纳米TiO_2/MMT/SBR复合改性沥青抗老化性能评价及机理分析

针对西部高原地区年平均气温低、紫外线辐射强,沥青路面易产生老化的问题,采用纳米TiO_2/MMT/SBR改性剂制备复合改性沥青,通过高温动态剪切、低温弯曲梁流变和布氏旋转黏度试验对改性沥青热氧老化、光氧老化前后的流变性能进行评价,利用红外光谱试验揭示改性剂的作用机理。结果表明:纳米TiO_2/MMT/SBR复合改性沥青高温性能、低温性能及抗老化性能得到改善;分析改性沥青羰基指数可得纳米TiO_2/MMT、纳米TiO_2/MMT/SBR组试样的抗老化性能远优于其他组合,通过分析砜基、砜类官能团含量可知MMT能抑制亚砜基进一步氧化成砜类。     

丁苯橡胶-韧性聚苯乙烯复合改性沥青制备工艺及老化性能研究

为克服应用于高海拔山区SBR改性沥青高温性能不足的弊病,本文通过添加SBR和TPS改性剂制备复合改性沥青,系统研究了剪切速率、剪切温度等因素对复合改性沥青路用性能的影响,最终确定了复合改性沥青最佳制备工艺,并在此基础上确定了其改性剂合理掺量;进一步研究了SBR-TPS复合改性沥青经短期老化、长期压力老化、紫外老化前后其路用性能变化,对SBR-TPS复合改性沥青的抗老化性能进行评价。结果表明：剪切温度和剪切时间对复合改性沥青高低温性能影响较大,而其他因素影响相对较小,改性剂的合理掺量为4%SBR+6%TPS;相较于SBR改性沥青,SBR+TPS复合改性沥青抗老化能力尤其是抗紫外老化性能得到了显著提升。     

Sasobit改性沥青技术性能研究

为了探讨Sasobit作为沥青改性剂的适用性及优越性,分别对不同掺量Sasobit改性沥青进行常规性能试验及Superpave评价指标试验,并与基质沥青和SBS改性沥青的相关性能指标进行对比分析.结果表明:Sasobit改性剂可显著改善沥青的高温性能及施工和易性,同时对沥青的抗老化性能、感温性能也具有一定的改善作用,但对低温性能却有一定的不利影响.综合改性沥青材料的性价比,推荐Sasobit改性剂的最佳掺量为3.0%,能够保证改性沥青提高一个高温等级,同时低温等级保持不变.     

基于正交试验的纳米ZnO/SEBS复合改性沥青性能

为使改性沥青混合料具有良好的性能,能够在一些极端环境下正常使用,选择纳米ZnO和（苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯）SEBS两类改性剂复合对70号沥青进行改性。利用正交试验对复合改性沥青的制备方案进行优化,并通过布氏旋转黏度、针入度、延度、软化点和高低温流变等实验,对纳米ZnO、SEBS、纳米ZnO/SEBS改性沥青以及基质沥青的粘滞性、温度敏感性、高低温流变性能以及PG连续分级进行比较分析,以此确定最优配方。试验结果表明,纳米ZnO/SEBS复合改性沥青最优制备改性剂掺量为3%纳米ZnO+5%SEBS,最优制备方案为先加SEBS后加纳米ZnO;此掺量复合改性沥青的温度敏感性显著降低,低温抗裂性能以及PG连续分级的高低温服务温度范围均有明显改善,对沥青高温性能提升最为显著。     

生物炭改性沥青的路用性能

为改善沥青的路用性能并兼顾环境效益,选择生物炭对沥青进行改性,采用高速剪切法制备不同掺量的生物炭改性沥青,通过沥青三大指标试验、60℃动力黏度试验、布氏旋转黏度试验(RV)、旋转薄膜烘箱老化试验(RTFOT)等对其进行性能评价。试验结果表明,生物炭可有效提高沥青材料的高温性能及温度稳定性,其掺量达到12.5%时改性效果为最佳;生物炭改性沥青的动力黏度和布氏黏度均随生物炭掺量的增加而不断增大,表明生物炭改性剂具有显著的增稠作用,可提高改性沥青的黏结及抗流动变形能力;不同生物炭掺量的残留针入度比均高于基质沥青的,软化点增量均小于基质沥青的,生物炭改性沥青的抗老化性能得以改善。此外,生物炭沥青的应用具有良好的环境效益和经济效益。     

耦合作用下高粘沥青老化性能的非线性预测

为解决高粘沥青热氧老化预估研究不足的问题,选用辽河90~#沥青,国产OLB-1型高粘改性剂制备高粘改性沥青.采用旋转薄膜烘箱对高粘改性沥青进行短期老化,测试不同高粘改性剂掺量下的软化点、针入度、5℃延度.研究结果表明:通过试验结果建立非线性高粘沥青老化方程,能够精准预测高粘沥青经任意时间和任意掺量老化后的性能指标.通过层次分析法确定出指标权重,以灰色关联度作为评判准则,选出抗老化性能优良的改性剂掺量.研究结论突破了高粘沥青在时间与掺量耦合作用下的老化研究,有助于对沥青抗老化性能的评价和预测.     

