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热老化作用下橡胶改性沥青的低温流变性能

于江,赵群,叶奋,宋卿卿

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于江, 赵群, 叶奋, 宋卿卿. 热老化作用下橡胶改性沥青的低温流变性能[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(1): 108-115. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180987
引用本文: 于江, 赵群, 叶奋, 宋卿卿. 热老化作用下橡胶改性沥青的低温流变性能[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(1): 108-115.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20180987
YU Jiang, ZHAO Qun, YE Fen, SONG Qingqing. Low Temperature Rheological Performance Analysis of Rubber Modified Asphalt under Heat Aging Process[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(1): 108-115. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180987
Citation: YU Jiang, ZHAO Qun, YE Fen, SONG Qingqing. Low Temperature Rheological Performance Analysis of Rubber Modified Asphalt under Heat Aging Process[J].Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(1): 108-115.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20180987

热老化作用下橡胶改性沥青的低温流变性能

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20180987
基金项目:国家自然科学基金(51168044,51668060,51568064)
详细信息
    作者简介:

    于江(1960—),男,教授,研究方向为道路工程,E-mail:zhaoqxj@163.com

  • 中图分类号:V221.3

Low Temperature Rheological Performance Analysis of Rubber Modified Asphalt under Heat Aging Process

    • 摘要:为探究老化作用下橡胶改性沥青(AER)及其复合改性沥青(AER/SBS)的低温流变性能,借助常规性能、低温弯曲试验和Burgers模型,研究了在不同老化状态、不同橡胶粉掺量下AER改性沥青及其复合改性沥青的低温流变特性,同时借助红外光谱(FTIR)方法定量分析老化对AER改性沥青官能团的影响,并将其官能团指数和低温指标进行相关性分析. 研究结果表明:在不同老化状态下AER、SBS均可提高沥青低温性能,且短期老化下AER/SBS复合改性沥青的低温性能优于AER改性沥青,长期老化则反之;AER、SBS改性剂均可改善沥青的劲度模量,且AER对沥青劲度模量的影响程度更显著,同时低温指标(劲度模量 S、蠕变速率 m、劲度模量与蠕变速率之比 S/ m)与黏弹性指标(松弛时间 λ、耗散能比 a具有紧密的联系;AER改性沥青的低温性能与脂肪指数 I A和脂肪长链指数 I AL有较高的相关性,且 I A越大其低温性能越好, I AL则反之.

    • 图 1官能团特征峰面积示意

      Figure 1.Diagram of characteristic peak area

      图 2低温等级温度

      Figure 2.Low temperature performance grades

      图 3低温指标的拟合结果

      Figure 3.Fitting results of low temperature indicators

      表 1ESSO70沥青技术指标

      Table 1.Properties of ESSO70 asphalt

      检测项 技术要求 检测结果
      针入度(25 ℃,5 s)/mm 6.00~8.00 6.61
      延度(15 ℃)/cm ≥ 100 > 150
      软化点/℃ ≥ 46.0 49.6
      黏度(135 ℃)/(Pa•s) 0.412
      密度/(g•cm−3 1.023
      闪点/℃ ≥ 230 272
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      表 2AER改性沥青的物理性能指标

      Table 2.Properties of AER modified asphalt

      沥青类型 针入度
      (25 ℃)/
      mm
      软化
      点/℃
      延度
      (5 ℃)/cm
      黏度
      (135 ℃)/
      (Pa•s)
      ESSO70 6.61 49.6 0 0.412
      10AER 10.30 50.9 12.3 0.731
      15AER 11.50 50.7 27.0 1.243
      20AER 12.00 50.5 30.0 2.101
      10AER2SBS 7.00 51.7 53.0 1.251
      10AER3SBS 6.80 56.2 53.0 2.021
      10AER4SBS 6.50 59.7 54.0 3.013
      15AER3SBS 7.30 55.3 52.0 2.496
      20AER3SBS 7.00 61.5 58.0 3.765
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      表 3峰位置与谱峰归属

