基于动态力学分析的改性沥青黏弹性能研究

鉴于目前的沥青黏弹性能评价指标对改性沥青的适用性较差,采用动态力学分析方法对基质沥青和改性沥青进行研究,测定了不同温度和频率下沥青的黏弹性能参数,通过Han曲线和动态黏弹参数的变化规律分析其黏弹性能.结果表明:改性沥青的Han曲线在不同温度下具有不同的温度依赖性,由于其相态结构比较复杂,导致其黏弹性能不同于基质沥青;采用动态力学方法能很好地揭示改性沥青的宏观力学性能与微观结构的相关性.     

重复荷载下沥青混合料变形的粘弹性有限元分析

沥青混合料是典型的粘弹性材料,广义Maxwell粘弹模型能很好地描述沥青混合料的变形规律。通过拟合AC-13C基质、改性沥青混合料的静载蠕变试验数据获得广义Maxwell模型的Prony系列系数,采用加载0.1s、卸载0.9s的半正弦波间歇荷载模拟路面实际的车辆荷载,对重复荷载作用下的沥青混合料进行粘弹性有限元分析,预测出重复荷载作用下AC-13C基质、沥青混合料的变形,与实测变形相比具有很好的一致性。粘弹性有限元方法预测出的应变包括弹性应变和蠕变应变,而蠕变应变直接导致永久变形的产生,通过分析蠕变应变可以判别沥青混合料的弹性恢复能力。     

基于线黏弹范围的改性沥青动态流变性能

为了比较改性沥青在较宽频率范围内的流变性能,选择SBS、高弹、高黏和高强等4种改性沥青与基质沥青进行动态力学分析通过应变扫描试验,发现在相同复数模量时,4种改性沥青的线黏弹范围均小于基质沥青.在线黏弹范围内进行频率扫描试验,并应用时温等效原理分别构建复数模量和相位角主曲线,可区分不同改性沥青的性能差异.结果表明:高弹改...     

考虑粗集料和空隙的沥青混合料粘弹性细观力学分析

利用细观力学方法分析了粗集料和空隙对沥青混合料的粘弹性能的影响。在Laplace空间域内,分别对粗集料和空隙利用细观力学的Mori-Tanaka等效夹杂理论解决了沥青混合料的混合夹杂问题。然后基于宏观平均场理论,从沥青砂浆基体粘弹性能推导了沥青混合料的粘弹性能。以单轴和简单剪切应力下的预测为例,分析了粗集料和空隙对沥青混合料性能的影响,结果发现：复合材料细观理论可以成功地从性质均匀的沥青砂浆粘弹性能预测性质复杂的沥青混合料粘弹性能,沥青混合料粘弹本构方程可以表示为粗集料和空隙的综合影响系数与沥青砂浆粘弹本构方程的乘积形式。空隙率的增大会导致综合影响系数呈线性减小,而粗集料体积分数的增大会使其呈指数规律迅速增大,说明空隙和粗集料对沥青混合料的粘弹性能分别起到衰减和增强作用,但空隙的衰减作用弱于粗集料的增强作用。粗集料和空隙对沥青砂浆的综合影响体现为增强作用（2～10倍）,且剪切应力下增强作用近似是单轴应力下的2倍。沥青砂浆基体泊松比对综合影响系数的影响甚微,在以后的研究中可以取定值。     

SBS改性沥青的动态力学性能

通过1种基质沥青、4种苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性剂制备的13种改性沥青的动态力学试验,分析比较了原样沥青和旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)老化沥青的动态力学温度谱试验结果,讨论了SBS改性沥青动态力学性能的变化机理,得出了改性剂的种类和剂量对其动态力学性能的影响.结果表明,低温下改性沥青的动态力学性能与基质沥青性能有关,高温时则取决于SBS改性剂的性质,RTFOT老化后因SBS的裂化与降解使改性沥青的弹性成分产生损失,其性能向基质沥青特性转变.     

环氧沥青的粘弹特性研究

应用动态粘弹力学的理论和方法,对环氧沥青进行了不同应力、应变、温度和时间条件下的流变学性能试验研究。试验结果表明,与普通改性沥青相比,其蠕变柔量小约4个数量级;复数模量随频率降低（温度升高）而降低并与贮存模量共同趋于定值,而在高频（低温）条件下则显示出一定的粘性特征;各项粘弹性参数远远大于改性沥青和普通沥青,具有很好的抵抗流动变形能力。环氧沥青是一种完全不同于普通沥青和改性沥青的粘弹性材料。     

