基于正交设计法的橡胶沥青性能试验研究

为提高橡胶沥青的性能,依托河北廊沧高速公路建设工程,针对当地气候特征及材料性状,借助正交试验优选橡胶沥青的9种正交组合,并研究了胶粉掺量、胶粉目数、沥青型号对橡胶沥青3大指标的规律性影响。此外,采用老化试验和布氏黏度试验,评价了拌和时间以及拌和温度对橡胶沥青老化前后性能的影响程度。研究结果表明:橡胶沥青正交试验各因素的显著性顺序为:胶粉掺量基质沥青型号胶粉目数;拌和时间和拌和温度对橡胶沥青老化性能影响显著,因此在制备橡胶沥青的过程中需合理控制时间和温度;选取90#、60目、胶粉含量为20%的橡胶沥青,在190℃的环境下拌和60 min,能使橡胶沥青达到最佳性能;建议橡胶沥青的性能评价指标以5℃延度和180℃黏度为主,针入度和软化点为辅。     

橡胶粉掺量对Sasobit温拌橡胶沥青抗短期老化性能影响

为了分析基质沥青中橡胶粉掺量对Sasobit温拌橡胶沥青短期老化性能影响，进行了老化前后25℃针入度、软化点、180℃旋转黏度以及25℃弹性恢复试验，并计算其25℃残留针入度比、软化点增量、180℃旋转黏度比以及25℃弹性恢复比。研究结果表明:在基质沥青中掺入橡胶粉，有助于提高Sasobit温拌橡胶沥青的抗短期老化性能；短期老化使得橡胶粉进一步溶胀；当橡胶粉掺量多于20%时，Sasobit温拌橡胶沥青流动性变差，老化后黏度快速增大，黏度比增大较快，抗短期老化能力略有降低。     

橡胶沥青热老化性能研究

以常规方法制备橡胶沥青,采用TFOT试验及PAV试验对橡胶沥青进行了短期和长期热老化模拟。利用针人度、软化点、延度、弹性恢复及黏度指标对橡胶沥青老化性能进行了评价,分析了胶粉掺量、老化时间和老化温度对橡胶沥青老化性能的影响。研究表明:胶粉掺量的增加能够改善短期老化后橡胶沥青的高低温性能,但应控制掺量不能超过28%;增加老化时间、提高老化温度,都会使橡胶沥青的老化程度更严重。当老化时间超过15 h或老化温度超过193℃后,黏度会超过施工要求范围;每延长5 h老化时间,橡胶沥青的老化程度是每提高10℃老化温度的2.5~3倍。橡胶沥青的软化点与橡胶沥青老化时间显著相关,可以用来作为建立老化动力学方程的参数;橡胶沥青受长期热老化影响比短期老化更严重,但比基质沥青具有更好的长期老化性能。     

橡胶沥青应力吸收层性能试验研究

采用埃索70#基质沥青,以布氏旋转粘度、25℃针入度以及软化点为评价指标,进行橡胶沥青最佳胶粉掺量设计,在此基础上,采用疲劳试验和剪切试验来评价橡胶沥青应力吸收层的性能。试验结果表明:1)以橡胶沥青胶结料的布氏粘度、25℃针入度及软化点指标为标准确定的最佳胶粉掺量为18%(外掺);2)从加工工艺合理性、老化程度等因素考虑,橡胶沥青生产搅拌时间75~105 min比较合理;3)相比Strata应力吸收层、热改性沥青以及改性乳化沥青封层,橡胶沥青应力吸收层具有较好的抗疲劳性能和层间抗剪切性能,但其温度敏感性较差。     

