文摘

为了评估的可能性温暖混合技术的应用在高粘度沥青混合料,本文针对温拌添加剂(wma)的表面活性剂的影响身体和流变特性的高粘度沥青(HVA)准备与自主研发的SBS / C₉石油树脂混合(SPR)修改器测量。结果表明,添加的WMA可以降低粘度和软化点但提高针对温拌HVA的渗透和延性。WMA随着内容的增加,模量、故障温度、粘度、和针对温拌HVA的回收率都增加了,然后下降,和最大值出现修改内容时1.0% - -1.5%。此外,当WMA的数量是1.5%,针对温拌HVA的低温性能达到最佳值。因此,针对温拌HVA的WMA是非常重要的,为了实现理想的流变特性,WMA的推荐量是1.0% - -1.5%。考虑经济改善和环境保护,的WMA可以增加HVA的和易性的替代。

1。介绍

多孔沥青路面有各种优点,比如高孔隙比、摩擦阻力大归因于表面粗糙,打滑和发情的阻力,和吸声降噪(1,2]。因此,它可以减少路面上的水膜厚度,喷水,在潮湿的天气和噪声,从而提高抗滑性,增强司机的安全3- - - - - -5]。因此,多孔沥青路面已经被广泛使用在许多国家(6]。由于排水功能要求,有必要意识到孔隙比大于18%的形成一个联锁通过增加数量的粗骨料骨架结构和减少细骨料在设计多孔沥青混合物;然而,结构具有较高的内部摩擦阻力和低凝聚力,和粘合剂的成键性质可以关键如果预计收购大强度和抵抗外部故障(7,8]。普通改性沥青无法满足实际应用的要求,因此HVA的应用是不可避免的9,10]。基于多年的实践经验在日本,HVA的概念,提出了改善多孔沥青混合物的长期性能和耐久性。HVA的动态粘度60°C是一个关键参数(11- - - - - -13]。其值越高,高温性能越好,变形阻力,凝聚力的沥青粘结剂(9]。然而,随着动态粘度的增加60°C, HVA在135°C的粘度也高于普通改性沥青粘结剂(14]。毫无疑问,这个问题将会增加施工的难度,从而使沥青混合物难以生产和施工压实15]。然而,正如HVA可以满足切削加工性能的要求,需要加热HVA温度较高,这可能会加速沥青的老化,增加能源消耗和有害气体排放在施工期间。这阻碍了HVA某种程度上的开发和应用16]。

针对温拌沥青技术被认为是一个有效的解决方案来提高沥青混合料的和易性和控制施工温度在一个较低水平,减少沥青的粘度。针对温拌沥青的沥青混合料相比,技术,技术可以降低混合和压实温度,从而减少能源消耗和减少有害气体的排放。因此,针对温拌沥青技术可能被归类为绿色技术对道路建设(17,18]。针对温拌沥青技术的应用多孔沥青路面不仅可以提高功能性路面还可以对环境是有益的。然而,是否不同的针对温拌沥青技术的应用对完成HVA的性能产生不利的影响有待进一步探索。Rodriguez-Alloza et al。19)的影响评估四种针对温拌添加剂(Sasobit, Asphaltan Asphaltan B,和Licomont BS 100)上面包屑橡胶改性沥青的性能(CRMA)。结果表明,wma CRMA可以成功地降低粘度,提高软化点,降低渗透。此外,四种类型的wma不施加很大的影响沥青的弹性恢复和延性25°C。Sanchez-Alonso等人研究了三种针对温拌沥青技术的影响(包括化学的wma,有机的wma,和泡沫沥青在沥青混合料的性能。结果显示,WMA的加入降低了施工温度。在实验中,采用的温度与沥青混合料混合料相比,针对温拌沥青混合料水敏感性的提高(20.]。Podolsky等人探讨了影响生物基地的WMA密实度和基质沥青和聚合物改性沥青混合料的低温开裂。他们建议,而沥青混合料中集料的混合物,WMA的加入降低了施工温度和仍然生成类似的压实性能。此外,WMA聚合物改性沥青混合料与沥青混合料低温开裂条件(混合料中集料的21]。郑等人调查的影响三种类型的wma (RH, ec - 120和Sasobit)在动态粘度60°C,布鲁克菲尔德粘度在135°C,高温流变特性和低温蠕变特性styrene-butadiene-styrene HVA (SBS)。结果表明,这些wma显著降低高温粘度(135°C)的SBS HVA沥青而ec - 120和Sasobit减少绝对粘度(60°C)。此外,ec - 120可以增加高温流变特性和改善沥青混合料的低温蠕变特性6]。Frigio等人针对温拌的模和疲劳性能进行了探讨多孔沥青混合料老化过程之前和之后。他们发现针对温拌沥青技术降低了施工温度和降低弹性模量的混合,混合后的疲劳性能没有影响长期老化(22]。然而,目前很少有研究高粘度沥青的流变特性与表面活性剂温暖的混合剂。

