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几种改性沥青粘弹性与高温性能的评价与分析_孙艳娜

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第33卷,第4期2008年8月公路工程H ighway EngineeringVol .33,No .4Aug.,2008[收稿日期]2008—01—06[作者简介]孙艳娜(1985—),女,山东菏泽人,硕士研究生,主要从事公路路基路面材料研究与设计。

几种改性沥青粘弹性与高温性能的评价与分析孙艳娜,李立寒(同济大学道路与交通工程教育部重点试验室,上海　201804)[摘　要]在不同的试验温度下,对热老化前后的Dur oflex 改性沥青、岩沥青改性沥青和S BS 改性沥青进行动态剪切流变试验,采用相位角和车辙因子指标评价改性沥青的粘弹性特征、抗车辙能力以及温度敏感性。

试验结果表明:Dur oflex 改性剂与岩沥青均可以增加沥青的高温弹性和抗车辙能力,改性效果随着改性剂掺量增加而增大,随着温度的升高而降低,经热老化后Dur oflex 改性沥青与岩沥青改性沥青的弹性特征增强、抗车辙能力提高;S BS 改性沥青的弹性比例随着温度的升高而增大,经热老化后的弹性比例减小,但仍强于Dur oflex 改性沥青与岩沥青改性沥青;S BS 改性沥青车辙因子对温度敏感性小于Dur oflex 改性沥青与岩沥青改性沥青。

此外,采用现行Su 2per pave 胶结料分级标准,对S BS 改性沥青的分级较为合适,而对Dur oflex 改性沥青和岩沥青改性沥青可能过于苛刻。

[关键词]改性沥青;粘弹性;相位角;车辙因子[中图分类号]U 416.26 [文献标识码]A [文章编号]1002—1205(2008)04—0079—05The Evul ati on and Analysis of SeveralM odi fi ed Asphalt onViscoel asti city and Hi gh Te mperature PerformanceSUN Yanna,L IL i han(Key Laborat ory of Road and Traffic Engineering of the M inistry of Educati on ,Tongji University ,Shang 2hai 201804,China ) [Abstract]The Dur oflex modified as phalt 、r ock modified as phalt and S BS modified as phalt that both of bef ore and after ageing are test at different te mperature by use of dyna m ic shear rheol ogical,using the index of phase angle and rute divis or t o evaluate the viscoelasticity 、rutting resistance perfor mance and te mperature suscep tibility.The result confir m that:Dur oflex modified as phalt and r ock modified as phalt can i m p r ove the elatic and rutting resistance perf or mance,and the effect increase as the modified additive increase and decrease as the te mperature increase .After aging,both of the viscoelasticity and rutting re 2sistance perf or mance of Dur oflex modified as phalt and r ock modified as phalt can be enhanced;The elastic of S BS modified as phalt increase as the te mperature increase ,and decrease after aging,but still better than Dur oflex modified as phalt and r ock modified as phalt;The te mperature suscep tibility of rut divisi on of S BS modified as phalt is s maller than that of Dur oflex modified as phalt and r ock modified as phalt .Futher more,the p resent super pave grading standard of as phalt binder is app ly t o S BS modified as phalt,but more sever t o Dur oflex modified as phalt and r ock modified as phalt .[Key words]modified as phalt;viscoelasticity;phase angle;rut divis or0　前言由于近年道路交通流量的迅猛增长,货车轴载的大大增加以及交通渠化等因素的影响,现代交通对沥青路面的高温抗车辙能力的要求进一步加强,而采用高质量的沥青材料或改性沥青成为提高沥青路面质量的主要技术措施之一。

目前用于沥青路面中的改性沥青品种很多,其中S BS 改性沥青由于其优良的性能在沥青路面中得到了广泛的应用[1,2],一些提高沥青路面抗车辙能力的新型改性剂,如岩沥青和复合改性剂Dur oflex 等也受到人们的关注[3～5]。

