多聚磷酸改性沥青路用性能研究

试验首先研究分析了不同等级、不同掺量多聚磷酸对改性沥青性能的影响,然后分别进行了多聚磷酸与基质沥青,以及多聚磷酸与SBS、SBR复配基质沥青的沥青混合料高温稳定性、低温抗开裂性和水稳定性等路用性能试验。结果表明,多聚磷酸与以SBS为代表的高聚物复配后,可以有效弥补多聚磷酸改性沥青的水稳定性和低温抗开裂性性能不足,显著提高沥青混凝土的高温稳定性和存储稳定性性能。     

多聚磷酸改性沥青技术研究进展及展望

为明确多聚磷酸（polyphosphoric acid, PPA）改性沥青技术现状,解决其路用难题,促进其进一步推广应用,综述了PPA改性沥青技术在科研及工程方面的研究进展。首先,从组分、化学反应和微观结构方面揭示了PPA对沥青的化学改性机理;其次,重点分析了PPA对沥青及沥青混合料路用性能的影响规律;接着,评价了国内外PPA改性沥青路面工程应用及服役情况;最后,展望了PPA改性沥青未来的研究方向。结果表明,PPA能与沥青组分发生化学反应,使沥青质含量增加。PPA的掺入有助于提高沥青的高温性能、抗老化性能、疲劳特性,但其对沥青水稳性能和低温性能的影响仍需深入研究。目前PPA改性沥青技术尚无配套应用指南,同时缺少PPA改性沥青试验路段的长期观测,制约了PPA改性沥青技术在我国的推广应用。规范、统一的PPA改性沥青及路用标准及施工技术是未来研究的重点方向。     

多聚磷酸改性沥青流变性能

为研究多聚磷酸(PPA)对沥青性能的影响规律与作用机理, 采用四组分分析试验和沥青三大指标试验研究了PPA对不同基质沥青化学组分的影响, 基于动态剪切流变仪(DSR)开展了沥青温度扫描试验与频率扫描试验, 分析了不同配比的PPA改性沥青、PPA/SBS改性沥青与PPA/橡胶粉改性沥青在不同温度、不同动态频率加载条件下的流变性能变化趋势。分析结果表明: 随着PPA含量(质量分数, 后同)的增加, 沥青质含量逐渐提高, 油分(饱和分与芳香分)含量减小, 沥青逐渐由溶胶结构转变成溶-凝胶结构, 沥青高温性能逐渐增强; PPA改性沥青的高温性能与基质沥青的沥青质含量相关, 沥青质含量大的基质沥青经PPA改性后其沥青质含量提升最大, 针入度降低最多, 具备更好的高温性能; 基质沥青、SBS改性沥青与橡胶粉改性沥青掺入PPA后, 其抗车辙因子分别提高了1.0~8.2、0.8~13.9与2.9~19.7 kPa, 表明PPA可有效改善基质沥青、SBS改性沥青和橡胶粉改性沥青的高温、感温及流变性能, 增强沥青的弹性特征, 提高其抵抗剪切变形能力; 与单一改性沥青相比, PPA复合改性沥青的流变性能改善效果更为明显, PPA与聚合物改性沥青之间存在良好的相容性; 随着PPA含量的增加, 沥青10℃延度逐渐降低, 当PPA含量为1.5%时, 基质沥青、SBS改性沥青与橡胶粉改性沥青10℃延度分别下降77%、64%与39%, 表明PPA对沥青的低温性能存在一定负面作用, 建议PPA含量不宜超过1.0%;PPA/SBS改性沥青最佳复配比为1.0%PPA复配3%SBS, PPA/橡胶粉改性沥青最佳复配比为0.75%PPA复配15%橡胶粉。      

