基于微观角度的沥青老化过程流变性能研究

为探究沥青老化对沥青流变性能的影响,通过室内模拟试验对沥青进行老化,利用动态剪切流变(DSR)试验对老化前后沥青的流变性能变化进行分析,借助傅里叶红外光谱仪(FTIR)与原子力显微镜(AFM)分别观测沥青原样与老化后沥青内部特征官能团和微观形貌的变化规律,从沥青内部微观角度分析老化作用对流变性能的影响。试验结果表明:老化后沥青的相位角减小,复数模量和车辙因子增大,内部生成了一系列含氧特征官能团,如羧基、亚砜基、醛基等,微观形貌中的"蜂"形结构数量增多,面积增大;老化过程中沥青流变性能与内部化学组成、微观形貌结构变化密切相关,沥青的内部化学组分与微观形貌结构的变化对沥青流变性能变化起决定性作用。     

橡胶沥青微观结构热老化机理研究及影响因素分析

分析研究橡胶沥青的老化机理,探索橡胶沥青热老化过程中各微观结构的变化规律。对橡胶沥青在各影响因素下的质量变化进行测定,从橡胶沥青微观结构变化探索橡胶沥青老化后性能衰减的原因,并利用橡胶沥青的老化机理对其进行合理解释。     

硅藻土改性沥青微观机理研究

采用红外光谱和差示扫描量热分析的方法,对硅藻土改性剂、不同掺量硅改沥青以及不同种类硅改沥青进行了试验。分析了硅藻土微观结构对硅改沥青性能的影响,研究了两者之间相互作用的机理,为硅藻土改性沥青的进一步应用提供了微观理论上的依据。     

核磁共振、热分析和扫描电镜用于沥青材料表征的研究进展

沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的混合物,由于其组成的复杂性,对沥青材料的研究很多是基于物理、流变等相关性能指标的测定,其微观组成和结构的表征研究很长时间以来进展较为缓慢。随着现代材料测试技术的发展,新的测试手段,例如傅立叶红外光谱(FTIR)、原子力显微镜(AFM)、凝胶渗透色谱(GPC)、扫描电镜(SEM)、热分析、核磁共振(NMR),已被越来越多的研究者用来表征沥青微观组成和结构。其中,核磁共振通过区分不同原子的归属及划分,能检测出沥青中发生的分子异构化、脱氢及内部交联等反应;热分析可以测定变化焓、玻璃态转化温度等指标参数,对沥青温度稳定性进行评价;扫描电镜和环境扫描电镜(ESEM)能对沥青与改性剂的相容性、表面微观形貌、断口形态及纤维结构变化等进行表征。在介绍3种仪器原理的基础上,对三者在沥青材料表征中的国内外最新应用情况进行了总结,并对其应用前景进行了展望。材料现代测试技术在沥青材料中的推广应用,对于多角度、多层次理解沥青材料的组成、结构与性能的关系,为沥青改性、沥青老化等方面的研究提供了新途径。     

基于纳米力学和官能团的沥青老化微观机理

采用原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)技术来探索沥青老化规律,同时与传统的研究沥青老化方法傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform infrared spectroscopy,FTIR)的研究结果进行比较。分别测试了基质沥青和SBS改性沥青在原状(未老化)、RTFO老化后和PAV老化后的微观力学特性及其官能团化学特性。结果表明,沥青的老化程度越高,"蜂状结构"发育越好,平均面积和最大面积越大。沥青试样内至少存在3个不同的微区具有不同的黏附力,其中"蜂状结构"相黏附力最低。老化影响沥青的纳米力学性能,提高沥青黏附力大小分布的均匀性,不同老化程度的SBS改性沥青的黏附力均大于基质沥青。老化引起沥青羰基和亚砜基等含氧官能团含量增加,丁二烯基含量减小。沥青老化后微观力学的变化与官能团的变化有良好关系。     