在这项研究中,表面活性剂的用量的影响WMA的物理特性和流变特性HVA自主研发的SPR修饰符修改的特点。

2。材料和测量

2.1。材料

ah - 70沥青购自中国石油有限公司(河北秦皇岛,中国)作为基础沥青。基础沥青的物理属性和四分量成分列于表1。自主研发的SBS / C₉石油树脂混合(SPR)被选为修饰符。SPR修饰符是通过一个简单的锅准备聚合物合金过程通过SBS和C₉石油树脂为主要原料(见补充部分)制备过程。此外,SPR的分子量是211114,它的熔点为111.40°C。开发的Evotherm M1 MeadWestvaco投资有限公司有限公司(中国)作为表面活性剂的WMA。的密度Evotherm M1is 0.95克/厘米³在20°C,和运动粘度为960 mPa年代25°C。此外,基于我们之前的研究,当Evotherm M1的内容为1.0 wt %,高粘度沥青混合料的拌和温度降低约30°C如果要满足数量的要求。

2.2。准备样品

基于我们之前的结果针对温拌沥青的高粘度沥青和研究,通过使用一个与温度控制电动搅拌器夹克,针对温拌的HVA (WHVA)准备,并针对温拌HVA的制备过程如图1。减少其他因素的影响,制备技术是根据先前的研究,优化和温度变化不大于1°C在其准备。熔融沥青涌入一个圆柱形容器在权衡之后,然后船是电加热的夹克。在这种情况下,沥青加热到175°C,而搅拌在300 rpm, SPR的修饰符在慢慢补充道。搅拌速度调整后800 rpm,沥青搅拌2.5 h。此后,WMA慢慢添加到沥青和搅拌混合物为0.5 h针对温拌HVA的获得。相比较而言,准备针对温拌HVA的剂量的WMA占0 wt %(不添加WMA), 0.5 wt %, 1.0 wt %, 1.5 wt %,和2.0 wt % HVA分别编号:WHVA0, WHVA0.5, WHVA1.0, WHVA1.5和WHVA2.0分别。

2.3。物理性能测试

传统的测试进行了评估针对温拌HVA的属性,包括渗透(ASTM D5),软化点(ASTM D36)延性(ASTM D113),运动粘度(ASTM D4402),动力粘度(60°C) (ASTM D4402)和弹性恢复(ASTM D6084)。

2.4。流变测试

通过应用MCR302域流变仪(Anton洼地),针对温拌高粘度沥青的流变行为进行了探讨。应变和应力扫描测试以前工作在每个样本获得的线性粘弹性范围。在线性粘弹性范围内,样品受到小振幅振荡剪切试验获得等温扫描结果0.1的频率为50拉德在5°C, 25°C, 40°C, 55°C, 75°C。温度扫描测试,采用应变控制模式,频率在10 rad / s,温度逐渐增加(10°C步骤)从30°C到120°C。值得注意的是,25毫米直径plate-plate几何与1毫米的差距被用于测量在室温(20°C)或以上,虽然有2毫米的直径8毫米plate-plate几何缺口申请测试低于室温。在multistress蠕变恢复(MSCR)测试,10个周期被应用,每一个都是1 s的蠕变和9的复苏。这两个进程分别在0.1,1.6,和3.2 kPa。此外,稳态粘性流的测试样本进行了稳态剪切模式下的流变仪,25毫米直径plate-plate几何1毫米的差距。的粘性流属性样本测量在一个大范围(10⁻³到10¹年代⁻¹)的剪切率60°C。蠕变行为的高粘度沥青低温的特点是应用弯曲梁流变仪(BBR)实现两个指标,蠕变刚度年代和变化的速度米的刚度随时间23]。

