文摘

冷回收技术是一种广泛应用于沥青路面改造技术。水蒸发后乳化沥青残留物的性质起着重要的作用在沥青路面的性能。探讨乳化沥青残留物的流变和疲劳性能在不同蒸发的方法。选择两种不同的基质沥青粘结剂和乳化剂的乳化沥青做准备。此外,直接加热方法(DHM)和EN13074 ASTM D7497-09蒸发方法被用来获取乳化沥青残留物。此外,线性粘弹性,抗永久变形,温度和抗疲劳强度评估的扫描和频率扫描测试,多重压力蠕变恢复(MSCR)测试,和线性振幅扫描(LAS)测试,分别。试验结果表明,在三个蒸发条件下,增长幅度的车辙因子,采收率,复杂的模量,和乳化沥青残留物的疲劳寿命是ASTM D7497-09 > EN13074 > DHM,正如的衰减幅度秩序是不可恢复的蠕变柔量和相位角。研究结果表明,蒸发过程会导致残留的氧化和硬化。ASTM D7497-09蒸发法的硬化程度高于EN13074蒸发的方法,和硬化程度的EN13074蒸发方法比直接加热的方法。乳化沥青残留物的流变和疲劳性能取决于基质沥青。 Moreover, the residue that was prepared from 70# asphalt has good high-temperature and fatigue properties, but it has higher temperature sensitivity and stress sensitivity.

1。介绍

乳化沥青冷再生混合已经成为最受欢迎的方法对沥青路面养护,康复,和强化,与优良的路面性能的优势,资源节约和环境友好(1- - - - - -4]。研究发现沥青乳液有实质性影响的流变特性和冷再生混合的机械性能5,6]。此外,乳化沥青的性能主要取决于技术属性后残留的水分蒸发。乳化沥青残留物是用作乳化沥青的主要规范和质量控制参数(7),并且其性能与服务期间的特征。因此,有必要恢复残留并研究它们的属性。

类似于沥青粘结剂,乳化沥青残留物粘弹塑性材料。流变测量已被证明是一个有利的方法优化乳化沥青残留物的复苏方法(8- - - - - -10]。常见的残渣复苏方法包括蒸馏、蒸发水分分析仪平衡(MAB) [11),和果汁(搅拌气流测试用氮气)方法(12]。蒸馏方法,如ASTM D6997和ASTM D7403,更科学的残留物收集方法和更广泛用于恢复乳液残渣(13,14]。然而,蒸馏方法容易导致老化甚至损坏乳化沥青残留物的微观结构由于其高温(15]。因此,残渣通过蒸馏方法将不会有相同的属性,获得该领域的(5,16- - - - - -18]。蒸发方法主要包括真空干燥法、空气吹蒸发法、低温蒸发干燥方法和其他方法。伊斯兰教等。19)准备乳化沥青残留物的真空干燥方法和研究变量包括固化时间的影响,温度、压力和真空回收沥青乳液的流变性能残留。直接加热方法主要用于中国和日本,和运营商的熟练水平显著影响实验结果(20.,21]。高和庞22)获得了乳化沥青残留物的直接加热方法,建立了流变参数和道路之间的关系由界面流变学和动态剪切流变学性能指标。低温蒸发方法受到研究者的青睐,因为蒸发温度接近乳化沥青的应用温度。Hanz et al。17)使用ASTM D7497-09蒸发方法获取乳化沥青残留物和流变测试进行不同固化时间的残留物。徐et al。9]EN13074复苏方法,提出了使用方法(包括经济复苏和稳定过程在中等温度下)获取残留、矩阵和相应的沥青粘结剂治疗通过相同的方法进行比较。

然而,残留物的性质不同的蒸发方法得到的是不同的。一些研究者比较和分析了不同的蒸发方法对乳化沥青残留物的性能。Malladi et al。23]相比,真空干燥过程与AASHTO PP72过程,发现vacuum-dried残留是柔软和粘性比的残留恢复AASHTO PP72过程。Marasteanu和Clyne5)使用用空气处理和RTFOT-curing恢复残留和评估残留的低收入和高温性能。结果表明,残留RTFOT治愈的硬,特别是聚合物修改后的残留物。

总之,乳化沥青残留物研究主要关注的是残渣采集方法和流变学性能的影响,很少涉及蒸发残留物性能的方法。虽然低温蒸发方法的蒸发温度较低,蒸发时间更长。与其他方法相比获得乳化沥青残留物,是否会影响乳化沥青残留物的性能需要进一步的研究。此外,很少有研究疲劳乳化沥青残留物的性质,和沥青结合料的抗疲劳强度显著影响沥青混合料的整体疲劳性能(24]。因此,基于实验的影响蒸发方法乳化沥青残留物的高温性能和疲劳性能是系统研究,和冷再生乳化沥青材料的特点属性是准确的特点,从而指导工程实践。

