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改性沥青显微形态结构的表征及其对性能的影响

《改性沥青显微形态结构的表征及其对性能的影响》是依托扬州大学,由康爱红担任项目负责人的青年科学基金项目。

改性沥青显微形态结构的表征及其对性能的影响基本信息

改性沥青显微形态结构的表征及其对性能的影响结题摘要

本课题研究工作按照计划书的研究内容展开,已按计划完成相关研究工作。主要包括:显微镜观测样本的制作方法对改性沥青显微形态结构的影响;温度对改性沥青显微形态结构的影响;改性沥青荧光显微图像的处理与表征;改性沥青显微形态结构参数与改性沥青性能的关系。现已形成以研究成果: 通过显微观测样本制备过程中的常用手段对SBS改性沥青显微结构影响的分析,改进常规样本制备方法,通过大量试验,建立了改性沥青显微结构观测样本制备新方法。详见附件1康爱红博士学位论文。 通过改变高速剪切温度、样本储存温度、图像采集温度对不同温度下SBS改性沥青宏观性能及显微观测样本的微观形态参数进行分析,确定各类温度条件对SBS改性沥青的影响。结果表明:高速剪切温度对各种改性沥青的作用规律类似,性能变化幅度则取决于改性剂种类;SBS改性沥青显微观测样本适合冷冻存储,冷冻温度和冷冻时间则对改性沥青显微结构影响不大;拍摄温度对改性沥青显微结构影响不大。详见附件2张吴红硕士学位论文。 通过采集图像过程中的曝光时间、分辨率、图像储存格式和放大倍数等对显微形态表征参数影响的试验分析,制定了SBS改性沥青显微结构图像采集的量化参数并提出了合适的改性沥青显微形态结构表征参数,形成了SBS改性沥青显微结构表征的试验新技术。详见附件1康爱红博士学位论文。 通过改性沥青显微形态结构参数与改性沥青性能关系的分析,分析了SBS改性沥青显微结构及其性能的主要影响因素,SBS改性沥青显微形态结构对其性能的影响规律,并利用经典的非牛顿流体浓悬浮液结构与粘度的Kriege-Doughertv方程式及二元线性关系模型对试验数据进行了拟合,构建了SBS改性沥青宏观性能和显微结构参数之间的量化模型。最后,结合SBS改性沥青微观形态参数的分析,给出了典型两相体系相变特征点作为剪切过程性能控制的重要参数。详见研究报告及附件3刘轩宇硕士学位论文。 课题研究成果对准确描述改性沥青的微观结构及其质量控制具有重要的理论意义和使用价值。 最终成果:博士学位论文1篇、硕士学位论文2篇、期刊论文8篇(EI收录6篇)、会议论文1篇(EI收录1篇)、参加国内外学术会议4次、申请发明专利2项。 2100433B

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改性沥青显微形态结构的表征及其对性能的影响项目摘要

基于显微形态结构的分析方法是研究改性沥青性能、机理的有效手段,对于改性沥青流变学的研究有着重要意义,近年来该方法得到了长足的发展,但由于其使用中尚存在根本性缺陷,目前尚未形成完善的运用体系和评价标准。本项目拟通过对改性沥青显微形态的实验观测,针对显微形态结构表征中观测样本制备和温度影响等关键问题展开研究,建立标准的样本制备方法和实时温度下改性沥青显微形态结构的获取途径并分析实时温度下改性沥青显微形态结构与时间的关系、随温度变化的规律;然后运用图像处理分析系统对显微形态结构图像进行量化表征,通过宏观性能试验测试改性沥青宏观性能,分析显微形态结构对性能的影响;运用浓悬浮液流变学理论建立考虑温度因素的改性沥青显微形态结构参数与性能的本构关系,并建议与性能指标相适应的显微形态结构参数取值范围,达到通过改性沥青的显微形态结构评价改性沥青性能的目标,对改性沥青的生产和运用具有重要的理论和指导意义。

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改性沥青显微形态结构的表征及其对性能的影响常见问题

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改性沥青显微形态结构的表征及其对性能的影响文献

SBS改性沥青微观形态结构及性能的研究 SBS改性沥青微观形态结构及性能的研究

SBS改性沥青微观形态结构及性能的研究

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基质沥青对改性沥青及其混合料的影响 基质沥青对改性沥青及其混合料的影响