高黏改性沥青胶浆黏弹性力学行为分析

为了研究高粘改性沥青胶浆的粘弹力学性能,采用动态剪切流变仪对三种改性沥青在五个粉胶比下制备的15种改性沥青胶浆进行动态剪切流变试验,分析其粘弹力学指标随温度、荷载的变化规律。结果表明：矿粉能够劲化沥青胶结料,提高胶浆的高温抗变形能力;增大沥青的零剪切粘度可以有效提高沥青胶浆的车辙因子（G*/sinδ）,降低其G*/sinδ的温度敏感性,提高其高温抗变形能力;在较高频率下,两种高粘改性沥青胶浆的复数剪切模量（G*）随粉胶比的增幅要远大于普通改性沥青胶浆（GC胶浆）,在粉胶比大于1.2后这种现象尤为突出,因此,从低温性能考虑使用高粘改性沥青时粉胶比不宜大于1.2。     

环境条件下沥青路面热粘弹性温度应力计算

利用热粘弹性力学理论和有限元方法 ,以广义Maxwell模型模拟沥青混合料的粘弹特性 ,通过试验研究和理论推导得到其增量型热粘弹性本构关系 ,建立了环境条件下沥青路面的温度应力场有限元计算方法 .并给出一个计算实例     

低温敏性高黏弹沥青冲击隔离防护材料研制及其黏弹性研究

通过分析改性剂和增塑剂在沥青改性中的作用机理,确定了采用高掺量线型SBS、高掺量芳烃油和氧化剂复配改性沥青的技术路线和高温高速剪切共混的改性工艺,制备了低温敏性高黏弹沥青冲击隔离防护材料,系统测试了高黏弹沥青不同时温条件下的微观结构和剪切模量等.研究表明：研制的高黏弹沥青在充分溶胀、交联后,沥青与改性剂形成了相与相互穿的半互穿网络结构,与10%线型SBS改性沥青相比,其动态剪切模量和温敏性大幅度降低;与针入度温敏性表征方法相比,采用动态剪切模量温敏性表征方法更能准确反映沥青材料的温敏性.     

高掺量SBS改性沥青及其在OGFC中的应用

通过常规沥青指标试验,对不同掺量SBS改性沥青进行测试,并与日本高粘沥青进行对比,发现6%SBS改性沥青的135℃粘度与日本高粘沥青较为接近.采用动态剪切流变仪(DSR)分别进行剪切速率扫描试验和温度扫描试验,对比5%SBS改性沥青、6%SBS改性沥青、日本高粘沥青的零剪切粘度、复数模量和车辙因子.试验结果表明:6%SBS改性沥青零剪切粘度略大于日本高粘沥青,远大于5%SBS改性沥青;日本高粘沥青高温性能优于6%SBS改性沥青.最后通过车辙、飞散、水稳试验对比混合料的性能,试验结果表明:6%SBS改性沥青与日本高粘沥青相比,高温和水稳定性能较为接近;飞散损失略大,但远低于规范上限值.从试验结果分析可知,6%SBS改性沥青用于OGFC混合料是可行的.     

SBS改性沥青流变性质与显微结构的关系

列举了SBS(苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物 )改性沥青各种复杂的流变现象 ,通过荧光显微照相技术获得聚合物相在沥青中的结构与形态 ,对其微观结构进行分析 ,归纳出影响SBS改性沥青流变性质的几个重要因素 .结合流变学理论提出了聚合物改性沥青流变性质与显微结构关系的流变方程 ,应用这一理论对文中所列举的流变现象进行了理论解释     

SBS改性AH-70沥青乳化前后性能及微观结构研究

采用先改性后乳化的工艺制备苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性乳化沥青,将其蒸发残留物和改性沥青的性能进行对比,并利用荧光显微镜(FM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)及差示扫描量热(DSC)等分析手段,评价改性沥青乳化前后的微观结构及热稳定性变化。结果表明:改性沥青乳化后的软化点5、℃延度及弹性恢复率均减小,离析试验软化点差变大,性质衰减后仍较基质沥青有大幅度提高,符合I-D级规范要求;改性沥青为两相分散均匀的三维网状结构,乳化后沥青和SBS分子之间的交联结构并未发生明显变化,只是有少量SBS大颗粒析出、沥青发生轻微老化,热稳定性稍微变差。     

电气石负离子粉改性沥青性能及其改性机理

为探究电气石负离子粉改性沥青的路用性能,采用高速剪切法制备不同电气石负离子粉掺量的改性沥青,并通过常规物理性能试验、多应力蠕变恢复试验(MSCR)、低温弯曲梁流变试验(BBR)及布洛克菲尔德黏度试验对电气石负离子粉改性沥青的高温性能、低温性能及黏温特性进行深入分析.借助XRD射线衍射仪、光学显微镜、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)及差示扫描量热仪(DSC)分别对改性沥青的微观形貌、化学组成及热物性进行表征与分析,从微观角度对电气石负离子粉的改性机理进行分析.结果表明:凭借其优良的热电性及压电性电气石负离子粉能够显著改善沥青的高低温性能及黏温特性,但掺量过高时,改性沥青的低温抗裂性能的改善效果有所下降;电气石负离子粉能够均匀分散于沥青基体中,且形成一种能够有效改善沥青技术性能的类似于海绵状网络的三维结构;相较于基质沥青,改性沥青的玻璃化转变温度T_g与吸热量ΔH均得到了改善,改性沥青呈现出更优的热稳定性;电气石负离子粉与基质沥青之间化学兼容性良好,电气石负离子粉对基质沥青以物理改性为主.     