2。材料和测试方法

2.1。材料

70 #沥青是由Guangraokelida石化科技有限公司有限公司,山东,中国,和90 #沥青是由SK有限公司有限公司、韩国。乳化剂kzw - 803 l和Redicote e - 4875是由Kangzewei科技有限公司有限公司,天津,中国,和阿克苏诺贝尔公司有限公司有限公司,上海,中国,分别。两种乳化剂是棕色液体,易溶于水。固体kzw - 803 l乳化剂含量超过50%,固体含量的Redicote e - 4875乳化剂是48 - 53%。技术信息表中给出的沥青粘结剂和乳化剂1和2,分别。模型的胶体磨RINKMD-1,捏造在德国,被用来准备乳化沥青。介绍了乳化沥青的制备过程如图1(25]。准备的乳化沥青被称为K和E乳化沥青。

表1
70 #和90 #的属性矩阵沥青粘结剂。
表2
在乳化剂的技术信息。

图1
乳化沥青的制备。
2.2。测试方法
2.2.1。乳化沥青残留物的复苏

直接加热方法(20.)和EN13074 ASTM D7497-09(方法一)蒸发方法(16)选择乳化沥青残留物做准备。图2显示了乳化沥青残留物的过程获得EN13074蒸发法和ASTM D7497-09(方法)。

(一)
(一)
(b)
(b)
图2
乳化沥青残留物的恢复过程,(a)根据EN13074乳化沥青残留物的恢复过程,(b)的恢复过程,根据ASTM D7497-09乳化沥青残留物。

恢复残留的重量和初始乳化沥青是记录和用于计算水损失比例的乳化沥青。失水率结果呈现在图3。超过86%的水被蒸发在第一阶段。42小时后,失水率最低限度增加,乳化沥青残留物48小时后仍含有少量的水。米切尔et al。26]使用尺寸排阻色谱法(SEC)评估残留水的存在并确定低温蒸发方法得到的残渣含有水。然而,剩余的水残留的存在所获得的ASTM D7497-09和EN13074蒸发方法并不影响残留的流变特性(19,23]。在相同的蒸发条件下,乳化沥青的失水率与乳化剂的类型。此外,乳化沥青的失水率小于EN13074蒸发方法,根据ASTM D7497-09蒸发方法。相同的变化趋势观察90 #乳化沥青。


图3
损失的百分比乳化沥青的含水量。
2.2.2。物理性能测试

渗透的物理测试、软化点和延性进行了依照ASTM D5 ASTM D36, ASTM D113 [27- - - - - -29日),分别。渗透测试的温度是25°C,延性测试的温度是15°C。三个样本准备确保测试的可重复性,和三个结果的平均值终于获得。

2.2.3。温度扫描测试

DHR-1混合动力车流变仪(TA仪器、纽卡斯尔、特拉华州)是用来测试流变和乳化沥青残留物的疲劳性能。测试温度开始58°C和增加到82°C 6°C的间隔。应变水平为12%,和测试频率是10 rad / s (30.]。25毫米直径的平行板几何和应用1毫米差距。

2.2.4。频率扫描测试

频率扫描测试的控制压力维持在0.1%以确保残留的流变行为在线性粘弹性范围。测试角频率范围从0.1 rad / s 10 rad / s,和测试温度20°C, 30°C, 40°C, 50°C, 60°C。直径25毫米的平行板与1毫米的差距时使用的测试温度超过30°C,而平行板的8毫米直径2毫米差距时使用的测试温度低于30°C。

Christenson-Anderson-Marasteanu (CAM)模型被用来适应复杂的模量和相位角主曲线提供的材料响应(31日]。时间——温度变化的因素是装有Williams-Landel-Ferry WLF方程表达的非线性函数时(1)[32]。复杂的模量和相位角的参考温度曲线主要是40°C: 在哪里T0和T代表参考温度和实际温度,分别C1和C2拟合参数。

2.2.5。多个压力蠕变恢复(MSCR)测试

MSCR测试可以更准确地评估高温沥青粘结剂的性能(33,34]。MSCR测试采用了平行板几何25毫米直径1毫米的差距,和测试温度为64°C和70°C。的乳化沥青残留物受到10周期1秒蠕变的应力水平和9秒恢复0.1 kPa,紧随其后的是另一个10的循环蠕变和恢复3.2 kPa。不可恢复的合规的性能指标包括(Jnr)和采收率(R),它可以计算使用方程(2)和(3),分别。应力敏感性Jnr,差异J的区别吗nr值在3.2 kPa和0.1 kPa的压力水平,用方程表示(4)。 在哪里 一秒钟后,峰值应变蠕变时间; 的初剪应变周期; 是nine-second复苏后不可恢复的应变;和 蠕变应力。