      Table 3.Peak position and belongingness

      峰位/cm−1 谱峰归属 对应沥青成分
      700 聚苯乙烯 C = H
      的伸缩振动
      聚苯乙烯
      724 亚甲基链(CH2nn≥ 4)协同振动 脂肪的长链
      743 芳香族支链的弯曲振动 芳香分
      814、864 苯环的伸缩振动 芳香分
      965 丁二烯 C = H 的伸缩振动 聚丁二烯
      1 030 亚砜基(S = O)的
      伸缩振动
      沥青中硫氧氧化
      1 310、2 953 烷烃(CH3 脂肪的支链
      1 376 甲基(−CH3)伞式振动 脂肪的支链
      1 460 亚甲基(−CH2)剪式振动 脂肪的长链
      1 600 非对称苯环的呼吸振动 苯环、羧基
      1 700 羰基(C = O)伸缩振动 碳氧氧化
      2 850、2 920 亚甲基C−H对称振动 脂肪的长链
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      表 4不同老化状态下的BBR结果

      Table 4.Low temperature bending bean rheology (BBR) test results under different aging conditions

      状态 温度/℃ 名称 ESSO70 10AER 15AER 20AER 10AER2SBS 10AER3SBS 10AER4SBS 15AER3SBS 20AER3SBS
      O −12 S/MPa 139 183 116 83 194 129 97 55
      m 0.401 0.435 0.415 0.423 0.4 0.434 0.416 0.418
      −18 S/MPa 403 403 329 242 278 258 243 211 181
      m 0.283 0.224 0.263 0.297 0.365 0.349 0.341 0.352 0.368
      −24 S/MPa 872 776 463 426 456 420 338 367
      m 0.168 0.162 0.201 0.297 0.263 0.253 0.271 0.285
      R −12 S/MPa 180 173 108 67 123 102 103 74
      m 0.37 0.372 0.362 0.459 0.365 0.392 0.413 0.435
      −18 S/MPa 445 486 265 256 260 245 221 198 181
      m 0.258 0.259 0.342 0.339 0.346 0.310 0.305 0.331 0.343
      −24 S/MPa 904 512 373 386 493 444 386 368
      m 0.156 0.193 0.238 0.244 0.241 0.256 0.251 0.254
      P −12 S/MPa 206 105 88 74 122 105 85 74 63
      m 0.322 0.380 0.405 0.411 0.391 0.393 0.395 0.426 0.451
      −18 S/MPa 481 253 224 205 290 261 272 207 195
      m 0.241 0.32 0.334 0.342 0.322 0.310 0.291 0.337 0.343
      −24 S/MPa 855 453 379 332 511 484 452 431 427
      m 0.167 0.246 0.251 0.278 0.221 0.224 0.213 0.260 0.271
       注:O—未老化;R—短期老化;P—长期老化.
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      表 5Burgers模型的黏弹性指标(−18 ℃)

      Table 5.Burgers model of viscoelastic index (−18 ℃)

      沥青类型 E1/MPa η1/(MPa•s) E2/MPa η2/(MPa•s) λ/s τ/s a/%
      ESSO70 910 225334 1158 35 847 247.6 31.0 46.1
      10AER 536 74 563 459 14 876 139.1 32.4 61.3
      15AER 426 48 768 341 11 406 114.5 33.4 67.5
      20AER 351 37 541 269 8567 107.0 31.8 73.1
      10AER2SBS 638 87 568 554 17856 137.3 32.2 62.4
      10AER3SBS 532 76 751 467 16 025 144.3 34.3 63.5
      10AER4SBS 541 66 879 449 15 891 123.6 35.4 66.9
      15AER3SBS 483 58 457 421 14 265 121.0 33.9 67.4
      20AER3SBS 472 51 025 384 13 178 108.1 34.3 72.5
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      表 6沥青各官能团指数结果