Sasobit改性沥青的结构与性能研究

在Pen 60/80基质沥青中加入不同含量的Sasobit,应用常规的沥青性能试验(针入度试验、粘度试验、组分试验等)测试Sasobit改性沥青分别在15℃,25℃,30℃的针入度和软化点,以及60℃,120℃,135℃的粘度和组分等性能指标;通过旋转薄膜加热试验(RTFOT)和压力老化容器(PAV)试验模拟沥青的短期老化和长期老化,评价Sasobit改性沥青的耐久性。同时,利用凝胶色谱仪(GPC)和红外光谱仪(IR)测试Sasobit改性沥青的分子量分布、官能团变化等微观性能,分析Sasobit对沥青宏观性能、官能团以及分子量等微观性能的影响,定性地建立Sasobit改性沥青微观性能与宏观性能之间的关系,从微观角度分析Sasobit改性沥青的性能变化规律。结果表明:在沥青中加入Sasobit后,Sasobit与沥青中的—OH和C—H发生了化学反应,这些化学反应导致沥青中出现了新的芳香族C—O键,并使得Sasobit的长链烷基与沥青中的沥青蜡发生了共晶,因而改变了沥青的晶体结构、组分比例以及胶体结构,使沥青的性能有了明显的改变,提高了沥青的高温性能,降低了沥青的低温性能;这一点与在沥青混合料中加入Sasobi...     

基于微观分散性分析的SBS改性沥青质量控制

为更合理地控制SBS与沥青的共混过程,本文用落射荧光显微镜对SBS与沥青的共混过程进行连续观测并对共混物进行试验分析,其间,SBS的微观分散状态及形态结构发生了一系列的变化,共混物的试验指标如软化点、粘度、延度也相应发生了一定的变化。鉴于这种微观分散状态与宏观力学性能之间的对应关系,可以将改性沥青微观分散性分析应用于改性沥青生产领域,为改性沥青的在线质量控制提供简便易行的检测方法。     

纳米尺度沥青微观结构特征演化分析

为研究老化引起的沥青纳米尺度微观结构演化特征,建立微观结构演化特征与宏观尺度性能衰变之间的相关关系,分别选取实验室老化和现场老化回收的沥青样本为研究对象,利用原子力显微技术(AFM)和动态剪切流变试验(DSR),对沥青表面微观结构的演变特性和宏观性能的衰变规律进行了研究。研究结果表明:老化对沥青表面微观结构形貌有显著影响,未老化沥青和短期老化(RTFOT)沥青样本表面形貌中存在典型的"蜂相结构",长期老化(PAV)和铣刨料(RAP)中抽提回收的沥青样本其表面形貌仅呈现一些褶皱似的凸起和亮白色斑点;在纳米尺度,老化改变了沥青纳米级相态的空间分布特性,降低了相态之间表面高度差异,表面高度以及表面粗糙度指标可以量化这种空间分布的特征;宏观尺度上,沥青样本黏弹特性发生显著变化,复数剪切模量升高,相位角降低,这种流变响应可以表征老化引起的流变性能的演变。基于此,提出了沥青纳米级形貌特征和流变性能相关关系的量化表征模型。     

基于红外光谱分析下高黏沥青老化非线性模型

目前影响沥青混合料长期性能的根本原因在于其中的沥青发生老化反应。为了明确并透彻地摸清高黏沥青老化过程中各组分具体发生的变化,明确高黏沥青老化微观层次原因,建立高黏沥青非线性模型,比较不同高黏沥青抗老化性能的差异性。本文采用傅里叶红外光谱分析仪测定橡胶粉与SBS双改性沥青、TPS改性高黏沥青和橡胶粉改性高黏沥青老化后的微观性能,探究高黏沥青老化时的微观变化,构建高黏沥青老化的非线性模型。结果表明：建立的非线性模型可以很好地模拟由于高黏沥青老化带来的微观变化,具体表现为羧基和亚飒基含量上升、丁二烯基含量变少;双改性高黏沥青抗老化性能最佳,TPS改性高黏沥青其次,橡胶粉改性高黏沥青稍差。     