只有充分地认识这些新材料的性能,才能　公路工程33卷合理地选择使用、充分地发挥新材料的改性效果,因此,有必要对这些材料的基本力学性能进行研究。

在沥青材料的动态剪切试验中,可以测定结合料的复数剪切模量G3和相位角δ。

其中相位角δ是施加应力与应变响应或施加应变与应力响应的时间滞后的度量,反映了材料粘性成分和弹性成分的比例,相位角越大,材料的响应越滞后,粘性成分的比例就越大,因此,可以采用相位角的变化来分析材料粘弹性的变化规律。

车辙因子的定义为G3/ sinδ,它是Super pave沥青胶结料规范中用以表征沥青结合料的抗车辙变形能力的指标,G3/sinδ越大,表征结合料的高温抗车辙能力越强。

本文借助动态剪切流变仪,采用相位角、车辙因子以及这两者与温度的关系,探讨改性剂Dur oflex和天然岩沥青对沥青粘弹性的影响,及其对沥青抗车辙能力的改善效果,并与S BS改性沥青的性能结果进行对比分析,以了解这两种改性剂对沥青高温性能的改善效果,并探讨沥青高温性能分级标准的合理性。

1　试验材料与试验设计1.1　试验用原材料试验材料为基质沥青、S BS改性沥青、复合改性剂Dur oflex改性剂与岩沥青。

基质沥青为韩国SK 的AH—70沥青,S BS改性沥青为泰普克产品,密度为1.038g/c m3,性能符合我国规范对I—D改性沥青的技术要求。

改性剂Dur oflex为德国生产的沥青改性剂(下面简称D改性剂),是由聚合物、纤维、抗老化剂以及沥青等多种成分组成的一种复合改性剂,呈颗粒状,密度为0.94g/c m3。

岩沥青为四川省开采的天然沥青产品,为黑色粉沫状。

1.2　改性沥青制备制备D改性剂含量3%、5.5%和8%(占沥青质量)、岩沥青含量4%和8%(占沥青质量)的改性沥青。

D改性沥青的制备方法为:先将基质沥青加热至流动状态,加入D改性剂,与沥青混匀。

然后将沥青加热至180℃,用高速剪切乳化机恒温剪切20m in,剪切转速为3000r/m in;随后在180℃温度下,用叶片式搅拌机继续搅拌30m in。

岩沥青改性沥青的制备方法为:先将基质沥青加热至流动状态,加入岩沥青混均。

然后将沥青加热至160℃,用高速剪切乳化机在该温度下搅拌1h。

1.3　试验方案对试验沥青进行薄膜烘箱试验(TF OT)试验,得到沥青残留物。

采用T A公司生产的CS A I型动态剪切流变仪(DSR)测各种试验沥青原样以及TF OT残留物的相位角δ、复数剪切模量G3,并计算沥青的车辙因子G3/sinδ。

DSR试验的测试条件为,原样试验沥青:角频率10rad/s,应变为12%;TF OT残留物沥青:角频率10rad/s,应变为10%。

试验温度从52℃起,以6℃间隔进行升温,直至82℃。

2　试验结果与分析2.1　沥青的粘弹性特征分析①改性剂掺量对沥青相位角的影响。

沥青的粘弹特征以相位角δ表示。

将TF OT前后D改性沥青与岩沥青改性沥青的相位角δ与改性剂掺量的关系绘制成图1。

由图1(a)可见,在同一测试温度下,改性沥青的相位角均小于基质沥青的相位角,随着改性剂掺量的增加,改性沥青的相位角呈减小趋势;在相同掺量下,岩沥青改性沥青的相位角降低幅度较大。

图1　不同改性剂掺量时改性沥青相位角的变化曲线Figure1　The curve of modified as phalt phase angle atdifferent dosage of as phalt additive由图1(b)可见,D改性沥青和岩沥青改性沥青在经热老化后,相位角进一步减小,改性剂掺量越高,降低幅度越大;D改性沥青经热老化后,相位角的降低对改性剂掺量的敏感性增加而对温度变化不敏感;岩沥青改性沥青经热老化后,相位角仍然对改08第4期孙艳娜,等:几种改性沥青粘弹性与高温性能的评价与分析　性剂掺量与试验温度有着较大的敏感性。

