条件下沥青混合料的自愈合特性进行了系统研究。研究结果表明:对于SBS沥青混合料,愈合温度和愈合时间均与沥青混合料的疲劳寿命恢复率呈正相关,但愈合温度不能超过沥青胶结料的软化点,否则影响沥青混合料高温稳定性;而应变大小与疲劳寿命恢复率呈反比关系,随着应变的增大,沥青混合料的疲劳寿命恢复率减小;愈合温度对沥青混合料的自愈合效果影响最为显著,愈合时间影响次之,应变大小影响最小;对于SBS改性沥青混合料,其最佳愈合条件是温度60℃,愈合时间6 h,应变1 000με。因此,在路面养护过程中,较高温度和控制交通量及超荷载条件可有效提高沥青路面自愈合能力。     

基于废食用油的生物结合料共混沥青及其混合料性能研究

为应对使用石油沥青不断上升的成本和环境保护压力,从废食用油中提取生物结合料作为替代产品,并分别与3种石油沥青(PG 58-28、PG 76-22和PG 82-16)混合,制备出不同质量共混比例的生物结合料共混沥青及其混合料,通过PG分级试验、多应力蠕变恢复试验(MSCR)、动态模量、流变数、间接拉伸和水稳定性等试验,综合评价了沥青及其混合料的路用性能。结果表明:生物共混沥青的抗车辙和疲劳性能劣于石油沥青,而低温延展性有所改善;沥青混合料掺加生物结合料后的刚度、抗车辙和中等温度疲劳性能均有所下降,但其低温抗裂性明显提高;生物结合料共混沥青混合料水稳定性满足AASHTO相关要求,具体变化规律还有待进一步研究。     

基于耗散能的老化沥青疲劳寿命预估模型分析

为了研究老化沥青疲劳性能,以70~#基质沥青和SBS改性沥青作为研究对象,以累积耗散能为评价指标,研究了老化对沥青疲劳寿命的影响,建立了老化沥青疲劳寿命预估方程,分析了应力控制和应变控制加载模式下疲劳寿命预估方程的适用性。首先将70~#基质沥青和SBS改性沥青进行旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT),使沥青发生老化,然后采用动态剪切流变仪在应力控制和应变控制加载模式下对不同老化程度的沥青进行时间扫描试验,通过耗散能随加载次数变化关系确定沥青疲劳寿命。基于累积耗散能建立应力加载控制模式下沥青疲劳寿命预估方程,并采用预估方程计算应变控制加载模式下的累积耗散能,检验预估方程的适用性。结果表明:累积耗散能随着荷载作用次数增加呈线性积累,当累积超过沥青疲劳破坏阈值时,发生疲劳破坏;经RTFOT老化后的70~#基质沥青和SBS改性沥青疲劳寿命与累积耗散能具有较好的双对数线性关系(R0.8);当采用应力加载模式下获得的沥青疲劳寿命预估模型分析应变加载模式下沥青疲劳性能时,70~#基质沥青和SBS改性沥青累积耗散能计算值与实测值之间的误差大多在10%以内,可认为基于累积耗散能建立的沥青疲劳寿命预估方程不受加载模式的影响。     

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。     

高弹改性沥青的流变性响应

为研究高弹改性沥青胶结料性能,对其进行感温性能、高温性能、低温性能及疲劳性能试验,考察高弹改性沥青胶结料在不同条件下的流变响应特性.试验结果表明:高弹改性沥青较软,且温度敏感性较小,温度高于135℃后,高弹改性沥青呈牛顿流体性质,可以采用旋转粘度试验对其测试;老化前后,高弹改性沥青的软化点较SBS改性沥青分别高28.8％和26.4％,76℃和82℃下2种沥青胶结料的抗车辙因子相当,而高弹改性沥青的抗车辙因子随温度的变化率较为稳定;老化前后的高弹改性沥青低温延度分别为SBS改性沥青的2倍和1.4倍,其低温PG分级分别较SBS改性沥青低2个和1个等级,蠕变劲度较小,其低温流变性较好;高弹改性沥青胶结料的DSR疲劳性能指标约为SBS改性沥青的1/6,其应变较大,抗疲劳性能优良.     

基于CT和流动试验的沥青胶浆裂缝自愈性能研究

为了研究沥青胶浆裂缝自愈性能,通过小梁的三点弯曲试验、沥青毛细作用试验和CT扫描,并结合Arrhenius方程进行了相关性分析.结果表明:在粘弹性理想和适宜温度的条件下,如果间歇时间足够长,裂缝可以完全愈合;沥青胶浆裂缝的自愈性能的主要影响因素是温度和间歇时间,同时也受到沥青粘度和裂缝宽度的影响,据此提出了裂缝愈合率的评价指标.     

高模量沥青胶结料评价指标的研究

对4种高模量改性剂制备的高模量沥青胶结料进行常规性能和PG性能试验。结果表明:高模量沥青胶结料的高温性能优于SBS改性沥青和70号沥青,低温性能不如SBS改性沥青,与70号沥青相当。在总结国内外高模量沥青胶结料评价体系的基础上,提出高模量沥青胶结料评价指标的建议值:25℃针入度为20~50(0.1 mm),软化点大于70℃,满足PG76—16性能分级要求,且60℃条件下原样沥青的G大于10000Pa。