2.2.6款。线性振幅扫描(LAS)测试

拉斯维加斯的测试已经开发了一个加速疲劳过程评价沥青粘结剂的抗性35,36]。拉斯维加斯过程由两个步骤(37]。首先,从0.2到30 Hz频率扫描进行应变水平的0.1%,在线性粘弹性行为的范围。这一步是用来获得的材料属性(α)。然后,乳化沥青残留物进行振荡下应变扫描以恒定10赫兹的频率与振幅线性从0.1%到30%不等。这一步的数据被用来计算损害财产通过粘弹性连续损伤力学分析(VECD)。拉斯维加斯的测试温度是25°C。乳化沥青残留物的损伤累积计算使用方程(5): 在哪里 =的初始值 从1.0%应用应变区间,MPa; =复杂的剪切模量,MPa; =应用应变,%; ,在哪里米=对数图的斜率的储能模量与应用频率;t=测试时间,年代;

之间的关系 和 可以安装使用方程(6): 在哪里C0=的平均值 从0.1%应变区间;C1和C2=曲线拟合方程的系数。

失败的损失Df的值被定义为D (t),对应的减少35% 。 在哪里f= 10赫兹;k= 1 + (1−C2)α;B=−2α。 在哪里γ马克斯=最大预期粘合剂应变。

3所示。结果与讨论

3.1。物理性能

乳化沥青残留物的物理性能测试结果如图所示4。延性试验值70 #和90 #基质沥青粘结剂是大于150厘米,被记录为150厘米。从图可以看出4对渗透蒸发方法具有重要影响和残留的延性但对软化点的影响不大。残留的渗透和延性所获得的直接加热方法是最大的,其次是通过EN13074蒸发的方法,和通过ASTM D7497-09蒸发方法是最小的。残留的软化点所获得的ASTM D7497-09蒸发方法获得的略高于EN13074蒸发方法,和残留的值通过蒸发方法都高于直接加热的方法。此外,与基质沥青相比,乳化沥青的软化点残留物增加和延性大幅减少。主要原因是乳化剂的亲水基团主要是胺组,和胺组与沥青有很强的亲和力。当胺组的内容达到一定数量时,它将结块的沥青分子之间的融合,提高沥青的性能。

(一)
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(b)
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(c)
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图4
乳化沥青残留物的表演。
3.2。线性粘弹性的乳化沥青残留物
3.2.1之上。温度扫描测试结果

车辙因子(G / sinδ)被用作索引描述沥青的高性能AASHTO M320-05 [38]。G的值 / sinδ的乳化沥青残留物获得通过不同的蒸发方法被用来分析高温性能,如图5。残留的车辙因素与温度的增加逐渐降低。因此,发情的电阻随温度的增加而减小。根据图5(一个)相同的温度下,70 # + K的车辙因素乳化沥青残留物所准备的ASTM D7497-09蒸发方法是最大的,其次是由EN13074蒸发方法,和残留的车辙因素获得的直接加热方法是最小的。70 # + E乳化沥青残留物所准备的ASTM D7497-09和EN13074蒸发方法有大约相同的车辙因素,明显高于那些通过直接加热的方法。根据图5 (b)称,蒸发方法要求每个残留的车辙因子作为ASTM D7497-09 > EN13074 > DHM。测试结果表明,粘结剂的氧化残渣复苏过程可能导致更严厉的弹性响应,和Hanz等的结果。39和伊斯兰教等。19)证实了这一结论。比较数据5(一个)和5 (b)90 #沥青粘结剂,车辙因子小于70 #沥青粘结剂,乳化沥青残留物的车辙因子,准备从90 #沥青小于的残渣,准备从70 #沥青。结果表明,基质沥青乳化沥青残留物的性质有很大的影响。

(一)
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(b)
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图5
乳化沥青残留物的车辙因子的变化与温度。
3.2.2。复杂的模量和噬菌体角主曲线