基于决策分析的多聚磷酸改性沥青原材料优选

PPA改性沥青具有价格低廉、储存稳定性及高温稳定性好等优点,应用前景良好,而PPA与沥青间复杂的配伍性是阻碍PPA改性沥青应用的重要原因.为优选具有最佳改性效果的PPA改性沥青原材料,提出综合考虑沥青的高温性能、流变特性及低温性能,以层次分析-模糊数学法(AHP-FUZZY)建立PPA改性沥青原材料综合优选模型,优选具有最佳配伍性的基质沥青及PPA原材料.将所选取的原材料宏观性能测试结果带入模型计算得出各PPA改性沥青掺配方案的优越度,结果表明,壳牌90^#基质沥青与相对质量分数为115%的PPA配伍性最佳.     

聚脲甲醛-生物油微胶囊的研制及性能探究

为研究微胶囊对沥青路面微裂纹的愈合效果,首先利用聚脲甲醛(作为微胶囊壁)和生物油(作为微胶囊心)采用原位聚合法制备微胶囊,采用扫描/透射电子显微镜(SEM/TEM)和热重分析(TGA)探究微胶囊的外观形貌和热稳定性;然后将微胶囊用于制备微胶囊/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(Microcapsule/SBS)复合改性沥青,通过动态剪切流变仪(DSR)和离析试验探究微胶囊的掺加对复合改性沥青路面性能的影响;最后通过延度愈合率试验验证微胶囊的愈合效果,并结合宏微观试验分析其愈合机理。结果表明：微胶囊呈现类球状,且表面较为粗糙,增大了与沥青的接触面积。微胶囊的热稳定性较好,其囊壁可承受沥青混合料生产过程中的高温环境。随着微胶囊的添加,复合改性沥青的低温塑性和耐热性均有所改善。此外,复合改性沥青的储能模量和损失模量也有所提升,即微胶囊的添加提升了SBS改性沥青的黏弹性能,这可能是由于添加的微胶囊与SBS和基质沥青具有很好的相容性,且微胶囊均匀分散在沥青内部并嵌入SBS呈现的网状结构中,这也在离析试验和荧光显微试验中得以证实。当微胶囊的掺量为0.4%时,复合改性沥青的愈合率达到最高。     

橡胶-硅藻精土复合改性沥青的制备及机理

为了改善沥青的高温性能,采用橡胶和硅藻精土制备多种掺量的复合改性沥青。利用针入度、软化点、延度、旋转粘度试验,对不同改性沥青性能进行表征,通过曲面响应法得出改性剂最佳掺量比例,并对比橡胶沥青、橡胶-SBS复合改性沥青进行改性效果评估。采用旋转薄膜烘箱老化试验、热重分析法、差示扫描热量法、红外光谱扫描试验、扫描电镜试验、研究了橡胶-硅藻精土复合改性沥青的老化性能、高温性能、微观结构和反应机理。结果表明,22%橡胶和4%硅藻精土的复合改性沥青综合性能最好。与橡胶沥青、橡胶-SBS复合改性沥青相比,橡胶-硅藻精土复合改性沥青表现出了更好的高温稳定性;橡胶粉、硅藻精土与基质沥青之间主要存在物理共混,沥青与两者形成了相互稳定的整体。     

基于X—rayCT的沥青混合料三维重构方法

沥青混合料内部的细微观结构对沥青混合料的路用性能有很大的影响,很有必要开发一种可以进行沥青混合料内部结构受力状况分析的三维重构模型。基于X-rayCT技术,每隔1rrlrn获取沥青混合料试件断层图像,共64张。将控制集料、砂浆、空隙三者之间的阈值进行物质的区分。利用Matlab自编程序完成沥青混合料的三维重构,并提出了一种获取沥青砂浆黏弹性参数的方法。用该模型进行数值模拟后的试验结果与室内试验结果有很好的吻合,验证了本重构方法的正确性。     

水泥改性乳化沥青混凝土力学性能与微观机理

研究了不同水泥用量对乳化沥青混凝土的抗压强度和抗压回弹模量、抗折强度和抗折回弹模量等力学参数的影响.使用红外光谱、X衍射和扫描电子显微镜,研究了水泥乳化沥青胶浆以及混凝土界面的微观结构特征.结果表明,加入水泥后,乳化混凝土力学参数有较大提高,并随着水泥用量增加而增大;水泥与乳化沥青之间没有发生明显的化学反应;水泥与乳化沥青中的水相发生了水化反应,水化产物与水泥在水中的水化产物相同;呈网状的水化产物与沥青通过物理复合形成的水泥沥青胶浆,增大了沥青胶浆的粘度,改善了胶浆与集料界面的粘结,提高了混凝土的力学性能.