橡胶颗粒对沥青的改性机理及其混溶体系分析

通过扫描电镜分析、组分分析和差热分析等微观技术手段,研究了橡胶沥青混溶体系构成和改性机理,结果表明:橡胶沥青表面凹凸程度与橡胶粉细度有关,与胶粉来源和发育溶胀反应时间无关;胶粉越粗,橡胶粉改性沥青表面凹凸程度越明显.橡胶粉与沥青高温下发生传质过程,同时部分胶粉降解,使沥青中橡胶烃和不饱和双键增加.道路石油沥青与橡胶沥青在-20～0℃低温区间和60～120℃高温区间,内部没有明显聚集态变化和玻璃化转变;而在0～60℃常温区间内聚集态变化和玻璃化转变明显,改性前后沥青温度敏感性相近;且胶粉越粗玻璃态转变越难,橡胶沥青吸热峰峰值温度越高,吸热峰热量值越大.相同目数下货车轮胎胶粉吸热峰热量值略高于小车轮胎胶粉.另外,对沥青改性效果起主要影响的是胶种种类,而不是橡胶烃含量.     

植物油活化胶粉沥青流变及微观性能研究

为提高胶粉在沥青中的溶解度,改善橡胶沥青高黏问题,探讨植物油用于胶粉活化的可行性,采用流变学试验,对不同种类助剂活化胶粉沥青的力学性能变化规律进行了研究,并结合红外光谱、凝胶渗透色谱试验(GPC)探究橡胶沥青微观结构变化。结果表明:植物油的降黏效果更好,但其活化后橡胶沥青的弹性性能及抗变形能力相对较差,红外光谱中C=C键含量相对较少,解释了其力学性能较弱;反式烯烃CH的产生和芳环C=C、共轭烯烃含量的增加验证了胶粉的脱硫、降解反应;GPC测试显示植物油活化胶粉沥青,中、大分子含量较多,说明其脱硫降解反应更剧烈。     

HMA微观组成结构对高温抗剪性能的影响

探讨了沥青混合料微观组成结构参数及其对高温抗剪切性能的影响。微观组成结构指标有集料颗粒主轴就位方向统计值,基于Delaunay三角剖分状态的集料与胶浆的比例以及沥青混合料抗剪参数:内摩擦角和粘聚力。结果表明沥青混合料高温抗剪切性能的提高不应该单纯依赖提高其骨架的嵌挤作用,而更要关注微观组成结构指标的平衡。     

基于原子力显微镜的沥青微观损伤机理分析

为揭示微观尺度下沥青的损伤机理,采用原子力显微镜（AFM）对基质沥青及SBS改性沥青进行了测试分析。首先设计了一款AFM原位拉伸试验装置;然后,结合AFM原位拉伸试验测试了拉伸荷载作用下沥青表面不同微观结构及其力学性能;基于形貌测试结果和ABAQUS软件建立了沥青的二维有限元模型,分析了拉伸荷载作用下沥青表面的应力分布;最后,结合AFM测试结果和有限元模拟结果分析了沥青的微观损伤机理。研究结果表明：所研究的基质沥青表面存在3种微观结构,即蜂状结构、蜂壳结构和间隙结构,SBS改性沥青无明显蜂壳结构;间隙结构抗变形能力最弱,蜂状结构抗变形能力最强;SBS改性剂的加入降低了沥青表面的应力,且使应力分布更均匀;拉伸荷载作用下,沥青表面会出现相分离,随着荷载增大相分离现象加剧,相分离出现在沥青表面应力最大处;拉伸荷载作用下沥青的损伤演化过程中,沥青应力较大的间隙结构首先出现相分离,随着荷载增加,相分离不断加剧直至微裂纹产生。     

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。     

温拌沥青混合料高温性能试验研究

为了研究了RH和Evo两种温拌剂对沥青及其混合料高温性能的影响,通过动态切流变试验、马歇尔试验和车辙试验进行了沥青及其混合料的高温试验,并结合SEM微观试验进行分析。试验结果表明:RH降低了两种沥青混合料的马歇尔模数,而Evo影响不大; RH和Evo都降低了基质沥青混合料的动稳定度,但Evo却能提高改性沥青混合料的动稳定度; RH能够提高基质沥青的车辙因子,Evo能够提高SBS改性沥青的车辙因子。对三种高温试验进行相关性分析,推荐车辙试验作为沥青混合料高温性能的评价试验。微观试验表明RH温拌剂对沥青混合料微观结构影响不大,而Evo温拌沥青混合料的微观结构出现了絮状结构。     