      Table 6.Results of various functional groups of asphalt

      沥青类型 状态 IS IB IS=O IC=O IA IAR IAL
      ESSO70# O 0.00 0.06 0.69 0.01 30.32 15.21 3.98
      R 0.00 0.07 0.65 0.08 30.78 15.11 3.67
      P 0.00 0.11 0.78 1.06 30.56 14.89 3.41
      10AER O 0.00 0.53 0.91 0.31 32.21 15.02 3.15
      R 0.00 0.27 0.56 0.17 32.34 14.76 3.16
      P 0.00 0.43 0.45 1.12 32.33 14.55 3.26
      15AER O 0.00 0.48 0.62 0.00 33.17 14.91 3.11
      R 0.00 0.39 0.54 0.03 32.68 14.45 3.13
      P 0.00 0.51 0.53 0.71 32.72 14.68 3.11
      20AER O 0.00 0.49 0.53 0.00 33.63 14.83 2.81
      R 0.00 0.52 0.48 0.00 33.59 14.79 2.82
      P 0.00 0.55 0.55 0.71 33.13 14.73 2.73
      10AER2SBS O 0.53 1.05 0.59 0.09 32.09 14.43 3.30
      R 0.57 1.09 0.61 0.25 32.13 14.31 3.27
      P 0.60 1.02 0.53 1.01 31.27 14.39 3.35
      10AER3SBS O 0.71 1.21 0.68 0.11 32.24 14.37 3.24
      R 0.80 1.47 0.69 0.21 32.05 14.32 3.26
      P 0.93 1.41 0.63 0.94 31.31 14.34 3.28
      10AER4SBS O 0.71 1.19 0.67 0.19 32.14 14.33 3.29
      R 1.13 2.04 0.64 0.06 32.06 14.11 3.20
      P 1.19 1.69 0.51 0.92 31.08 14.34 3.36
      15AER3SBS O 0.91 1.54 0.58 0.01 32.35 14.31 3.12
      R 0.95 1.56 0.56 0.13 32.38 14.29 3.11
      P 0.97 1.42 0.54 0.91 31.63 14.25 3.11
      20AER3SBS O 0.93 1.51 0.56 0.00 33.07 14.30 2.91
      R 0.94 1.76 0.64 0.00 33.71 13.94 2.80
      P 1.01 1.47 0.51 1.00 31.96 14.11 2.91
       注:IB为丁二烯指数;IS=O为亚砜指数;IC=O为羰基指数.
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      表 7黏弹性指标的相关性结果(−18 ℃)

      Table 7.Correlation results of viscoelasticity index (−18 ° C)

      指数 S/MPa m S/m/MPa T/℃ E1/MPa η1/(MPa•s) E2/MPa η2/(MPa•s) λ/s τ/s a/%
      低温温度 −0.968 −0.961 −0.933 1 0.987 0.933 0.935 0.956 0.912 −0.615 0.598
      IS −0.118 −0.055 0.212 −0.078 0.307 −0.156 −0.112 −0.056 −0.257 0.464 0.287
      IB 0.154 0.205 0.478 −0.323 −0.254 −0.421 −0.410 −0.364 −0.519 0.612 0.364
      IS=O −0.541 −0.536 −0.697 0.621 0.508 0.701 0.678 0.679 0.732 −0.532 0.301
      IC=O −0.846 −0.834 −0.848 0.836 0.768 0.856 0.848 0.856 0.848 −0.533 0.515
      IA 0.961 0.846 −0.879 −0.902 −0.913 −0.821 −0.842 −0.875 −0.812 0.425 −0.578
      IAR 0.269 −0.016 −0.176 −0.484 −0.251 −0.117 −0.136 −0.126 −0.014 −0.225 −0.515
      IAL −0.878 −0.938 0.881 0.811 0.838 0.843 0.897 0.909 0.927 −0.616 0.554
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    • 收稿日期:2018-11-15
    • 修回日期:2019-03-20
    • 网络出版日期:2019-04-04
    • 刊出日期:2021-02-01

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