SEBS改性沥青的路用性能研究

为了改善沥青混合料的路用性能,选择经在SBS基础上对聚丁二烯加氢得到的SEBS作为新型沥青改性剂,采用高速剪切法制备出不同掺量(0%、4%、5%、6%、7%、8%)SEBS改性沥青。通过针入度、软化点、延度、布氏旋转黏度、短期老化模拟(RTFOT)等试验对其温度敏感性、高温稳定性、低温抗裂性、粘滞性以及抗老化性等对比分析,综合评价其路用性能。试验结果表明,SEBS作为改性剂不仅能显著降低改性沥青的温度敏感性,还能有效提高其高温稳定性、稠度和黏度,并随着改性剂掺量的增加改善效果愈发显著;对改性沥青的低温抗裂性和抗老化性能相较于基质沥青均有显著的改善作用,但当掺量高于5.0%以后开始呈现下降趋势;综合考虑性能和经济效益,推荐SEBS作为沥青改性剂的最优掺量为5.0%。     

NOMMT/SBS复合改性沥青流变性能

为了研究纳米有机蒙脱土(NOMMT)与SBS两种改性剂对沥青流变性能的影响,采用熔融插层复合法,将改性剂与基质沥青熔融共混,制备了6种不同NOMMT、SBS改性剂掺量的NOMMT/SBS复合改性沥青.通过动态剪切流变(DSR)与弯曲梁流变(BBR)试验,分析不同的温度、NOMMT及SBS掺量和老化条件下的沥青流变性能.结果表明,SBS改性剂对基质沥青的高温稳定性和低温抗裂性具有良好的改善作用,且改善效果与SBS掺量有关;添加NOMMT不仅可有效增强SBS改性沥青的高温稳定性和低温抗裂性,而且显著提高其抗老化性能.此外,在研究的NOMMT和SBS掺量范围内,添加2%NOMMT和3%SBS改性沥青老化前后的高温稳定性和低温抗裂性最好.     

不同改性剂改性基质沥青性能试验

为系统地评估不同改性剂对基质沥青各项性能指标的改性效果,选取LDPE和SBS等五种聚合物及两种纳米材料作为改性剂,分别在三种掺量下改性70~#基质沥青。通过比较改性沥青的高、低温性能、感温性能和延性,评估不同改性剂在不同掺量下的改性效果。研究结果表明,SBS对基质沥青各项性能指标的改善效果最为突出,旧LDPE的综合改性效果优于新LDPE,废旧胶粉在改善低温性能方面较为显著,SBR可在改善基质沥青高、低温性能的同时显著地提高延度,纳米ZnO和纳米TiO_2在提高延度(15℃)方面效果较为突出,旧LDPE、SBS、废旧胶粉及SBR四种材料的综合改性效果较为优异。     

基于正交试验的SEBS/橡胶粉复合改性沥青性能分析

为获得性能优异的改性沥青混合料,选用苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrene ethylene butadiene styrene,SEBS)和橡胶粉对沥青进行复合改性,采用正交试验设计优化复合改性沥青的掺配方案,同时选用三大指标、布氏旋转黏度、短期老化模拟(RTFOT)等试验对复合改性沥青、橡胶改性沥青、SEBS改性沥青、基质沥青的黏滞性、高温稳定性、低温抗裂性、感温性及抗老化性进行对比分析,综合评价其路用性能.正交试验结果表明,SEBS、CR的最优复合掺量分别为5％和16％,最佳制备方案为SEBS和CR同时加入;采用本文方法制备的SEBS/CR复合改性沥青可降低沥青感温性能,改善低温抗裂性能和抗老化性能,对高温稳定性的改善效果尤为明显;此外需考虑目标需求及温差变化较大时复合改性沥青的掺配比例.     