可见,2种改性剂均可以增加沥青的高温弹性,且随着改性剂掺量增加而增大,尤其是在经历热老化作用后,弹性比例进一步增大。

这对于沥青路面的高温稳定性和耐久性是有利的。

从相位角变化趋势上来看,岩沥青改性沥青的高温弹性对改性剂掺量及温度的变化更为敏感。

②与S BS改性沥青粘弹性特征的比较。

图2为基质沥青、3种改性沥青的相位角与试验温度的关系。

由图2(a)可见,在3种改性沥青中,S BS的相位角显著小于基质沥青和另两种改性沥青的相位角;随着测试温度的升高,岩沥青改性沥青的相位角增大,并趋于接近基质沥青的相位角, Dur oflex改性沥青的相位角随着温度的增加呈抛物线变化,这与岩沥青是一种天然沥青,其性能更加接近基质沥青,而Dur oflex改性剂中含有抗老化剂有关。

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高黏度沥青黏度的评价方法与评价指标

高黏度沥青黏度的评价方法与评价指标

第 13 卷第 3 期 2010 年 6 月
建 筑 材 料 学 报
JO U RN A L O F BU I LDIN G M A T ERIA LS
V ol .13, No .3 Jun ., 2010
文章编号 :1007-9629(2010)03-0352-06
高黏度沥青黏度的评价方法与评价指标
第 13 卷
60 km/ h , 荷载作用时间为 0 ～ 0 .01 s)中沥青路面 黏度测量 .测试原理遵循哈根-泊肃叶定律 , 该定律
上面层的剪切速率 , 结果见表 1 .由表 1 可知 , 在行 简化后可表示如下 :
车荷载作用下沥青路面上面层的剪切速率为 1 .38 ×10-3 ～ 4 .64 s-1 .这表明 , 剪切速率为 1 .38 ×10-3 ～ 4 .64 s-1所对应的黏度可以更好地表征沥青材料
李立寒 , 耿 韩 , 孙艳娜
(同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室 , 上海 200092)
摘要 :对高黏度改性沥青 、SBS 改性沥青以及 A-70 基质沥青进行真空减压毛细管试验和动态剪切 速率扫描试验 , 得到沥青的毛细管黏度和零剪切黏度 .基于 2 种黏度试验的试验原理以及沥青在路 面结构中受力状态的分析 , 对比 2 种黏度试验中沥青所受的剪切速率水平及其与路面结构中沥青 所受剪切速率水平之间的关系 .结果表明 :对于黏度大于 3 ×104 Pa ·s 的高黏度沥青 , 零剪切黏度 所对应的第一牛顿流区范围的剪切速率与沥青在路面结构中所受的剪切速率水平一致 , 零剪切黏 度可以较为合理地表征高黏度沥青在路面结构中的黏结特性 ;而高黏度沥青在毛细管试验中的剪 切速率过小 , 毛细管黏度不宜用于评价高黏度沥青材料的黏度特性 .OGF C-13 沥青混合料的飞散 试验结果验证了上述分析结果 .建议采用动态剪切速率扫描试验方法并以零剪切黏度指标来评价 高黏度沥青的黏度特性 . 关键词 :指标 ;沥青 ;高黏度 ;剪切速率 ;毛细管黏度 ;零剪切黏度 ;Carreau 模型 ;飞散试验 中图分类号 :U414 文献标志码 :A doi :10 .3969/ j .issn .1007-9629 .2010 .03 .016
不同改性沥青的软化点及动稳定度的评价与分析

不同改性沥青的软化点及动稳定度的评价与分析

不同改性沥青的软化点及动稳定度的评价与分析张国强1　黄卫东211河南省济园市建设工程管理处(济园454650);21同济大学道路与交通工程教育部重点实验室 摘要　通过对不同类型的改性沥青进行软化点及车辙试验并进行对比,发现S A S OB IT 及PE能够大幅度改善沥青的高温性能,而EVA对沥青的高温性能提高不大;软化点很难对不同类型的改性沥青的高温性能进行评级和分类,但软化点大幅度提高时,车辙试验的动稳定度也相应会有大幅度提高。