沥青微观结构组成研究进展

为了进一步促进沥青微观组成结构的发展, 综述了国内外沥青化学组成、微观结构理论、数值模拟与试验研究方法; 介绍了沥青四组分物理化学性能, 蜡与杂原子对沥青微观结构的影响; 综合沥青胶体理论与改进的Yen模型对沥青微观结构进行了研究; 分析了沥青微观组成结构研究中常用的分子动力学与相场法; 总结了凝胶渗透色谱、红外光谱、小角散射技术、显微技术等方法在沥青微观结构的研究进展。研究结果表明: 沥青应被视为一个化学连续体, 沥青中各类分子的摩尔质量、氢碳比、极性等, 按饱和分、芳香分、胶质、沥青质的顺序递变, 主碳链大于C40的蜡可以视为沥青质组分, 沥青中的氧、氮、硫杂原子以特征官能团的形式存在于沥青质、胶质、芳香分等极性较强的组分中, 是沥青分子结构组成的关键参数之一, 也与沥青-集料的黏附性能密切相关; 沥青的胶体状态是沥青黏弹行为的微观结构基础, 改进的Yen模型可以对沥青胶体理论进一步解释, 即沥青质浓度低于纳米聚集体的临界浓度时, 沥青表现为溶胶结构, 当沥青质浓度逐渐高于纳米聚集体的临界浓度时, 沥青中出现团簇与絮凝, 沥青微观结构由溶胶结构向凝胶结构转变; 沥青微观结构中广泛采用的模拟方法包含分子动力学与相场法, 但2个模拟方法均对沥青的微观结构进行了一定程度简化, 以微观结构模拟为基础的沥青多尺度仿真方法仍面临着巨大的挑战; 结合沥青化学成分、沥青胶体理论与流变特征建立完整的力学本构关系将是沥青材料科学的重要发展方向之一。      

多聚磷酸改性沥青低温性能研究

为研究多聚磷酸(PPA)改性沥青的低温性能,通过沥青弯曲蠕变劲度(BBR)试验,采用低温临界温度、蠕变劲度S和蠕变速率M评价了不同PPA掺量对PPA改性沥青低温性能的影响,并同SBS改性沥青进行了对比。研究表明:PPA能够提高基质沥青的低温性能;PPA掺量越大,改性沥青的低温性能越好;低温临界温度反映的PPA掺量对PPA改性沥青性能的影响与蠕变劲度S和蠕变速率M所反映的规律相同;低温临界温度能弥补AASHTO分级区分度较低的问题,能更好地反应沥青的低温性能。     

天然沥青改性沥青的表面自由能分析

为了准确评价天然沥青改性沥青与集料的粘附性能,采用座滴法测定了3种液体在天然沥青改性沥青试样表面的接触角,基于表面物理化学理论,确定了室温条件下沥青表面自由能极性分量和色散分量的测定方法,计算了基质沥青和不同掺量天然沥青改性沥青的表面自由能。结合水煮法试验结果,分析了沥青结合料表面自由能与沥青-集料粘附性等级的关系。试验结果表明:70#A级基质沥青的表面自由能为10.60mJ·m-2,而8%掺量天然沥青改性沥青表面自由能增加到18.60mJ·m-2,天然沥青的掺加明显提高了天然沥青改性沥青的表面自由能;采用接触角方法得到的沥青结合料表面自由能和沥青-集料的粘附性能具有较好的相关性;天然沥青含有氧、硫、氮等多种极性较强的官能团,较高的沥青质含量及网状结构能够吸附基质沥青中的饱和分和芳香分等轻质成分,两方面的共同作用提高了天然沥青改性沥青的表面自由能。     

聚氨酯改性沥青改性机理和性能

为了解决聚合物改性沥青储存稳定性差、易离析、易老化等问题, 利用聚氨酯(PU) 对沥青进行化学改性; 制备了PU改性沥青, 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、动态热机械分析(DMA) 和差示扫描量热法(DSC) 试验研究了PU改性沥青的改性机理, 采用Brookfield旋转黏度试验、动态剪切流变(DSR) 试验、低温弯曲梁流变(BBR) 试验、旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT) 和紫外老化试验等评价了PU改性沥青、SBS改性沥青和70#基质沥青的性能。研究结果表明: 圆盘锯齿式搅拌器可以很好地暴露沥青中的活性基团, 使PU达到较好的改性效果; PU改性沥青中主要存在2种反应, 一是异氰酸酯与多元醇之间反应生成氨基甲酸酯, 二是异氰酸酯与沥青质中的芳香族化合物之间发生加成反应; PU改性沥青的高温布氏黏度高于同温度下的SBS改性沥青, 且64℃时的抗车辙因子是SBS改性沥青的6倍左右, 说明其高温性能非常优异; PU改性沥青RTFOT前后针入度比达到了85%, 软化点变化幅度为0.5℃, 说明其抗热氧老化性能非常优异; 在紫外老化试验中, PU改性沥青软化点和针入度变化范围分别为1℃~4℃和0.1~0.3 mm, 说明其抗紫外老化性能非常优异。      