高性能高黏改性沥青高低温性能研究

为进一步提升材料的黏结能力与耐久性,特研发HVA-H高黏改性剂,使用此种改性剂与SBS改性沥青在合理剪切工艺下,制备出一种高黏改性沥青。通过荧光显微镜观察HVA-H高黏改性剂掺量分别为4%、6%、8%、10%时高黏改性沥青的分散性,确定最佳掺量,并将其与试验室原有的高黏改剂和其它厂家高黏改性剂进行对比分析研究。结果表明：HVA-H高黏改性剂最佳掺量为8%,HVA-H高黏改性沥青高低温性能优于HVA高黏改性沥青和其它厂家高黏改性沥青;且拉伸柔量指标与BBR试验结果之间存在相关性,可精确评价改性沥青的低温性能;Carreau模型比Cross模型拟合精度更高,在实际应用中可通过Carreau模型拟合零剪切黏度,对研究改性沥青高温性能有较好的指导作用。     

氧化石墨烯（GO）对沥青抗老化性能的影响研究

氧化石墨烯(GO)是近年来逐步应用于道路工程的一种新型的无机纳米材料,是有效改善沥青物理性能和抗老化能力的潜在材料.为了探究GO能否提高沥青的抗老化性能,采用GO对70#基质沥青进行改性,探究了不同GO掺量(0%、0.5%、1%、2%、3%)对沥青的改性效果.通过不同掺量对照组的三大指标试验(针入度、软化点和延度)、薄膜烘箱实验(RTFOT)和压力老化容器实验(PAV)评价改性沥青的老化性能,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)测试在不同GO掺量和不同老化时间条件下的羰基指数和亚砜指数.研究结果表明,随着GO掺量不断增加,GO改性沥青的软化点不断增大,针入度逐渐减小,延度明显降低,GO的添加可在一定程度上降低沥青内部组分发生变化的程度;当GO掺量为2%时,可以明显可以改善基质沥青的老化性能;GO掺量2%的改性沥青在RTFOT和PAV老化之间的增长斜率略小于GO掺量1%改性沥青,GO掺量2%的改性沥青与GO掺量3%的改性沥青增长斜率几乎保持一致;GO的掺入可以降低沥青中极性官能团在老化过程中的生成量,可以有效地阻隔沥青中小分子的扩散,延缓老化中发生的化学反应.     

SBS改性沥青与石料的剪切性能

针对水煮法评价SBS改性沥青与石料间黏附性的局限性,以沥青与石料的黏结机理分析为基础,设计了基于剪切试验的沥青与石料黏附性评价方法,提出了以剪切强度作为黏附性定量评价指标,通过剪切试验,验证了剪切强度指标的可行性,分析了SBS改性剂类型、掺量和试验温度对SBS改性沥青与石料黏结作用的影响.结果表明:SBS的掺入显著改善了沥青与石料的黏结作用;随SBS掺量的增加,改性沥青与石料的黏结作用有明显的增大,当掺量为4%时,SBS改性沥青与石料的剪切强度较基质沥青提高约100%;同时,也说明剪切强度指标可定量评价沥青与石料的黏结效果,从而为改性沥青的性能评价和质量控制提供参考.     

基于复合纳米光催化材料的隧道尾气降解研究

将复合光催化材料TiO_2-CeO_2应用于隧道钢渣沥青混合料中,研究复合光催化材料TiO_2-CeO_2对隧道内汽车尾气的降解效能.首先研发了一套能模拟隧道环境的尾气降解试验装置,然后研究了复合光催化材料TiO_2-CeO_2对隧道钢渣沥青混合料路用性能的影响,最后通过降解效能与降解速率的评价得出了复合光催化材料TiO_2-CeO_2在隧道钢渣沥青混合料中的最佳用量.结果表明:将复合纳米光催化材料应用于隧道钢渣沥青混合料中,在纳米TiO_2的掺量为50%、纳米CeO_2掺量为0.7%时会达到光催化效率、光催化效能的峰值,该掺量下对NO和HC的降解效率峰值高达89%和95%,30 min内降解速率分别高达626.3 mg/(m~3·min)和74.75 mg/(m~3·min),且隧道钢渣沥青混合料的路用性能符合要求.     

青川岩沥青改性沥青及其混合料技术性能研究

为了探究青川岩沥青对改性沥青及其混合料性能的影响,对掺量为6%、8%、10%、12%的改性沥青及基质沥青分别进行动态剪切流变试验和重复蠕变试验,由此确定青川岩沥青的最佳掺量,并对最佳掺量的青川岩沥青改性沥青混合料与基质沥青混合料进行路用性能试验研究.结果表明:掺量为8%时,改性沥青的综合性能最佳;岩沥青的添加可有效改善沥青混合料的高温稳定性能、水稳定性能,但对低温抗裂性能的影响,还需通过进一步的试验研究加以验证.     