基质沥青化学组分对橡胶沥青性能影响的灰关联分析

为了研究基质沥青的化学组分对橡胶沥青性能的影响,基于基质沥青四组分及橡胶沥青路用性能试验数据,利用灰关联方法分析了饱和分、芳香分、胶质、沥青质、胶质与沥青质含量之和、饱和分与芳香分含量之和等因素对橡胶沥青的针入度、延度、软化点、180℃黏度和48h离析软化点差的作用关系,得出影响橡胶沥青性能的关键因素。通过对比各因素与不同目数橡胶粉制备的橡胶沥青路用性能的灰关联分析结果,阐明了橡胶粉目数对各因素与橡胶沥青性能关联度的影响。研究结果表明:胶质对橡胶沥青软化点的影响程度最高,饱和分与芳香分含量之和对橡胶沥青针入度的影响程度较深,二者之间的关联度接近0.9;饱和分对橡胶沥青5℃延度的影响程度最高,而胶质与沥青质含量之和对橡胶沥青的180℃黏度和48h离析软化点差的影响程度最高。橡胶粉目数不会影响各因素与橡胶沥青的路用性能关联度的排序,但增大橡胶粉目数会降低各因素与橡胶沥青的路用性能之间的关联度。     

稳定型胶粉改性沥青黏弹特性和微观机制分析研究

为橡胶沥青领域提供一种稳定型胶粉改性沥青,从针入度、针入度指数、延度、软化点、135℃黏度等指标确定了稳定型胶粉的最佳掺量,并对稳定型胶粉改性沥青的热储存稳定性和胶粉的溶胀状态及反应机理进行表征。结果表明：稳定型胶粉的加入改善了沥青的温度敏感性,确定了稳定型胶粉掺量为30%,并有效降低了135℃黏度,提高了施工和易性;温度的变化对稳定型胶粉改性沥青的影响小于普通橡胶沥青;比表面积对比试验,说明了稳定型胶粉具有比普通胶粉与沥青基体的接触面积更大的优势;扫描电镜试验和差示扫描量热法试验结果表明,稳定型胶粉改性沥青主要以相容性机理为主,主要发生吸油溶胀-高温剪切-相容分散这一系列过程。     

温度对橡胶沥青存储性能的影响

采用几种不同拌和温度制备的橡胶沥青,测试其基本性能指标及离析情况,再将剩余橡胶沥青静置存放在与其拌和温度相同的烘箱中20h,然后测定其各项指标.结果显示,随着拌和温度的升高,橡胶沥青的针入度、延度增加,离析实验软化点差变大,而软化点、黏度下降.储存后橡胶沥青的针入度、延度有所上升,而软化点、黏度会有所下降,且离析加剧....     

抗裂型橡胶沥青物理力学性能试验研究

采用不同胶粉掺量、胶粉细度、拌和温度、拌和时间制备橡胶沥青，并测试橡胶沥青的针入度、软化点、延度、弹性恢复、粘度等指标，研究制备条件对橡胶沥青性能影响；同时，采用四组分法和红外光谱分析了橡胶沥青的微观结构。结果表明:橡胶沥青宜采用由货车轮胎磨细得到的20目胶粉，生产温度可为180℃~200℃，发育时间宜为60分钟，胶粉掺量应根据项目要求确定，但最低掺量不宜小于18%；根据对橡胶沥青微观结构分析结果，胶粉与基质沥青未发生复杂化学反应，橡胶沥青性能的提高主要源于胶粉与基质沥青混溶后的物理状态改变。     

橡胶粉的掺量与细度对沥青性能的影响研究

该文主要研究了不同掺量与细度下的橡胶粉对沥青技术性能的影响。试验研究表明,随着橡胶粉掺量的增加,针入度、软化点减小,5℃延度、车辙因子和黏度增大,弹性恢复先增后减,胶粉可明显改善沥青高温性能;橡胶粉细度从20目增加到60目,橡胶沥青的针入度、延度、黏度、弹性恢复都有所增大,软化点有所减小;橡胶粉的目数增至80目后,橡胶沥青的技术性能反而有下降趋势。综合技术经济分析,橡胶粉掺量宜为18%~22%,橡胶粉的细度宜用60~80目。     