关键词　改性沥青　软化点　车辙试验　高温性能 从广义上来讲,所有加入沥青或沥青混合料中以提高沥青、沥青混合料直至沥青路面性能为目的的物质均可称为改性剂。

然而改性沥青技术发展至今,国内外的大量试验结果及实践经验表明:对于全面改善沥青的路用性能而言,效果最为明显的是聚合物改性剂。

因此,近年来国际上应用和研究最广泛的主要是聚合物改性技术。

由于高聚物材料具有独特的组成结构,因而表现出优异的力学性质。

作为改性剂的高聚物的改性功能主要有以下几点:a)提高沥青路面的高温稳定性,增强抗永久变形能力,减少车辙;b)改善沥青路面的低温性能,增强抗开裂能力,减少低温裂缝;c)提高沥青路面抗疲劳能力,减少疲劳开裂。

研究表明,不同的改性剂有不同的特点,不能用相同的指标来衡量。

本研究侧重于对改性沥青及其混合料高温稳定性指标的研究,根据我国建议的改性沥青标准,主要对沥青改性前后的软化点及车辙试验动稳定度进行评价和对比分析。

1　改性方案Ξ 为了比较不同改性剂的高温性能,本研究选用了四种国内外最常用的改性剂:PE、SBS、SBR、EVA;此外还选用了一种性能比较独特的新型改性剂:SA SOB IT,该改性剂的特点是高温性能优异,与沥青的相容性好,高温时的施工和易性较好,所需掺量较低,一般3%的掺量即能达到很好的改性效果。

所用改性剂及掺量见表1。

表1　改性剂及其掺量改性沥青掺量,%PE5S BS5S BR4EVA5S A S OB IT3 所用基质沥青选用茂名生产的70号沥青,主要性能指标如下:25℃针入度6215(1 10mm)、软化点4715℃、15℃延度大于150c m。