沥青混合料冻融劈裂微观结构损伤特性分析

量化研究了沥青混合料冻融劈裂试件微观结构的损伤特性。基于冻融劈裂前后试件的CT图像,以CT值和损伤变量为基础,根据试件内部损伤特征,借助损伤力学基本概念,通过适当的数学假设,建立了冻融劈裂前后沥青混合料试件内部结构CT值分布规律的数学模型。利用CT值和损伤变量实现了对冻融劈裂前后试件内部微观损伤的量化。以损伤力学概念为基础,给出了沥青混合料损伤密度的定义,推导了以CT值表示的混合料密度损伤变量表达式,从而将CT值和损伤变量联系起来。利用损伤变量可以对混合料试件冻融劈裂前后内部微观结构的变化进行对比分析,实现了试件内部微观损伤特性变化的定量对比。对冻融劈裂前后试件上中下3个层位损伤变量的计算结果表明,冻融劈裂后试件各层位相应的损伤变量均有不同程度的增加,与CT图像表明的试件内部损伤明显加剧相吻合。     

基于显微成像技术的温拌泡沫沥青水分消散规律研究

为研究温拌泡沫沥青中水分随时间的消散规律,该文分别利用室内发泡机和Advera发泡剂两种发泡方法制备不同种类的沥青试样,然后在不同时间点采用液态氮对试样冷却后进行了3DXRM成像,最后通过对图像的分析,研究了泡沫沥青中水分微观结构特征及其随时间的变化规律。结果表明:泡沫沥青中水分的消散速度与沥青的种类有关,沥青的PG等级越高水分消散越慢,而利用发泡剂制备的泡沫沥青则具有更高的水稳定性,同时发现由于矿粉颗粒的影响,水分在沥青玛蹄脂中的消散规律呈现新的变化趋势。     

硅藻土改性沥青相容性研究

基于对改性沥青分离机理的理论分析,采用热存储稳定性离析试验和扫描电镜观测的方法,对不同掺量以及不同种类硅藻土改性沥青进行了相容性测试.通过对硅藻土改件沥青的相容性研究,证明硅藻土改性剂数量和微观结构上的差别造成了对沥青吸附的差别,表现为相容性的小同,并得出离析随时间变化的规律.     

废胎胶粉橡胶沥青改性机理研究

通过对废胎胶粉橡胶沥青所做的四组分分析和显微结构、聚焦态结构等微观结构分析,研究了橡胶粉对沥青的改性机理。橡胶粉与沥青在高温条件下混溶,一方面橡胶粉吸收沥青中的轻组分体积溶胀,橡胶粉力学特性得到改善;另一方面沥青中轻组分含量减少,沥青粘度增加,温度敏感性得到改善。同时,在溶胀过程中橡胶粉与沥青中活性官能团发生化学反应,橡胶粉部分氧化解聚,胶粉中的抗老化剂、碳黑、锌化合物活性成分进入沥青胶体体系,使沥青温度稳定性、老化性能得到改善和提高。     

SBS改性沥青质量评价方法研究

针对SBS改性沥青使用质量评价存在的缺陷,选取了5种国产和进口沥青进行了改性前后使用性能对比分析,通过组分和微观分布分析,发现基质沥青中极性芳香分的存在是造成SBS溶胀差异的主要原因。基于此,对某富含芳香分进口沥青进行了1年龄期微观测试分析,结果显示,此类沥青出现SBS交联结构解体、聚团现象;同时,对比RTFOT、PAV前后测试结果,发现SBS改性效果差异显著;因此,为确保SBS改性沥青使用性能,对于富极性芳香分的基质沥青应综合短、长期老化的性能指标和结构变化来评价其改性后的路用性能。