橡胶粉掺量对沥青技术指标的影响

为了研究橡胶粉在沥青中的作用机理,通过室内试验分析了橡胶粉掺量对沥青软化点、针入度和低温延度的影响。试验结果表明:软化点和延度都随橡胶粉掺量的增大先增大后减小,当橡胶粉掺量为15%时,软化点和延度都达到最大值,表明此时橡胶沥青的高低温性能最好;针入度随橡胶粉掺量的增大逐渐降低,但与基质沥青的针入度相差不大。     

加工温度和发育时间对反应型橡胶沥青性质的影响

为研究反应裂解型橡胶沥青在不同加工工艺参数下的反应程度,通过针入度、软化点、延度和旋转黏度试验,测定了不同加工温度和发育时间的反应裂解型橡胶沥青技术性质。结果表明,加工温度越高,发育时间越长,针入度呈增大趋势,软化点和表观黏度呈减小趋势,而延度随发育时间延长呈先增大后减小趋势;4~8h内裂解型橡胶沥青综合技术性质较好,建议加工温度为180℃,发育时间为6h。     

不同橡胶粉对改性沥青路用性能的影响

为了对废旧胶粉改性沥青的性能进行检测分析,选取了6种不同橡胶粉对镇海70#沥青进行改性,通过测试橡胶改性沥青的针入度、软化点、弹性恢复、180℃布氏黏度和老化指数研究了橡胶粉的种类与掺量对改性沥青路用性能的影响。研究结果表明:橡胶粉种类和掺量对改性沥青路用性能的改善效果具有显著的差异,橡胶粉中的天然胶含量对其改性效果具有显著影响。研究发现天然橡胶含量高达75%的胎顶胶粉在掺量为20%时改性效果最好。     

橡胶沥青性能影响因素的试验研究

为了正确控制橡胶沥青工艺,采用不同胶粉种类、胶粉细度、拌和温度、基质沥青类型等制备橡胶沥青,进行针入度、软化点、弹性恢复以及SHRP等试验,分别测试橡胶沥青的高温性能、低温性能、抗老化性能等,研究各因素对橡胶沥青性能的影响,得出20目橡胶粉掺量以16%~18%较为合适的结果。     

SBS复合改性橡胶沥青储存稳定性研究

为了研究废旧橡胶粉和SBS复合改性沥青的储存稳定性,本试验采用2.0%的线性SBS(YH-791)与废旧轮胎胶粉进行复合改性,测试比较了复合改性橡胶沥青的主要指标,并将其放置于160℃、170℃、180℃烘箱中,隔2、5、10、20、30、40、50h取样,检测SBS复合改性橡胶沥青的相关指标,持续观测50h。结果表明,随着储存时间及温度的增大,SBS复合改性橡胶沥青的针入度及延度呈增大趋势,且温度越高增长趋势越明显;而软化点和180℃旋转粘度则呈先增大后减小的趋势,且温度越高,增大和减小的速率越快。     

聚辛烯与硫磺交联剂对橡胶沥青性能改善作用研究

为评价聚辛烯与硫磺双掺对橡胶沥青性能的改善作用,制备不同掺量双掺改性橡胶沥青,采用黏度和DSR等试验测试其使用性能。结果表明:黏度对双掺改性橡胶沥青高温性能区分度较针入度和软化点好;双掺能使橡胶沥青高温性能明显改善,且降低其应力敏感性,但也增强了温度敏感性;聚辛烯与0.1%硫磺双掺能改善橡胶沥青低温性能,同时双掺能增强橡胶沥青弹性恢复和储存稳定性,其中弹性恢复随两者掺量的增加逐渐提高,储存稳定性则在1.0%聚辛烯掺量下效果较好;考虑综合性能,推荐的聚辛烯与硫磺掺量分别为1.0%和0.1%。     

