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。     

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。     

基于老化程度的SBS复合改性沥青低温流变性能分析

为研究温度与老化程度对SBS复合红油增塑剂及C9石油树脂改性沥青低温流变性能的影响,采用弯曲梁流变试验(BBR)对3种老化程度条件下的SBS复合改性沥青低温流变性能进行研究,并与基质沥青和SBS改性沥青进行对比分析。研究表明,掺加增塑剂的SBS改性沥青低温性能优于其他沥青,但随温度下降及老化程度加深增塑剂对其改性沥青低温性能改善作用明显下降;掺加石油树脂的SBS改性沥青低温性能最差,但可以改善其改性沥青抗老化性能。通过松弛弹性模量主曲线方法分析可知,老化程度是影响沥青应力松弛能力的主要因素,因此建议通过减缓沥青老化程度的方法来延长其使用寿命。     

SBS改性沥青老化后的流变特性

为了评价老化对SBS改性沥青流变特性,对基质沥青、SBS改性剂质量掺量分别为3%和6%的改性沥青进行旋转薄膜加热试验(RTFO)和不同时间(5h、16h、50h)的压力老化试验(PAV),对3种沥青的原样、不同老化状态的样品进行常规试验(针入度、延度、软化点)和不同温度条件下的动态剪切流变试验。试验结果表明:常规指标只能显著反映沥青前期阶段的老化性能,粘弹性指标能够反映各老化阶段沥青的性能,更适合评价沥青的老化特性;基质沥青老化表现出硬化的特性,PAV老化50h后的SBS改性沥青老化由于SBS改性剂的裂解和断裂,表现出软化的特性;SBS改性剂使得沥青储能模量随温度和老化程度的影响变小,改善了沥青的感温性能、耐老化性能;老化时间越长基质沥青高温性能越好,而SBS改性沥青在老化16h后高温性能降低。     

温度对沥青结合料老化性能的影响分析

为研究不同温度对基质及SBS改性沥青老化性能的影响,通过对AH—90#基质沥青和SBS改性沥青按照常规的试验方法在不同温度下拌和成型试件,进而对其抽提、蒸馏测试回收沥青的各项性能指标。试验结果表明：随着沥青混合料拌和温度的升高,其沥青的老化程度也随着增加,且当温度增加到一定温度时（AH—90#,155℃;SBS改性沥青,165℃）沥青的老化开始急剧增加;在相同的温度下SBS改性沥青的老化程度均比基质沥青要小,说明SBS改性沥青的抗老化性能优于AH—90#基质沥青。     

多聚磷酸/SBS复合改性沥青的抗老化性能

为了研究多聚磷酸改性沥青、SBS改性沥青以及多聚磷酸/SBS复合改性沥青老化后的流变性能,从而深入探讨改性沥青的老化机理,采用动态剪切流变仪测试老化前后沥青试样的复数剪切模量和相位角,分析老化对沥青抗剪强度以及黏弹性相对比例的影响;并对试样进行凝胶渗透色谱分子量分析。研究结果表明:老化对多聚磷酸改性沥青复数剪切模量和相位角的影响最显著,对SBS改性沥青的影响最小;老化后多聚磷酸改性沥青的复数模量远大于SBS改性沥青,而相位角却较SBS改性沥青小;老化使改性沥青中沥青相的分子量增大,SBS改性剂相的分子量减小。     

紫外光老化对沥青使用性能的影响性研究

为解决强紫外线对沥青产生老化问题,利用紫外老化环境箱模拟野外环境老化条件进行试验,通过动态剪切流变仪分别研究了老化时间变化对SBS改性沥青和基质沥青高温、低温及疲劳性能的影响.试验结果表明,强紫外光对SBS改性沥青能够产生严重老化,主要表现为疲劳性能和低温性能大幅衰减,高温性能进一步得到改善,且都与老化时间关系较紧密;同时,随测试温度升高,老化时间对G*/sinδ、G* sinδ的影响幅度逐渐减小,说明紫外光对SBS改性沥青老化具有温度敏感性.研究结论可以为沥青路面选择抗光老化性较好的沥青提供良好技术支持.     