基质沥青对改性沥青及其混合料的影响

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SBS改性沥青能够提高沥青混合料高温抗车辙、低温抗开裂能力,并使之具有较好的水稳定性和抗老化能力。基质沥青标号和产地不同,生产的改性沥青的性能也不一样,混合料的路用性能也有差异。设计与施工时,应根据当地气候条件等选择合适的基质沥青进行改性。

不同高弹改性剂对高弹改性沥青性能的影响

高弹改性沥青SMA是应用于钢桥面磨耗层铺装的主要材料之一,研究了两种高弹改性剂对改性沥青性能的影响,并与普通SBS改性沥青进行对比。结果表明:相对于普通SBS改性沥青而言,两种高弹改性剂均能大大提高改性沥青的低温抗裂性及疲劳性能。

正交异性钢桥梁由于诸多优点被广泛应用于大型桥梁的建设,钢桥梁所处环境特殊,温度及荷载变化大,导致钢桥面频繁的发生较大的变形,这给钢桥面的铺装带来了严峻的考验。钢桥面的铺装层不仅要满足对钢桥面板的保护作用,还要具有良好的行车功能。目前,主流的钢桥面的铺装方式有双层环氧沥青铺装双层SMA铺装下层浇注式沥青+上层SMA铺装。环氧沥青造价高昂,同时由于质硬而易发生疲劳开裂;而双层SMA铺装由于其较大的空隙率,雨水容易渗透到钢桥面板上造成腐蚀,应用越来越少;下层浇注式沥青+上层SMA具有显著的优势,绕注式沥青由于其较高的油石比,空隙率小,水分几乎难以渗透,且具有优良的变形随从性,对钢桥面板形成良好的保护。SMA是-种紐骨架结构的沥青混合料,作为桥面铺装的磨耗层,抗永久变形能力强。但是,普通SMA铺装层在低温及繁复疲劳变形作用下容易出现开裂,影响道路的正常使用,甚至减少钢桥梁的使用寿命。近年来,高弹改性沥青SMA因其优异的抗高温车辙变形能力及低温和疲劳开裂能力,被越来越广泛的应用于钢桥面磨耗层的铺装,并在大量实际工程应用中得到验证。

高弹改性沥青由基质沥青、聚合物改性剂SBS及高弹改性剂,且成,本文考察了两种不同类型的高弹改性剂(高弹1#及高弹2#)对高弹沥青性能的影响,通过改性沥青及沥青混合料相关试验对两种高弹改性沥青的性能进行了评价,并与普通SBS改性沥青进行对比。

试验部分

试验原料

基质沥青,SK-70,针人度71.2 1/10mm,软化点48.8℃,10℃延度29cM;苯乙烯-丁二稀-苯乙烯嵌段共聚物(SBS),巴陵石化;高弹1#、高弹2#均为重庆市智翔铺道技术工程有限公司自制改性沥青增塑剂。

样品制备及性能表征

高弹沥青结合料。将基质沥青加热融化,自比例加人SBS及高弹改性剂,经过溶胀、剪切、发育等过程制备高弹改性沥青。测试高弹沥青的三大指标,布氏旋转黏度及动态切流变性能,并与普通SBS改性沥青相关性能作比较。

高弹改性沥青混和料SMA。选择符合JTG F40-2004 《公路沥青路面施工技术规范》要求的矿料及矿粉,其中,矿料级配范围。

将矿料及矿粉按要求烘干,按6.2%的石油比拌和制备高弹SMA混合料,并加入0.2%的聚酯纤维。测试沥青混合料的抗水损害性能、高低温性能及疲劳性能。

结果与讨论

改性沥青结合料性能研究

改性沥青基本性能研究。高弹1#性沥青、高弹2#改性沥青及普通SBS改性沥青的基本性能在老化前,高弹改性沥青的软化点与普通SBS改性沥青十分接近,面针入度和5℃低温度均明显高于普通改性沥青,表明高弹改性剂在不影响改性沥青高温性能的前提下,大大提高了改性沥青的低温性能。经过旋转薄膜烘箱老化后,高弹改性沥青的软化点略低于普通SBS改性沥青老化后的软化点,而5℃低温延度仍然远大于后者。两种高弹改性沥青的指标很接近,高弹1#改性沥青软化点略低于高弹2#改性沥青,5℃延度略高,两种高弹沥青老化后的性能仍然比较接近。旋转薄膜烘箱老化后,高弹1#、高弹2#改性沥青5℃延度为分别为28.2cM和31.5cm,而普通SBS改性沥青老化后5℃延度仅17.6cm。通过对比,高弹改性沥青老化后的低温性能仍然明显优于普通SBS改性沥青。