SBS改性沥青的改善机理及相容稳定性

SBS改性沥青与普通沥青相比,其路用性能得到大幅度的提高。就SBS改性沥青的改善机理进行了试验研究,通过对沥青组分分析发现,随着改性剂剂量的不同,由于高聚物的吸胀作用,沥青中的饱和分的减少量呈抛物线的变化趋势,而沥青质和胶质的增加量可以近似地拟合为多项式;SBS改性沥青的相容稳定性不仅与SBS的结构有关,还与改性剂的剂量和沥青种类有关。研究结果表明,L-SBS的相容稳定性比S-SBS的稳定性好,饱和分、胶质含量较多的沥青,与SBS的相容稳定性较好。     

沥青路面抗滑性能研究

沥青混合料路用性能所表现的不规则性、不确定性、模糊性、非线性等特征是其微观结构复杂性的反映.而实验室简化的常规试验分析、评价方法不能很好地表征沥青混合料复杂微观结构的实际情况.针对沥青路面材料的试验参数与实际路用参数的相关性差的情况,计算了沥青路面表面微观凸凹分形维数对混合料抗滑性能的影响,提出了一种能定量评价沥青混合料宏观抗滑性能与其微观级配关系的方法.     

氧化石墨烯复配多聚磷酸改性沥青流变特性及抗热氧老化性能

采用动态剪切流变(DSR)、多重应力蠕变恢复(MSCR)及弯曲梁流变(BBR)试验,研究了掺加氧化石墨烯(GO)、多聚磷酸(PPA)及其复配改性沥青老化前后的流变特性与抗热氧老化性能,并通过凝胶渗透色谱(GPC)分析了沥青不同热氧老化状态下的分子量。结果表明：掺加氧化石墨烯、PPA能显著改善沥青的高温抗变形能力和弹性变形恢复能力,与SBS改性沥青相比,氧化石墨烯复配PPA改性沥青老化前后的抗车辙因子更大,不可恢复蠕变柔量更小,且老化前后各项指标变化幅度更小,其高温抗变形能力、弹性恢复性能及抗高温热氧老化性能优于SBS、SBR改性沥青;通过氧化石墨烯复配PPA显著降低了老化前后沥青的劲度模量及老化后劲度模量的增幅,有效改善了沥青的低温抗变形能力及抗低温老化性能,其低温抗裂性能与SBR改性沥青相当;老化前后氧化石墨烯复配PPA改性沥青不同分子量的分布区域更窄,RTFOT、PAV老化后,氧化石墨烯复配PPA改性沥青的分子量(M_w、M_n)及分散系数d的变化幅度相较于SBS、SBR改性均更小,其抗热氧老化稳定性更强。     

自研发微晶蜡类温拌改性剂微观性能试验研究

借助微观试验对以费托蜡为主要原料的自主研发微晶蜡类温拌沥青改性剂性能进行评价,通过气相色谱、差热分析、红外光谱等微观试验表明,自研发温拌改性剂分子结构、化学组成和纯度较好;温拌改性沥青的基本性能试验与SHRP性能试验表明,相较于基质沥青,温拌沥青高温粘度降低,软化点显著提高,并使基质沥青提高了一个高温PG等级,说明自主研发的温拌改性剂具有较好的降粘与提高高温性能的功能。     

荒漠地区常用沥青高温流变性能试验分析

为研究荒漠地区4种常用沥青流变性能,按照规范采用DSR试验设备对原样沥青的流变参数进行对比分析,得出荒漠地区四种常用沥青流变性能规律。结果表明：相位角δ变化规律排序为：橡胶改性沥青＞ SBS改性沥青＞KLMY 70＃＞KLMY 90＃;复数剪切模量变化规律排序为：橡胶改性沥青＞ SBS改性沥青＞ KLMY 90＃＞KLMY 70＃;抗车辙因子G*／sinδ变化规律排序为：橡胶改性沥青＞ SBS改性沥青＞ KLMY 70＃＞ KLMY 90＃。研究表明,掺入橡胶粉的改性沥青可显著提高沥青的抗剪切的流变性能。研究结果可为荒漠地区高温条件下掺入橡胶粉改性剂的沥青路面提供长寿理论支撑和技术指导。     

新疆乌尔禾岩沥青对克90沥青的改性试验研究

不同的基质沥青在选用崭沥青作为改性剂的时候,由于其组分不问。试验参数也不相同。以新疆鸟尔禾岩沥青为改性剂,克托玛依90号沥青为基质沥青,通过改性试验研究,测定改性沥青的三大指标及粘度,确定乌尔禾岩沥青仵克拉玛依90号沥青中的最佳掺量、最佳搅拌时间及最佳溶人温度。研究表明,不同的试验参数对岩沥青的改性效果有重要影响,选用合理的试验参数对岩沥青的改性效果有重要意义,为岩沥青在道路改性方面的推广使用提供一定的理论依据。     