利用时间-温度等效原理,粘弹性宽的频率和温度范围内收购。然而,粘弹性跨越好几个数量级很少被直接测量。时间-温度等效原理表明,延长试验时间的影响(或减少频率)力学性能的材料是相当于增加温度。根据时间-温度等效原理,各种粘弹性参数通过实验测量可以通过转变因素叠加画一个主曲线。

3所示。结果与讨论

3.1。物理性质

针对温拌HVA的WMA的物理性能的影响如图所示2。渗透,软化点、延展性、弹性恢复,和粘度指数分别反映物理性质可以反映高低温性能、机械性能和可加工性的沥青。如图2增加剂量的WMA,针对温拌HVA的物理性质一般显示以下变化:增加渗透,软化点降低,延性增长,减少布鲁克菲尔德粘度在135°C和动态粘度60°C,和一个无关紧要的改变弹性恢复。这表明,的WMA可以降低针对温拌HVA的粘度,因此改善其工作性。

针对温拌沥青技术基于WMA有望降低沥青的粘度(高温粘度)在施工期间通过添加WMA同时显示一个微不足道的影响低温粘度和发情的阻力。因此,重要的是要确定针对温拌HVA的WMA的合适剂量。通过测量不同剂量的影响针对温拌HVA的WMA的物理特性,可以看出,适当剂量的WMA 0.5和1.5 wt %之间。

3.2。流变特性

多孔沥青路面的利用率取决于HVA的机械和粘弹性性质。针对温拌HVA的线性粘弹性敏感聚合物的组成和结构的变化和WMA的剂量。由于系统的复杂性,很难推断的特点针对温拌HVA的内部结构。流变参数在线性粘弹性范围内独立于应力应变变化而只与材料特性有关。因此,沥青的线性粘弹性的变化是敏感的内部结构改性沥青。测试的线性粘弹性是一个强大的方式调查的影响,不同结构的聚合物和针对温拌HVA的WMA的表演的剂量。在本节中,通过一个频率扫描,温度扫描,稳态剪切测试,MSCR测试,和低温蠕变测试,针对温拌HVA的流变特性测量。

3.2.1之上。频率扫描在中间和高温

针对温拌HVA的主曲线在不同剂量的WMA 25°C图所示3。主曲线是通过扫频曲线的转变在5°C, 25°C, 40°C, 55°C, 70°C。如图3,的WMA的用量对复模量产生复杂的影响针对温拌HVA的。在整个频率范围内,有一个针对温拌HVA的主曲线的显著差异和不同剂量的WMA。在低ω范围内,的WMA造成的价值针对温拌HVA增加然后减少。它达到了最大剂量的WMA 1.0 wt %。增加小于1.0 wt %的WMA可以提高针对温拌HVA的高温性能,同时大量的WMA将摧毁针对温拌HVA的耐高温性能和发情的。

如主曲线如图所示3(一个),时间-温度等效原理可以应用于针对温拌HVA的。转移因子随温度的变化如图3 (b)。可以看出,不同剂量的针对温拌HVA的WMA因素在不同的温度下表现出不同的转变。对温度的依赖关系的转变因素可以描述样本的温度敏感性。因素对温度的依赖转变可以利用一个Arrhenius-like方程描述或Williams-Landel-Ferry (WLF)方程(24]。在这里,我们应用Arrhenius-like方程来描述转移因子随温度的变化。

从图可以看出4(一)针对温拌HVA的,虽然不同剂量的WMA显示近似转变因素,转变因素可以定量的差异区分根据Arrhenius-like方程的斜率。也就是说,活化能E_一个是用来描述系统,如图4 (b)。