经过旋转薄膜烘箱老化后,改性沥青的软化点反而降低了,这与基质沥青的老化差异很大,一般而言,基质沥青老化后,沥青中芳香分减少,而沥青质增多,因而导致其软化点升高;与此不同的是,高弹改性沥青的老化涉及到两个方面的变化,一是沥青的老化,二是改性剂SBS的老化,两者共同作用的结果,表现出与基质沥青老化不同的特点。当SBS掺量达到一定值后,可在沥青中形成交联的三维网状结构,这能大大改善沥青的高低温性能,如软化点升高、低温延。但是,SBS分子中含有不稳定的碳碳双键C=C,容易在氧气和高温的作用下发生断裂,使SBS分子链变短,沥青中的SBS网状结构被破坏,损害改性沥青的性能。

改性沥青流变性能研究。沥青是一种粘弹性物质,即同时表现出粘性性质和弹性性质,这与沥青本身的组成及温度有关。随着沥青分子中重组分(沥青质、胶质)关。随着沥青分子中重组分(沥青质、胶质)含量的增加,粘性性质减弱,弹性性质增强;随着温度的提高,沥青的粘性性质增强,粘性性质减弱。

两种高弹改性沥青及普通SBS改性沥青老化后,G*/Sinδ都增大,表明改性沥青老化后变得更硬。这与沥青老化后组成变化有关,沥青中的轻组分特别是芳香分逐渐减少,转化为胶质,最终变为沥青质。这种组成的变化,必然会导致沥青中弹性成分的增加,故表现出G*/Sinδ的增大。普通SBS改性沥青的抗车辙因子在老化前后均大于高弹改性沥青,这是由于高弹改性剂对沥青有增塑的作用,使得高弹改性沥青抗车辙因子较小。对比髙弹1#改性沥青和髙弹2#改性沥青,可以看出,高弹2#改性沥青经过旋转薄膜烘箱老化后,其抗车辙因子增加率略小于高弹1#改性沥青,由此说明高弹2#改性沥青的抗热氧老化性能略优于高弹1#改性沥青。

高弹沥青混合料性能研究

以两种高弹改性沥青及普通SBS改性沥青为胶结料,分别以相同的矿料级配及油石比拌和制备SMA,沥青混合料油石比为6.2%,纤维掺量为矿料质量的0.2%,测试沥青混合料的抗水稳定性、高温抗车辙性能及低温抗弯性能。

由于高弹改性沥青的黏度比普通SBS改性沥青小,所以其混合料空隙率较小,两种高弹改性沥青的浸水前后的马歇尔稳定度略低于后者,浸水残留稳定度(水稳定性)比普通改性沥青混合料高。

高弹改性沥青混口料的60℃及70℃的动稳定度均低于普通SBS改性沥青混合料,表明高弹改性剂的加入对沥青混合料的高温性能有一定影响。对比低温抗弯性能,两种高弹改性沥青混合料的-10℃极限弯拉应变都大于10000με,而普通SBS改性沥青极限弯拉应变仅6355.8με,高弹改性沥青混合料的-10℃极限弯拉应变超过后者近60%,由此说明高弹改性沥青低温抗裂性能远远大于普通SBS改性沥青混合料。

高弹2#SMA的高温性能比高弹1#SMA略好,而低温性能略低于后者,但相差都不大,这与沥青胶结料的试验结果一致。

疲劳性能试验

按照JTGE20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规范》的测试方法,采用澳大利亚IPC公司生产的BFA液压独立式四点弯曲疲劳试验设备进行沥青混合料四点弯曲疲劳试验,对SMA沥青混合料的疲劳寿命进行研究。