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。     

不同抗剥落剂对沥青物理、流变和老化性能的影响

为探明抗剥落剂对沥青路用性能和耐久性的影响,研究了3种抗剥落剂的不同掺量对沥青物理、流变和老化性能的影响。采用软化点、针入度、延度及布氏旋转黏度试验测试了沥青的物理性能,采用动态剪切流变仪测试了沥青的流变性能,分别采用薄膜烘箱老化试验和压力老化箱老化试验模拟了沥青的短期热氧老化和长期热氧老化过程。结果表明:加入抗剥落剂使沥青的软化点略微升高,针入度有所降低,但对黏度和延度影响不大;随着抗剥落剂掺量的增加,沥青复数模量逐渐降低,相位角逐渐升高,使得沥青的流动性增强,其中LOF-6500对沥青的流变性能影响最明显;沥青的车辙因子随着抗剥落剂掺量的增加逐渐减小,说明加入抗剥落剂降低了沥青在高温下抗剪切变形的能力,此外,临界温度也随之逐渐下降,但不影响沥青的高温PG等级;沥青中掺加抗剥落剂均可降低其在经历短期老化和长期老化过程后的黏度老化指数与软化点增量,而残留针入度比、延度保留率和相位角老化指数增加,表明加入抗剥落剂后,沥青的抗短期老化和抗长期老化效果均得到改善。     

SBS改性沥青的RTFOT微观老化机理

为了研究SBS改性沥青的微观老化机理,选择壳牌70~#基质沥青和3501线型SBS为原材料,通过室内高速剪切设备制备了SBS掺量分别为3%,4%,5%的SBS改性沥青。采用常规指标试验、傅里叶变换红外光谱、荧光显微镜分析了不同SBS掺量的改性沥青在不同老化时间下的性能指标、化学组成和微观分布的变化规律。采用双键保持率和凝胶含量分析了SBS改性剂随着热氧老化时间延长的变化规律。结果表明:随着老化时间延长,SBS改性沥青的针入度和延度逐渐下降,针入度指数上升,当量软化点增高;当SBS掺量小于5%时,针入度显著下降,软化点逐渐上升,而当SBS掺量为5%时,出现针入度降幅先大后小,软化点先降后升的两阶段变化;随着老化时间延长,BI指数逐渐下降,CI指数和SI指数均上升,这说明沥青老化过程中主要发生的是吸氧反应,生成羰基和亚砜基;老化85 min时,改性剂颗粒进一步吸收沥青中的轻质组分溶胀并部分溶解,此时分布状态接近两相连续结构,进一步证实了两阶段变化是5%掺量改性沥青的特征;随着热氧老化时间延长,SBS双键保持率下降,凝胶含量上升,表明SBS改性剂在老化过程中既发生了降解,又发生了交联反应,且降解和交联的速率随着老化时间延长而增大。     

纳米炭黑粒径对沥青路用性能影响研究

为提高沥青胶结料的路用性能,探讨了纳米炭黑粒径对沥青胶结料老化前后性能的影响。分别进行了老化前沥青针入度、延度、软化点、旋转黏度以及薄膜烘箱加热短期老化试验。试验结果表明:纳米炭黑可以提高沥青的高温稳定性、短期抗老化能力以及降低温度敏感性;随着纳米炭黑粒径的增大,纳米炭黑沥青25℃针入度增大、15℃延度逐渐减小、软化点略有提高、针对度指数PI值与60℃旋转黏度先增大后减小、短期老化残留物25℃针入度比与15℃延度及其比值逐渐减小。基于综合性能最优角度出发,建议采用N220纳米炭黑对沥青进行改性。     

不同因素对复合橡胶沥青高温性能影响研究

以软化点和黏度为表征沥青高温性能的指标,设计多种工艺制备复合橡胶沥青(CR/SBS),并最终根据高温性能表现选择了最佳复合橡胶沥青的制备工艺,在此基础上通过正交试验确定了复合橡胶沥青的CR、SBS掺量和胶粉目数,并探究了加热次数对复合橡胶沥青的性能影响。结果表明:胶粉与SBS同时加入沥青中并搅拌至均匀,在180℃温度下剪切30 min后再搅拌30 min,最后在烘箱中溶胀30 min,制备效果最佳;CR/SBS的最佳材料组成为17%胶粉、2%SBS和40目胶粉。