复杂的模量和相位角主曲线对应的残留使用三种方法绘制在图中恢复过来6。在较低的频率,这些曲线表明,残留的复杂的模值,由ASTM D7497-09和EN13074蒸发方法比那些由直接加热法。结果表明,ASTM D7497-09和EN13074-cured残留硬比direct-heating-method-cured乳化沥青粘合剂残留物。然而,在高频段,乳化沥青残留物不同蒸发条件下也有类似的复杂系数值。与此同时,这些曲线还表明,ASTM D7497-09和EN13074-cured残留有噬菌体角度小于direct-heating-method-cured乳化沥青粘合剂残留物。具体来说,ASTM D7497-09和EN13074-cured残留有相似的噬菌体角值70 # + E, 90 # + K和90 # + E乳化沥青粘结剂,而70 # + K乳化沥青显示小得多的噬菌体ASTM D7497-09-cured残留的角度值。影响蒸发的方法在复杂的模量和相位角的残留不同,这与乳化剂类型有很强的关系。比较图6(一)与图6 (c),斜率的乳化沥青残留物准备从70 #沥青大于残留准备从90 #沥青。因此,乳化沥青残留物,准备从70 #沥青更容易受到温度变化比乳化沥青残留物,准备从90 #沥青。

(一)
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(b)
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(c)
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(d)
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图6
主曲线的乳化沥青残留物的参考温度40°C。
3.3。永久变形阻力
3.3.1。百分比的分析不能收回的遵从性和复苏

计算性能指标,即不能收回的蠕变柔量(Jnr)和采收率(R)在数据进行了总结7和8。对于所有乳化沥青粘结剂,Jnr值的乳化沥青残留物所准备的直接加热方法显著高于由EN13074的残留物和ASTM D7497-09蒸发方法。此外,Jnr的值由ASTM的乳化沥青残留物D7497-09蒸发方法是最小的。在64°C和70°C,除了90 # + K (DHM)Jnr乳化沥青残留物被发现的值小于这些矩阵的绑定。因此,乳化剂的加入可以改善乳化沥青的抗永久变形。如图7,Jnr值的乳化沥青残留物准备从90 #沥青大于乳化沥青残留物的准备从70 #沥青,和温度越高,越大Jnr值的乳化沥青残留物。

(一)
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(b)
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图7
J nr值乳化沥青残留物(a) 64°C和(b) 70°C。
(一)
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(b)
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图8
回收率结果乳化沥青残留物(a) 64°C和(b) 70°C。

图8显示的值百分比复苏的乳化沥青残留物在不同压力和温度。蒸发方法明显乳化沥青残留物的回收率的影响,尤其在低应力水平。在三种不同蒸发条件下,所有的乳化沥青残留物显示相同的趋势:R (ASTM D7497-09) > (EN13074) > R (DHM)。这主要是因为乳化沥青残留物是在蒸发过程中,岁和残留的光组件转换成重型组件,导致乳化沥青残留物变硬和变形恢复能力增强。基质沥青百分之一恢复近0%的高压力,相比大约1%在低压力。乳化剂的加入提高了回收率矩阵的活页夹在这两个层次的压力,即0.1 kPa和3.2 kPa。此外,经济复苏百分数的残留准备从70 #沥青结合料大于乳化沥青残留物的准备从90 #沥青。从整个MSCR结果,连同发情的因素从温度扫描测试,得出一种乳化剂的存在增加了发情的阻力和沥青结合料的高温变形阻力。此外,准备从70 #沥青的残留有更好的高温性能比得到的残留物从90 #沥青。

3.3.2。应力敏感性的分析

图9介绍了Jnr,差异值结果乳化沥青残留物在不同测试温度。在64°C和70°CJnr,差异的值绑定都低于75%。除了90 # + K (EN),准备的乳化沥青残留物从90 #沥青较低Jnr,差异值比乳化沥青残留物,准备从70 #沥青。当乳化剂加入基质沥青粘结剂,Jnr,差异值增加,即夹杂物引起的乳化剂乳化沥青更敏感的压力。蒸发法的影响Jnr,差异值的乳化沥青残留物,但变化趋势是不同的。具体来说,70 # + K和70 # + E乳化沥青残留物通过ASTM D7497-09蒸发方法有最大Jnr,差异值。90 # + K和90 # + E乳化沥青残留物EN13074蒸发方法获得的最大Jnr,差异值。


图9
J nr,差异值结果乳化沥青残留物。
3.4。抗疲劳强度
3.4.1。分析参数的破坏强度和完整性

拉斯维加斯测试疲劳损伤值在表提供了不同的乳化沥青残留物3。较低的值C1和C2对应于更高的粘结剂疲劳性能(35,40,41]。根据表3,根据不同的蒸发方法,参数的值C1和C2有不同的趋势,增加或减少。很难判断乳化沥青残留物的疲劳性能。