图4 (b)显示的WMA针对温拌HVA的活化能降低,表明针对温拌HVA温度的敏感性下降。此外,随着WMA的增加,针对温拌HVA的活化能先下降,然后稳定下来。这是因为活化能的变化主要是由SPR分子修饰符。的亲水段Evotherm M1是由长链脂肪族烷烃组成的。此外,可以吸附脂肪烷烃SPR修饰符分子来促进他们的肿胀和分散在改性沥青,然后发挥更好的作用。然而,的WMA量达到一定值时,吸附达到平衡和活化能趋于平衡。

3.2.2。温度扫描

除了主曲线,样品受到温度扫描大温度范围内探索针对温拌的线性粘弹性HVM沥青。储能模量的变化G′,损耗模量G”,车辙因子/罪δ与温度图所示5。随着温度增加,的值G′和G”针对温拌HVA和呈现复杂的变化与温度下降。在中期和高温范围内(30°C到70°C)的值G′和G“各种样本的相似,显示一致的速率随温度改变。超过80°C,尤其是在超高温范围(100°C以上),G′和G“显著不同。的相对价值G′和G“各种样品,按照降序排列,WHVA1.0, WHVA0.5, WHVA1.5, WHVA0,和WHVA2.0。考虑到变化的速度,WHVA2.0显示减少的最大速率随着温度增加,WHVA0紧随其后。值得注意的是,WHVA1.0、WHVA0.5 WHVA1.5表现出相似的变化:90°C的温度范围内100°C,G′∼T和G“∼T样品的曲线均显示低梯度的区域。在这种情况下,曲线的斜率是最低限度。当温度高于100°C,G′和G”明显减少。

M320 AASHTO代码定义了发情的因素/罪δ抗车辙沥青的特点和要求/罪δ新沥青不低于1.0 kPa。车辙的变化因素/罪δ与温度图所示5 (c):/罪δ随温度增加而降低,这些都是与的变化一致G′和G“失败时温度变化的各种样品显示发情的WMA如图5 (d)首先,针对温拌HVA的失效温度增加,然后随剂量的增加而降低的WMA,它达到了最大剂量的WMA 1.5 wt %时。

如上所述,在含量低,的WMA可以促进修饰符的分散在改性沥青和发挥更好的作用。然而,由于低粘度的WMA, WMA的含量超过一定值时,针对温拌HVA的粘度和发情的阻力将减少。

3.2.3。流的行为

小振幅下获得的线性粘弹性变形。非线性粘弹性测量下大幅度变形可以显示有用的信息,尤其是区分不同的改性沥青由于聚合物结构和变化,建立结构和性能之间的关系。

针对温拌HVA的稳态粘度的变化在60°C和剪切速率(即粘性流曲线)如图6。在整个范围内的剪切率测试,针对温拌HVA的粘度有所下降随着剪切速率增加,剪切稀化行为。粘性流曲线可以安装应用交叉模型(24],针对温拌HVA的拟合参数使用交叉模型得到的表中列出2。

如表所示2,η₀,η_∞,λ,d表示zero-shear粘度(ZSV),对应于无限的粘度剪切速率,特点,和流动指数,分别。的价值η₀针对温拌HVA的增加在第一,然后随剂量的增加而降低的WMA。的用量的WMA 1.0 wt %时,η₀针对温拌HVA的最大化。针对温拌HVA, WMA的剂量范围内测试在这项研究中,的WMA ZSV(增加η₀HVA的)。这个结果的原因是一致的,在部分3.2.4。

3.2.4。MSCR

MSCR是近年来开发的一种指数评价改性沥青的高温性能。在这项研究中,进行了MSCR 60°C下三个压力水平(100、1600和3200 Pa)。通过MSCR、两个参数(包括回收率R和不可恢复的遵从性J_nr可以获得)。R和J_nr基于可恢复和不可恢复的菌株分别计算。针对温拌的应变响应HVA十周期内60°C下100 Pa如图7。当WMA的剂量是介于0和1.0 wt %,针对温拌HVA的压力越高蠕变阶段结束后,越高应变复苏阶段时在creep-recovery周期完成。的WMA的应变随剂量增加而降低;然而,压力WHVA1.5和WHVA2.0样本更大比其他样本。

