表面活性泡沫沥青发泡工艺及流变特性研究

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230121

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 52 ›› Issue (3): 41-49.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.230121

表面活性泡沫沥青发泡工艺及流变特性研究

陶卓辉¹ 沈士蕙¹^,² 孙杨¹ 邹玉春³ 侯睿⁴

^1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 200082
^2.美国宾州州立大学，宾州 16601
^3.江西省交通工程集团有限公司，江西南昌 330000
^4.上海道淳交通科技有限公司，上海 215300

收稿日期:2023-05-30 出版日期:2024-03-25 发布日期:2023-05-30
作者简介:陶卓辉（1981-），男，博士生，主要从事道路工程材料研究。E-mail： 1811459@tongji.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目（51808228）；广东省自然科学基金资助项目（2023A1515030287，2022A1515011607）；江西省交通运输厅科技项目（2020Q0019）

Foaming Technology and Rheological Characteristics of Surfactant Additive-Foamed Asphalt

TAO Zhuohui¹ SHEN Shihui¹^,² SUN Yang¹ ZOU Yuchun³ HOU Rui⁴

^1.Key Laboratory of Road and Traffic Engineering，Ministry of Education，Tongji University，Shanghai 200082，China
^2.Penn State University，Penn State 16601，USA
^3.Jiangxi Traffic Engineering Group Co. ，Ltd. ，Nanchang 330000，Jiangxi，China
^4.Shanghai Daochun Transportation Technology Co. ，Ltd. ，Shanghai 215300，China

Received:2023-05-30 Online:2024-03-25 Published:2023-05-30
About author:陶卓辉（1981-），男，博士生，主要从事道路工程材料研究。E-mail： 1811459@tongji.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(51808228); the Natural Science Foundation of Guangdong Province(2023A1515030287，2022A1515011607); the Science and Technology Project of Jiangxi Pransportation Department(2020Q0019)

摘要/Abstract

摘要：

温拌沥青技术可降低沥青混合料生产和施工温度，在节能减碳方面极具应用潜力。泡沫温拌沥青技术成本较低，虽存在改性沥青发泡效果不理想、温拌效果不显著等问题，但具有潜在的推广应用前景。表面活性剂兼具“沥青润滑剂”和“泡沫稳定剂”的作用效能，为改善泡沫温拌沥青发泡特性和温拌效果提供了可能。基于此，本研究采用不同质量分数的表面活性剂水溶液，在不同发泡温度下制备了表面活性泡沫沥青（SAFB6，SAFB8，SAFB10），利用发泡试验、动态剪切流变试验以及弯曲梁流变试验测试了沥青的发泡特性、高温性能、抗疲劳性能和低温性能，并借助傅里叶红外光谱试验分析了作用机理，揭示了表面活性剂与发泡过程对泡沫温拌沥青性能的协同提升作用。试验结果表明：表面活性剂对SBS改性沥青的发泡特性有明显的协同作用，特别是半衰期，最大可达69 s；SAFB沥青最佳发泡条件为发泡温度170 ℃，表面活性剂含量8%；SAFB沥青制备过程中没有发生复杂的化学反应，但是发泡过程导致SBS改性沥青发生了一定程度的氧化作用；表面活性剂和发泡工艺的协同效应提高了SBS改性沥青的高温性能和抗疲劳性能，而低温抗裂性能与SBS改性沥青相当。总体而言，表面活性剂与发泡技术相结合是可行的，提高了SBS改性沥青的发泡效果和路用性能。

关键词: 泡沫温拌沥青, 表面活性剂, 发泡行为, 流变特性

Abstract:

Warm mix asphalt technology can reduce the production and construction temperature of asphalt mixtures, and has great application potential in energy conservation and carbon reduction. The foamed warm mix asphalt technology has the advantage of low cost, but there are some problems such as the unsatisfactory foaming effect of modified asphalt and the insignificant warm mix effect, so it has potential application prospects. Surfactants have the effects of both “asphalt lubricant” and “foam stabilizer”, which makes it possible to improve the foaming characteristics and warm mix effect of foamed warm mixed asphalt. Based on this, this study prepared surfactant additive foamed asphalt (SAFB6, SAFB8, SAF10) with different mass fractions of surfactant additives and foaming temperatures. The foaming test, dynamic shear rheology test and bending beam rheology test were used to investigate foaming properties, high temperature performance, fatigue resistance and low temperature performance. The mechanism was analyzed by Fourier infrared spectroscopy test, and the synergistic effect of both surfactant and foaming process on the performance of foamed warm mix asphalt was revealed. The experimental results show that surfactant additives had a significant synergistic effect on the foaming properties of SBS modified asphalt, especially the half-life, which reached up to 69 s. The best foaming conditions can be achieved when the foaming temperature and surfactant additives content are 170 ℃ and 8%, respectively. No complex chemical reaction occurs during the preparation of SAFB asphalt, but the foaming process resulted in a certain degree of oxidation of SBS modified asphalt. The synergistic effect of the surfactant additives and foaming process improves the high temperature performance and fatigue resistance of the SBS modified asphalt, while the low temperature crack resistance is equivalent to that of SBS modified asphalt. Generally, the combination of surfactant and foaming technology is feasible, which improves the foaming effect and road performance of SBS modified asphalt.

Key words: foamed warm mix asphalt, surfactant additive, foaming behavior, rheological property

中图分类号:

U414

陶卓辉, 沈士蕙, 孙杨, 等. 表面活性泡沫沥青发泡工艺及流变特性研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2024, 52(3): 41-49.

TAO Zhuohui, SHEN Shihui, SUN Yang, et al. Foaming Technology and Rheological Characteristics of Surfactant Additive-Foamed Asphalt[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2024, 52(3): 41-49.

图/表 10

表1

表2

表3

表4

图1

图2

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图6

参考文献 30

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性能	指标范围	测试结果	测试方法
针入度（25 ℃，100 g， 5 s）/10^-1 mm	40~60	54	T 0604—2011
软化点/℃	≥75	89	T 0606—2011
5 ℃延度/cm	≥20	32	T 0605—2011
旋转薄膜烤箱加热（简称RTFOT）老化（163 ℃， 85 min）质量变化/%	≤±1	0.02	T 0609—2011
82 ℃ G*/sinδ/kPa	>2.2	1.75	T 0628—2011

沥青样品ID	制备过程
B	SBS改性沥青
BSA 6	混合SBS改性沥青和表面活性剂水溶液SA（6%）^1），在160 ℃，1 500 r/min下搅拌10 min
BSA 8	合SBS改性沥青和表面活性剂水溶液SA（8%）^1），在160 ℃，1 500 r/min下搅拌10 min
BSA 10	混合SBS改性沥青和表面活性剂水溶液SA（10%）^1），在160 ℃，1 500 r/min下搅拌10 min
SAFB 6	利用发泡机将表面活性剂水溶液SA（6%）^1）注入SBS改性沥青
SAFB 8	利用发泡机将表面活性剂水溶液SA（8%）^1）注入SBS改性沥青
SAFB 10	利用发泡机将表面活性剂水溶液SA（10%）^1）注入SBS改性沥青

发泡剂含量/%	纯水		表面活性剂水溶液
发泡剂含量/%	膨胀率/%	半衰期/s	膨胀率/%	半衰期/s
6	9.0	16	10.0	50
8	11.5	10	12.0	28
10	13.0	8	13.5	17

发泡温度/℃	膨胀率/%			半衰期/s
发泡温度/℃	6%^2）	8%^2）	10%^2）	6%^2）	8%^2）	10%^2）
160	6.5	9.0	12.0	69.0	38.5	17.5
170	10.0	12.0	13.5	50.0	28.0	17.0
180	10.0	12.0	12.5	48.0	22.0	17.0

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表面活性泡沫沥青发泡工艺及流变特性研究

Foaming Technology and Rheological Characteristics of Surfactant Additive-Foamed Asphalt

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