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。     

基于黏弹理论的橡胶改性沥青自愈性能研究

为研究橡胶改性沥青的自愈性能,从橡胶沥青的黏弹特性出发,测试了温度、持续时间对橡胶沥青黏弹性能的影响,分析基于黏弹理论的橡胶沥青自愈性能。采用DSR流变仪分析研究了温度扫描和时间扫描模式下橡胶沥青的自愈性能,评价了粉胶比、应力大小、损伤度对橡胶沥青自愈性能的影响,建立了橡胶沥青的自愈指数——损伤度的数学模型。研究结果表明:温度越高,持续时间越长,沥青材料的黏度越低,从而提高了分子的流态特性,有利于沥青材料实现自愈合;随着粉胶比的增加,橡胶沥青的布氏黏度逐渐增大,自愈能力降低;作用应力越大,自愈能力越小;自愈期前后的初始模量和损伤度基本相同,表明橡胶沥青实现了自修复,自愈性能较好;沥青材料自愈合性能与损伤度成反比,损伤度越大,材料的可恢复性越小,自愈合性能越不显著;通过自愈合指数方程,能够较准确预测不同损伤度条件下沥青材料的自愈合能力。     

基于耗散伪应变能的沥青疲劳动力学表征

沥青的开裂和塑性变形是疲劳损伤过程中的2个耦合子进程。为了分离沥青在疲劳损伤阶段的开裂子进程及塑性变形子进程及寻求疲劳损伤进程与2个子进程的关联特征指标,基于能量力学法及动力学理论研究沥青的疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程。首先采用能量力学法从沥青疲劳损伤阶段不同温度下的累积总耗散伪应变能（DPSE）分离出开裂导致的累积耗散伪应变能（DPSE_c）及塑性变形引起的累积耗散伪应变能（DPSE_p）;然后采用三参数模型来匹配沥青疲劳损伤进程、开裂及塑性变形子进程的耗散伪应变能,获得了能够定量描述能量耗散演变快慢的特征能量变化率;最后基于动力学理论建立沥青疲劳损伤阶段的特征能量变化率与温度的关系,并确定表征沥青疲劳损伤进程的动力学指标。结果表明：基质沥青及SBS改性沥青的DPSE,DPSE_c,DPSE_p的特征能量变化率与绝对温度倒数呈线性关系,DPSE_p的特征能量变化率随温度的增加而增加,而DPSE_c的特征能量变化率随温度的增加而减小,其原因是随着温度的升高,沥青塑性变形发展变快,而开裂则减缓;SBS改性沥青疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程的活化能（163.9,70.1,91.6 kJ·mol^-1）均大于基质沥青相应进程的活化能（94.0,47.0,45.8 kJ·mol^-1）,这表明SBS改性沥青抗开裂性能及抗永久变形性能均好于基质沥青;此外,SBS改性沥青及基质沥青疲劳损伤进程的总活化能等于开裂子进程及塑性变形子进程的活化能之和。因此,可通过活化能这一动力学指标将沥青疲劳损伤进程、开裂子进程与塑性变形子进程进行关联。     

光热耦合作用对SBS改性沥青及其混合料的性能影响研究

对3种沥青（基质沥青、橡胶粉改性沥青以及SBS改性沥青）及其混合料在不同光热耦合条件下的性能进行试验研究,评价SBS改性沥青混合料的抗光热老化性能。结果表明:SBS改性沥青的抗光热耦合老化的性能优于橡胶沥青以及基质沥青;3种沥青混合料的性能随着耦合老化时间的增长而降低,尤其是在5天老化后,沥青混合料的性能出现急剧下降;综合沥青混合料路用性能试验结果发现,SBS改性沥青混合料的抗老化性能明显优于橡胶沥青以及基质沥青。     

基于自愈合性能的沥青混合料设计因子研究

为了解决我国沥青混凝土道路养护中的路面开裂问题,为沥青路面建设与预防性养护提供数据支持,为区域养护政策与标准制定提供理论支撑,特针对当下公路沥青路面和城市道路沥青路面中普遍存在的开裂病害进行了自愈合性能影响因子研究。为了更好地模拟道路开裂和研究自愈合性能影响因素,从沥青混合料配合比设计着手,基于四点小梁弯曲疲劳试验,通过N_(fNM)方法中的评价方法,选取疲劳恢复率作为评价指标,采用单因素方法对沥青混合料的空隙率、沥青用量、沥青种类及级配等因子进行了系统研究,并选用灰关联分析研究各因子显著影响水平。结果表明:首先,沥青混合料的自愈合能力与其空隙率成反比关系,随空隙率的增大,其疲劳寿命恢复率减小;其次,沥青混合料的自愈合能力与沥青用量成正比关系,随沥青用量的增大,其疲劳寿命恢复率增大;再者,SBS改性沥青混合料的自愈合能力要比普通沥青混合料更好,且随改性沥青的基质沥青标号的增大而增大;最后,不同级配的沥青混合料,其疲劳恢复率也是不一样的,随着最大公称粒径的增大,其疲劳寿命恢复率减小。同时,灰关联分析结果显示,沥青种类对沥青混合料的自愈合能力的影响是最显著的,其次沥青混合料的空隙率和沥青含量对其自愈合能力的影响较显著,而级配类型对沥青混合料的自愈合能力影响则不显著。     