有机改性活性矿物的微观结构分析

有机活性矿物的改性再利用可以提高沥青混合料路用性能,节约道路工程造价.文章利用电子显微扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、激光粒度分析仪和红外光谱（IR）等技术研究了有机改性活性矿物的微观结构.研究结果表明,有机改性活性矿物的中粒径D50为31.90 μm,且含有大量的微纳米级SiO2颗粒,能够有效地改善沥青混合料的性能;有机改性组分有可能是具有C=C双键的醇类有机物.     

沥青四组分和沥青的热失重分析

采用热失重分析仪(TGA)对沥青四组分及几种基质沥青进行非等温热失重分析,研究表明,饱和分、芳香分、胶质、沥青质开始迅速分解时的温度分别为300℃,412℃,438℃,472℃;含饱和分较多的沥青分解温度较低。在沥青进行改性及储存的施工温度为160℃~180℃时对饱和分及芳香分进行等温热失重分析,研究表明,在160℃~180℃饱和分和芳香分会产生较大的损耗,饱和分和芳香分在180℃恒温3 h的质量损失为160℃的3倍左右;不同产地的沥青由于饱和分和芳香分含量的差异其损耗程度不相同;热储存中,饱和分含量低的沥青在较短时间内质量损失趋于稳定,饱和分含量高的沥青随着储存时间延长质量损失仍较严重。     

掺加废旧轮胎热解油的聚合物改性沥青性能研究

对废旧轮胎进行真空裂解,可以得到两种残留热解油H09和H18。通过SHRP以及常规沥青性能的相关试验可知,在常温和高温条件下,向沥青中加入聚合物和H18热解残留物可以改善沥青的性能。通过采用光学显微镜对改性沥青的微观结构进行观察分析,可知奥氏熟化机制对离散的聚合物产生微相分离的作用非常小。研究发现,聚乙烯结构在混合物中的变化与沥青的类型无关;SHRP体系中高温标准与环球法高温标准在系统上有20℃的差异;含10%H18和1%聚合物的沥青混合物高低温性能最好。     

橡胶沥青碎石封层设计及性能试验研究

橡胶沥青碎石封层具有延缓反射裂缝、加强层间结合、抗水损坏等作用。结合西安咸阳国际机场专用高速公路工程,确定了橡胶沥青碎石封层的设计参数;并结合剪切和拉拔试验,对其与SBS改性沥青、SBS改性乳化沥青、热沥青等不同沥青结合料碎石封层的综合性能进行了分析评价。结果表明橡胶沥青碎石封层的粘结性能、抗剪切性能良好。     

布敦岩沥青无机粉粒微观特征及改性机理

为了研究布敦岩沥青（Buton rock asphalt,BRA）中天然无机粉粒在沥青混合料改性过程中的作用,对布敦岩沥青中天然无机粉粒的特性和改性效果进行了分析. 利用X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、扫描电子显微镜（scanning electron microscopy,SEM）测定了无机粉粒的X射线衍射谱和微观图像;通过K值法和灰度图像处理,分析了布敦岩沥青中的天然无机粉粒的矿物组分、微观特征及其形成机制;采用动态剪切流变试验和混合料性能试验,测定了天然粉粒对胶浆和混合料性能的影响. 结果表明:布敦岩沥青中天然无机粉粒含有约85%的碳酸岩,主要由古海洋生物残骸形成;其余约15%成分为石英、云母和石膏,比例约为7∶6∶1,颗粒表面覆盖的层状和片状晶体构成的微观粗糙构造的面积可达80%以上;原始微观形貌特征和有机胶结料对粉粒微观构造的填充状态是影响天然粉粒改性效果的主要因素,以天然无机粉粒取代机制矿粉使沥青胶浆车辙因子最多提高0.524 kPa,动稳定度提高18.8%,冻融劈裂强度提高5.1%,冻融劈裂强度比提高至83.5%以上;复合改性时,天然无机粉粒能够作为助剂改善沥青质改性胶结料和沥青混合料的性能. 当采用天然沥青质改性时,无机粉粒使沥青胶浆车辙因子提高0.674～0.910 kPa,动稳定度提高21.1%～25.6%,冻融劈裂强度提高3.5%～5.6%,冻融劈裂强度比由85%提高至90%以上.