高黏沥青高温流变性能及其耐久性的分析与评价引言

高黏沥青高温流变性能及其耐久性的分析与评价引言

高黏沥青高温流变性能及其耐久性的分析与评价引言由于中国道路建设技术的飞速发展，道路的里程持续增长，并且在大多数地区已经实现了提供全方位交通便利的目标。

因此，对公路的耐用性，舒适性和安全性等进一步要求，成为新型路面开发的研究方向。

透水性沥青路面采用大空隙沥青混合料的表层，可实现沥青路面结构的透水和排水功能，在雨天或路面积水时确保行车安全，同时具有很高的防滑性能，抗车辙性和降噪等优点。

然而，阻碍透水性沥青路面的进一步应用和发展的主要问题是，透水性沥青路面的耐久性和机械承载能力不足，这使得在实际应用中难以满足高级公路的要求。

排水型路面主要用于多余或较高平均温度下于隧道铺路工程或桥梁路面工程。

透水性沥青混合料由于空隙的特殊结构而对材料提出了更高的要求，因此，需要高黏度沥青作为粘合剂，提升结合料的黏附性和耐久性，以确保排水混合物的粘附特性。

目前，大多数高黏度沥青材料通常具有良好的温度敏感性和高温性能。

但是，大多数高黏沥青材料的低温性能差。

因此，研究和制备具有良好的高低温性能和温度敏感性的高黏沥青材料，一直是透水性沥青路面开发的重中之重。

另一方面，随着近年来经济和工业的发展，产生了越来越多的橡胶材料废料，其中主要是废橡胶轮胎。

为了解决与橡胶废料有关的环境问题，在材料领域，将橡胶废料转化为橡胶粉废料处理一直是研究的热点。

研究表明，在沥青中添加废旧橡胶粉可以显着改善改性沥青的低温性能。

因此，将废旧橡胶粉和其他添加剂，用于制备具有良好的高温和低温性能的高黏改性沥青可作为透水性沥青路面的应用和开发的基准，并且具有更高的环境效益。

在OGFC沥青混合料中使用高黏改性沥青作为粘结剂，可改善混合料的耐久性，同时提供混合料的粘合性和封装性，并增强其抗剥落和老化性能。

因此，目前，用于OGFC路面的沥青主要是改性的高黏沥青。

改性高黏沥青可以是成品沥青或通过用高黏改性剂改性而获得的改性沥青。

高黏改性沥青的粘度较高，相应的渗透度通常较低，软化点通常达到较高的温度。

几种改性沥青粘弹性与高温性能的评价与分析_孙艳娜

几种改性沥青粘弹性与高温性能的评价与分析_孙艳娜

第33卷,第4期2008年8月公路工程H ighway EngineeringVol .33,No .4Aug.,2008[收稿日期]2008—01—06[作者简介]孙艳娜(1985—),女,山东菏泽人,硕士研究生,主要从事公路路基路面材料研究与设计。

几种改性沥青粘弹性与高温性能的评价与分析孙艳娜,李立寒(同济大学道路与交通工程教育部重点试验室,上海　201804)[摘　要]在不同的试验温度下,对热老化前后的Dur oflex 改性沥青、岩沥青改性沥青和S BS 改性沥青进行动态剪切流变试验,采用相位角和车辙因子指标评价改性沥青的粘弹性特征、抗车辙能力以及温度敏感性。

试验结果表明:Dur oflex 改性剂与岩沥青均可以增加沥青的高温弹性和抗车辙能力,改性效果随着改性剂掺量增加而增大,随着温度的升高而降低,经热老化后Dur oflex 改性沥青与岩沥青改性沥青的弹性特征增强、抗车辙能力提高;S BS 改性沥青的弹性比例随着温度的升高而增大,经热老化后的弹性比例减小,但仍强于Dur oflex 改性沥青与岩沥青改性沥青;S BS 改性沥青车辙因子对温度敏感性小于Dur oflex 改性沥青与岩沥青改性沥青。

此外,采用现行Su 2per pave 胶结料分级标准,对S BS 改性沥青的分级较为合适,而对Dur oflex 改性沥青和岩沥青改性沥青可能过于苛刻。

[关键词]改性沥青;粘弹性;相位角;车辙因子[中图分类号]U 416.26 [文献标识码]A [文章编号]1002—1205(2008)04—0079—05The Evul ati on and Analysis of SeveralM odi fi ed Asphalt onViscoel asti city and Hi gh Te mperature PerformanceSUN Yanna,L IL i han(Key Laborat ory of Road and Traffic Engineering of the M inistry of Educati on ,Tongji University ,Shang 2hai 201804,China ) [Abstract]The Dur oflex modified as phalt 、r ock modified as phalt and S BS modified as phalt that both of bef ore and after ageing are test at different te mperature by use of dyna m ic shear rheol ogical,using the index of phase angle and rute divis or t o evaluate the viscoelasticity 、rutting resistance perfor mance and te mperature suscep tibility.The result confir m that:Dur oflex modified as phalt and r ock modified as phalt can i m p r ove the elatic and rutting resistance perf or mance,and the effect increase as the modified additive increase and decrease as the te mperature increase .After aging,both of the viscoelasticity and rutting re 2sistance perf or mance of Dur oflex modified as phalt and r ock modified as phalt can be enhanced;The elastic of S BS modified as phalt increase as the te mperature increase ,and decrease after aging,but still better than Dur oflex modified as phalt and r ock modified as phalt;The te mperature suscep tibility of rut divisi on of S BS modified as phalt is s maller than that of Dur oflex modified as phalt and r ock modified as phalt .Futher more,the p resent super pave grading standard of as phalt binder is app ly t o S BS modified as phalt,but more sever t o Dur oflex modified as phalt and r ock modified as phalt .[Key words]modified as phalt;viscoelasticity;phase angle;rut divis or0　前言由于近年道路交通流量的迅猛增长,货车轴载的大大增加以及交通渠化等因素的影响,现代交通对沥青路面的高温抗车辙能力的要求进一步加强,而采用高质量的沥青材料或改性沥青成为提高沥青路面质量的主要技术措施之一。