表3
VECD分析参数结果LAS测试的乳化沥青残留物。

清楚地看到整个减少完整性的影响参数,应该评估结合疲劳损伤破坏强度之间的关系(D)和完整性参数(C),如呈现在图10。的价值C是1,这意味着沥青粘结剂不受损,和价值的C为0,这意味着沥青粘结剂完全损坏。测试结果表明,蒸发方法影响乳化沥青残留物的疲劳损伤容限。根据图10 (),在指定的损伤水平(D),由蒸发残留物的ASTM方法D7497-09最低的完整性,其次是EN13074蒸发,残留由直接加热法有最高的完整性。然而,乳化沥青残留物,准备从90 #沥青显示在不同蒸发方法更复杂的变化趋势。根据图10 (b),蒸发方法命令的完整性而言,90 # + K乳化沥青残留物如下:C (ASTM D7497-09) > C (EN13074) > C (DHM)。而90 # + E乳化沥青残留物被EN13074准备和直接加热方法有类似的完整性,其完整度显著高于由ASTM D7497-09蒸发方法。

(一)
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(b)
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图10
完整参数和破坏强度乳化沥青残留物。
3.4.2。分析周期疲劳故障的数量(Nf)

图11显示的数量在拉斯维加斯的测试周期疲劳失效乳化沥青残留物在应变2.5%水平。显著影响蒸发法和乳化剂类型的疲劳性能是通过方差分析证明了在95%的置信水平,识别蒸发法和乳化剂类型作为重要因素,和平均 值分别是0.000和0.009。根据这些数据,虽然有差异在乳剂中,蒸发方法对疲劳寿命影响最显著。如图11蒸发,这三个方法都是命令的疲劳寿命的四个乳化沥青如下:Nf(ASTM D7497-09) >Nf(EN13074) >Nf(DHM)。此外,K乳化沥青残留物的疲劳寿命大大影响蒸发的方法。根据不同的蒸发方法,疲劳寿命K乳化沥青的变化率大于E乳化沥青残留物。疲劳寿命的变化符合Hintz et al。42)报道,衰老是谁有利于疲劳性能在小应变振幅和有害的高振幅。此外,物质时代的速度取决于化学性质的乳化剂,和老化的磁化率的变化在阳离子乳剂(更为普遍42]。


图11
拉斯维加斯测试乳化沥青残留物的疲劳寿命2.5%应变水平。

解释的粘结剂化学氧化现象,通用电气等。14)和Malladi et al。23)进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试。测试结果表明,相比之下,S = O和C = O的乳化沥青残留物可以更好地描述乳化沥青的老化。然而,没有观察到明显的趋势相对氧化水平的乳液蒸发残留物,恢复使用各种方法。这个问题仍然没有解决,许多研究正在进行理解乳化沥青残留物的固化过程。

4所示。结论和建议

这项研究调查了影响蒸发的方法在乳化沥青残留物的流变和疲劳性能使用物理测试、线性粘弹性性质测试,抗永久变形测试,抗疲劳强度测试。得到了以下结论:(1)在三个蒸发条件下,残留的渗透和延性得到直接加热法是最大的,其次是通过EN13074蒸发方法,和残留的渗透和延性ASTM D7497-09蒸发方法获得的是最小的。然而,蒸发方法没有对乳化沥青的软化点残留的影响。(2)增长幅度的车辙因子和乳化沥青残留物的采收率值是ASTM D7497-09 > EN13074 > DHM,和不可恢复的衰减幅度秩序的蠕变柔量。总体结果表明,残留了ASTM D7497-09遭受更严重的老龄化比EN13074和直接加热的方法。(3)与残留物通过直接加热的方法,获得的乳化沥青残留物EN13074和ASTM D7497-09蒸发方法有更高的复杂的模量和展览相角值较低的各种频率。(4)方差分析的结果证明了蒸发方法有更重要的影响疲劳寿命的残留物。三种不同的蒸发方法根据疲劳寿命是有序的Nf(ASTM D7497-09) >Nf(EN 13074) >Nf(DHM)。(5)残留的流变和疲劳性能取决于基质沥青。与乳化沥青残留物,准备从90 #沥青,准备的残留物从70 #沥青具有良好的高温和疲劳性能,但是它有更高的温度敏感性和应力敏感性。

这项研究提供了一个有效的策略寻找一个方法最准确地反映残余粘结剂的应用领域,促进乳化沥青的应用。建议的调查残留粘结剂的化学和流变特性,从该领域应该进行识别残留恢复过程最能体现的残留粘结剂放置在现场。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金资助,中国(批准号51708513),河南省交通部的研究项目,中国(批准号2019 (J) 1)。作者衷心感谢他们的支持。