SBS与PPA复合改性沥青胶结料性能研究

为提高SBS改性沥青的性能,降低其造价,对SBS/PPA复合改性沥青的性能进行研究。结果表明,与基质沥青和SBS改性沥青相比,SBS/PPA复合改性沥青的粘度增大,具有更好的高温稳定性及失效温度,其短期老化性能较差而长期老化性能较好;SBS/PPA复合改性沥青中添加稳定剂DBP后形成稳定的SBS空间网络结构,改性沥青的储存稳定性得到显著改善;PPA价格较低,SBS/PPA复合改性沥青的经济性比SBS改性沥青好。     

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。     

纳米碳酸钙/二氧化钛与SBS复合改性沥青流变性能研究

利用高速剪切法制备纳米CaCO3/TiO2/SBS复合改性沥青,采用正交试验,通过常规性能试验确定复合改性沥青中3种改性剂的最佳配比,并对比分析了基质沥青、SBS改性沥青和复合改性沥青高温和低温时的流变性能.结果 显示:复合改性沥青中改性剂的最佳配比为:1％纳米TiO2 +4％纳米CaCO3 +4％ SBS;与基质沥青和SBS改性沥青相比,复合改性沥青具有更好的高温抗车辙能力,但耐疲劳性能低于SBS改性沥青;复合改性沥青的施工温度比基质沥青和SBS改性沥青分别高20℃和5℃;复合改性沥青的低温性能优于基质沥青,但比SBS改性沥青的低温性能差.     

复合再生剂对老化SBS改性沥青性能和结构的影响研究

将复合再生剂和普通沥青再生剂分别用于老化SBS改性沥青的再生,通过再生沥青的物理性能、化学组成分析和红外光谱测试研究了两种再生剂对老化SBS改性沥青性能和结构组成的影响。物理性能测试结果表明:复合再生剂对老化SBS改性沥青物理性能的恢复作用优于普通再生剂,当复合再生剂的掺量达到老化沥青质量的8%时,再生SBS改性沥青的性能基本接近老化前SBS改性沥青的性能;红外光谱和化学组成测试结果显示:普通再生剂只能调节老化SBS改性沥青中基质沥青的化学组成,无法修复SBS断裂的分子链,而复合再生剂不仅能调节老化SBS改性沥青中基质沥青的化学组成,还可通过其分子结构中的极性环氧基团与SBS的降解产物发生化学反应以修复SBS因老化发生降解的分子链。     

纳米黏土改性沥青及其混合料性能研究

该文采用纳米黏土改性沥青的方法,针对纳米黏土改性沥青及其混合料的各项路用性能进行研究。结果表明:单掺纳米黏土改性剂对沥青性能的改善效果不明显,但当纳米黏土和SBS改性剂复掺时,复合改性沥青的各项性能都得到显著的提升,纳米黏土改性剂可明显提高SBS改性沥青的物理力学性能,同时复合改性沥青具有良好的高温抗永久变形以及低温抗开裂性能;沥青混合料路用性能测试表明,纳米黏土改性沥青可显著改善改性沥青混合料的高温性能、水稳定性和回弹模量。     

基于正交试验基质沥青自愈合性能影响因素研究

沥青材料作为一种黏弹性物质,具有自愈合性能.为研究影响70#基质沥青的显著性因素,设计正交试验选取了间歇温度、间歇时间、损伤度三个因素并采用动态剪切流变仪进行"疲劳-愈合-疲劳"试验,根据极差、方差得到各因素对自愈合性能指标的影响.结果 表明:影响自愈合性能指标HI1的主要因素是间歇时间,间歇温度和损伤度几乎无影响,认为采用指标HI1评价基质沥青的自愈合性能欠妥;对影响自愈合性能指标HI2的因素显著性排序为间歇温度＞间歇时间＞损伤度,且随间歇温度的升高、间歇时间的延长将大幅提高沥青材料的自愈合程度;自愈合指标HI3"考虑了加载次数与模量的联系,从而对自愈合指标H3"修正得到,各因素对指标的显著性HI3"排序为损伤度＞间歇温度＞间歇时间,且随着损伤度的增大,自愈合程度逐渐降低,体现自愈合性能良好的最优组合为间歇温度30℃、间歇时间4h,损伤度10％.     

不同再生方式的再生S BS改性沥青老化性能研究

采用新基质沥青、新改性沥青和再生剂再生老化 SBS 改性沥青,测定了不同方式再生后的 SBS 改性沥青 RTFOT老化前后的25℃针入度和老化后的残留延度,以及不同老化时间后的质量损失。通过对不同再生再生方式再生后的 SBS 改性沥青的残留针入度比、残留延度和质量损失率进行对比,分析再生 SBS 改性沥青的老化性能。研究结果表明,通过新改性沥青再生的 SBS 改性沥青的老化性能优于通过新基质沥青和再生剂再生的 SBS改性沥青。     

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。