上描述的WMA的影响针对温拌HVM沥青的高温性能,图8显示了针对温拌的回收率的变化与剂量的WMA HVA 40°C和60°C下三个压力。从图可以看出8(一个)在40°C,随着剂量的WMA,针对温拌HVA的回收率增加,然后下降,最后稍微增加,它达到了最大和最小剂量的WMA 0.5 wt % 1.5 wt %,分别。60°C,随着剂量的WMA,针对温拌HVA的回收率的增加,然后下降,最后略微增加,最大值出现在1.5 wt %剂量的WMA,表明沥青路面是最强的可恢复性。此外,增加温度和压力也显著减少了R针对温拌HVA的样本。

不可恢复的遵从性的变化J_nr与剂量的WMA如图8 (b):J_nr随着温度的增加而增加。之间的区别J_nr100年和J_nr3200年WMA的用量的增加而增加。在40°C,J_nr针对温拌HVA的增加,然后随剂量的增加而降低的WMA,及其最大剂量时被发现的WMA 1.5 wt %。60°C,J_nr先降低,然后增加而增加剂量的WMA,和最小化时的WMA的用量为1.0 wt %。

3.2.5。低温蠕变行为

的用量的影响特点的WMA针对温拌HVA的低温蠕变行为,针对温拌HVA的蠕变行为在不同加载时间18°C和−−BBR 24°C进行了测试。蠕变刚度的变化年代和米加载时间如图9。系统的延性降低。的用量的WMA 1.5 wt %时,最小值年代和最大米类似发现在−18°C。至于针对温拌HVA,−18°C,年代WHVA1.5的最小化;然而,年代WHVA2.0最大化。WHVA1.5表现出最大的米。−24°C,年代和米针对温拌HVA显示类似的趋势这些−8°C。这意味着针对温拌HVA的最佳的低温性能系统的剂量的WMA 1.5 wt %。

在低温度、低年代和高米代表了一个强大的开裂沥青的阻力。的系数我被定义为描述沥青的抗低温开裂,也就是说,的比例年代来米在60年代。较低的价值我,低温性能越好。18°C和−−24°C的变化年代/米针对温拌HVA的值改变剂量的WMA如图9 (c):年代/米针对温拌HVA减少的值,然后随着剂量的WMA上升。我最小化时的WMA的用量为1.5 wt %。随着剂量的WMA,的价值我增加;因此,对于针对温拌HVA的,最合适的剂量的WMA 1.5 wt %的低温性能。

4所示。结论

表面活性剂的影响WMA的物理和流变特性与自主研发的SPR测量改性剂HVA准备。WMA的加入可以降低粘度,提高HVA的和易性。随着WMA的增加内容,渗透和延性增加;软化点,运动粘度在135°C,和动机在60°C降低粘度;和弹性恢复持平。

同时,WMA内容的增加,模量、故障温度、粘度、和针对温拌HVA的回收率的增加,然后下降,最大值出现在1.0% - -1.5%。此外,当WMA的数量是1.5%,针对温拌HVA的低温性能显示最好的价值。因此,HVA,为了达到理想的流变特性,WMA的推荐量是1.0% - -1.5%。

作为结论,WMA可能是另一种HVA增加和易性。然而,温暖的混合剂的数量必须合理确定,因为它有一个很大的影响针对温拌HVA的高低温性能。此外,在未来的研究中,我们将更加注意WMA的影响在高粘度沥青混合料的性能,特别是耐久性。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

我们要感谢许多同事、学生、和实验室助理对仪器分析提供技术支持。谢谢爱德华博士将c等,山东大学,语言的建议。这项工作是由中国国家自然科学基金资助(51608511号),山东省重点R & D项目(2018 ggx105013),科学技术和项目支持青年创业山东省高校(2019 kjg004)。

补充材料

它包括高粘度改性剂SJH的制备方法。(补充材料)