废旧油毡在沥青混合料中再利用的性能提升

为实现废弃油毡(RPAF)在沥青路面工程中的资源化再利用,采用马歇尔设计方法确定了4种不同掺量(0%、10%、20%、30%,质量分数,下同)废弃油毡沥青混合料的最佳油石比,并在此基础上对比研究了其高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、老化性能、疲劳性能及黏弹特性。研究结果表明：废弃油毡可作为一种新型改性剂,用于制备改性沥青和沥青混合料。与基质沥青混合料相比,废弃油毡改性沥青混合料的最佳油石比随废弃油毡掺量的增加逐渐增大。当废弃油毡掺量由0%增至30%,废弃油毡改性沥青混合料的高温性能持续提升,混合料的抗水损性能、低温性能、抗老化性能和耐久性能均呈现先增强后减弱的变化趋势。同时,废弃油毡的掺入会影响混合料的温度敏感性。     

采用天然岩沥青改性的沥青混合料路用性能

以SK 70#沥青作为基质沥青,选用青川天然岩沥青作为外掺剂制备改性沥青混合料,通过车辙试验、动态蠕变试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和低温小梁弯曲试验等室内试验,测试和评价改性沥青混凝土的路用性能,并分析岩沥青改性剂对混合料路用性能的影响.研究结果表明:掺入岩沥青改性剂后,岩沥青改性沥青混合料的高温性能、力学性能、抗疲劳性能和抗水损害能力有所提高,低温性能有所降低;但随着岩沥青掺量的增加,其对混合料路用性能的影响逐渐减弱,实际工程中,建议岩沥青的适宜掺量为8%.     

欧洲岩沥青改性沥青结合料使用性能试验研究

为探讨欧洲岩沥青改性沥青结合料使用性能的影响,在25%范围内对不同掺量的岩沥青改性沥青结合料进行实验室试验,并通过试验结果分析了基质沥青和改性沥青结合料的针入度、针入度指数、当量软化点、当量脆点、软化点、延度、黏度、RTFOT老化后的质量损失、残留针入度比和沥青老化指数等技术参数.试验结果与分析表明,随着岩沥青掺量的增加,岩沥青改性沥青结合料的高温性能、感温性能、可使用温度范围和抗老化性能得到明显改善.然而,随着岩沥青掺量的增加,岩沥青改性沥青结合料的低温性能与延度有所下降,有必要通过沥青混合料试验进一步评价岩沥青改性沥青的使用性能,尤其是低温特性.     

增塑剂对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯改性沥青低温性能的影响

为改善苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)改性沥青在严寒地区的低温性能,以SBS改性沥青为基础,掺加邻苯二甲酸二辛酯(DOP)和己二酸二辛酯(DOA)2种增塑剂,采用弯曲梁流变(BBR)试验对未老化与短期老化(RTFOT)条件下各沥青低温性能进行测定,并通过低温连续分级温度(TLC)及松弛时间(λ)等指标评价沥青的低温性能,结合傅里叶转变红外光谱(FTIR)设备探究增塑剂对于沥青性能变化的作用机理。结果表明,增塑剂可明显降低SBS改性沥青的劲度模量,提高蠕变速率,改善效果随增塑剂掺量增大而提高,对比老化前后沥青指标发现,增塑剂可降低SBS改性沥青老化前后性能差异。在相同增塑剂掺量条件下,脂肪族二元酸酯类增塑剂DOA对沥青低温性能改善效果最佳,邻苯二甲酸酯类增塑剂DOP抗老化效果最好。低温连续分级温度(TLC)及松弛时间(λ)等指标对于掺加增塑剂的SBS改性沥青低温性能具有良好的区分度。通过FTIR分析可知增塑剂对于SBS改性沥青低温性能及抗老化性能的作用机理。     

接枝杜仲胶改性沥青路用性能

为了进一步完善SBS改性沥青性能,降低合成高分子改性剂受原油价格和产量的影响程度,在天然高分子材料杜仲胶上接枝能与沥青氮基反应的官能团马来酸酐,形成一种新的天然沥青改性剂接枝杜仲胶.分析了接枝杜仲胶的生成方法与改性沥青的机理,根据杜仲胶接枝产物的红外光谱,确定了接枝产物的物理表征.将接枝杜仲胶与SBS复合后改性沥青,进行了沥青和沥青混合料的高低温和老化性能试验.试验结果表明:当小于2%掺量的接枝杜仲胶加入SBS改性沥青后能提高其高温和抗老化性能,不降低低温性能,而且1.5%掺量接枝杜仲胶对SBS改性沥青性能提高最为明显;接枝杜仲胶取代一部分SBS后,沥青混合料除了低温性能相当外,强度、高温和水稳性能均得到不同程度的提高.接枝杜仲胶取代一部分SBS后不降低而是增强了改性沥青的使用品质,也减少了合成高分子材料的用量.