制备高弹改性沥青混合料及普通SBS改性沥青混合料,分别成型四点弯曲小梁试件,其尺寸为385mmx65mmx50mm,选用无间歇时间的半正弦波加载波形,试验频率为10Hz,以应变控制模式测试沥青混合料的疲劳寿命,测试的应变水平为1000με试验温度为15℃,当劲度模量降为初始劲度模量的一半时,试验结束,所测得的加载次数即为高弹改性沥青的疲劳寿命。

高弹改性沥青混合料小梁试件初始劲度模量小于普通SBS改性沥青混合料,刚度较小,在使用过程中对钢桥面具有更好的随从行;高弹1#SMA及高弹2#SMA的疲劳寿命分别是普通SBS改性沥青混合料的9倍和7倍,远远髙于后者;高弹1#SMA和高弹2#SMA的疲劳寿命分别为147.5万次及112.6万次,都超过了100万次,高弹1#SMA的疲劳寿命比髙弹2#SMA的疲劳寿命大30%。

以上分析表明,相对于普通SBS改性沥青混合料,高弹改性沥青混合料疲劳寿命得到明显的提高,而髙弹1#SMA的疲劳寿命略好于髙弹2#SMA。

结语

沥青高温性能的条件下,可大大提髙改性沥青的低温延度;高弹改性沥青混合料马歇尔稳定度及车辙动稳定度与普通SBS改性沥青相近;高弹改性沥青混合料的低温抗裂性能及抗疲劳开裂性能均远远大于普通SBS改性沥青,从而大大提高刚桥面层沥青混合料的使用寿命;髙弹1#及高弹2#改性剂均能明显改善改性沥青的低温性能及疲劳性能,高弹1#改性沥青的高温性能略低于高弹2#,而其低温性能及疲劳性能略优。

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真空浇注外观质量缺陷的常见类型及其对性能的影响

(1)气孔:在高电压状态下,气孔会改变局部电场分布,影响局部放电量。

(2)缩孔缩痕:缩孔缩痕的存在会导致产品表面不光滑,影响产品的电性能,如果通过打磨处理,表面树脂层会被破坏,易吸潮和易吸附灰尘,也影响其电性能。

(3)黄痕:主要是视觉上不好看,对性能基本没有什么影响。

(4)流痕:流痕可能会改变电弧在其表面的流动一致性。

(5)杂质:杂质的存在会影响电性能,实验表明密集或者大粒径的杂质会导致制品表面放电,局放增大。

(6)划痕:划痕实质上是局部尖角毛刺的一种表现,可能会导致制品放电。

(7)裂纹:裂纹会影响制品的耐电压和局部放电性能、力学性能,如果外表存在裂纹,内部可能会存在隐患,接线端子板类产品可能会产生气体泄露。由此说明,外观质量缺陷不只是外观质量差,且在一定程度上会影响到整机的性能,需要引起足够的重视 。

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拉索预应力损失机理及其对在役张弦结构性能的影响项目摘要

张弦结构体系已广泛应用于体育场馆、会展设施、交通枢纽等重要工程,服役期内拉索松弛和锈蚀会导致明显的预应力损失,影响结构的承载特性和安全性。现有预应力损失的研究主要集中在施工阶段和温度效应上,对拉索松弛和锈蚀导致的预应力损失及其对结构影响的研究较为缺乏。本项目在分析服役期内拉索预应力损失诱致因素的基础上,探索拉索松弛和锈蚀机理,研究拉索绞捻特性对松弛模型的影响机制,建立考虑拉索松弛和锈蚀影响的拉索预应力时变模型;分析现有三点弯曲法等索力测试方法的适用范围以及存在问题,研制拉索弯曲性能试验装置并开展系列试验,建立拉索抗弯刚度计算公式,探索基于抗弯刚度修正的改进频率法;考虑服役期内拉索预应力损失的时变模型以及拉索内力实测结果,研究拉索预应力损失对在役张弦结构承载特性的影响,建立张弦结构索力检测体系判定、补张拉及换索机制。成果可为大跨结构建设和运营提供理论支撑,对张弦结构安全保障具有重要科学意义。

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