MA用混合沥青触变及老化特性的多尺度研究与应用

发布时间：2018-08-06 19:47

【摘要】：钢桥面铺装技术仍然是有待进一步解决的世界性难题,一直受到国内外学术界和工程界的高度重视与关注。针对部分浇注式沥青混凝土铺装层在使用过程中出现高温稳定性较差、易疲劳开裂等病害,按照针对性、实用性、前瞻性‖研究准则,把现阶段浇注式沥青混凝土铺装中出现亟需解决的拌合工艺特性为研究对象,依照分区域、分尺度‖的研究双主线,在浇注式沥青混合料拌合过程中的触变区采用细观尺度和宏观尺度分析手段,在老化区采用红外光谱、凝胶渗透色谱、原子力显微镜等微观尺度分析手段与细观尺度和宏观尺度分析手段相结合的方式,对浇注式沥青混凝土的触变性和使用性能开展系统研究,再采用足尺度加速加载试验对研究成果进行应用验证,建立其微观、细观、宏观与足尺度指标间的相关性,尝试解决浇注式沥青混凝土铺装中的一些关键技术问题,完善了浇注式沥青混凝土设计与施工质量控制方法和水平,揭示了MA类浇注式沥青混凝土超热老化机理,为浇注式沥青材料的优选和使用性能预测,形成长效耐久的钢桥面铺装技术提供理论依据和技术支持。本文综合考虑现有条件,主要完成了以下工作:(1)采用AR-2000高级流变仪从细观尺度开展了对混合沥青及其胶浆的触变性试验研究,尝试提出了混合沥青及其胶浆的触变本构方程,尝试提出了触变性的评价方法;这对系统掌握宏观尺度浇注式沥青混凝土触变性影响规律和揭示其流动变形机理有重要帮助,为工程应用提供关键的理论支撑。(2)采用原子力显微镜、凝胶渗透色谱、红外光谱等现代材料分析手段,从微观尺度分析了混合沥青老化前后的原子力、分子量分布、官能团变化,揭示了MA类混合沥青超热氧老化机理。同时,将室内模拟超热氧老化的混合沥青与现场拌合的浇注式沥青混合料回收沥青的微观结构特征指标进行比对,提出了适用于MA类混合沥青室内模拟超热氧短期老化方法及条件;在此基础上,分析超热氧老化时间对浇注式回收沥青的微观结构特性的影响,深入细致地研究沥青微观组成结构变化,为进行微观尺度与细观、宏观尺度的性能指标相关性分析奠定基础;进而为钢桥面铺装浇注式沥青材料的优选和性能预测提供必要的理论依据和技术支持。(3)采用动态剪切流变仪、布氏粘度计、针入度仪、软化点测试仪等工程分析手段,从细观尺度分析了混合沥青老化前后的动态粘弹力学参数、针入度、软化点等指标变化,将其与微观尺度指标进行相关性分析,进一步揭示了混合沥青超热氧老化机理。在此基础上,分析了超热氧老化时间对浇注式沥青混凝土粘弹特性的影响,深入细致地研究了沥青微观尺度变化带来的细观行为表现,为建立其微观尺度与细观、宏观尺度的性能指标联系打下了基础。(4)采用落锤式粘度计从宏观尺度分析浇注式沥青混凝土的流动性,重点探寻了不同制备装置下拌合温度、拌合时间和粗集料含量等因素对浇注式沥青混合料流动性的影响规律,为探寻最佳工艺窗口期,指导浇注式沥青混凝土的设计和施工奠定基础。(5)采用车辙试验和冲击韧性试验从宏观尺度分析浇注式沥青混凝土高温性能和疲劳性能,重点研究了不同制备装置下拌合时间、拌合温度和粗集料含量对其使用性能影响的差异,结合工作和易性的研究成果讨论确定最佳工艺窗口期,为浇注式沥青混凝土的设计与施工提供了借鉴;将微观尺度参数指标与宏观尺度的使用性能指标进行相关性分析,为解释宏观力学行为提供了依据。(6)将研究成果应用于足尺模型钢箱梁桥面铺装系统加速加载试验,重点验证了MA类材料性能设计指标与最佳施工窗口期的合理性;对大规模生产的MA类混凝土进行动态力学分析,验证了足尺模型设计采用材料参数的合理性,为全面分析浇注式沥青混凝土的使用特性和进行使用寿命预测提供基础参数,比较了MA类混凝土与普通沥青混合料的CAM模型参数指标差异;进一步采用足尺度加载加载车辙变形验证了MA类铺装材料微观尺度参数指标、细观尺度动态力学粘弹指标和宏观尺度高温性能指标的相关性或一致性,为形成长效耐久的钢桥面铺装技术提供科学依据。
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【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U414

【参考文献】