热氧老化对胶粉改性沥青性能影响的多尺度研究

发布时间：2020-08-01 19:07

【摘要】：胶粉改性沥青以其良好的路用性能和综合社会经济效益被广泛的关注与研究,热老化是胶粉改性沥青从生产到使用全寿命周期都面临的问题,因此,本文从多个尺度对胶粉改性沥青老化前后性能变化规律进行分析,研究老化对胶粉改性沥青性能影响的机理。首先在宏观尺度下,对老化前后胶粉改性沥青进行宏观动态剪切流变试验(DSR)和弯曲梁蠕变劲度试验(BBR),分析老化前后胶粉改性沥青的复数模量~*、车辙因子~*/4)9)以及蠕变劲度S与蠕变速率m。结果表明:老化后,胶粉改性沥青的高温抗变形能力有所提高,但低温抗裂性能有所下降;老化过程中大量轻质组分转化成沥青质,使得其黏性下降而弹性上升,因而在宏观上抗高温变形能力增强,低温脆性增大。其次在细观尺度下,对老化前后的基质沥青和胶粉改性沥青进行了基于原子力显微镜(AFM)的定量纳米力学(QNM)扫描,分析了老化前后沥青的微观结构和微观力学性能。结果表明:胶粉的掺入使得沥青中的蜂形结构被分散成更加细小的黑白斑点结构;从表面特征来看,胶粉改性沥青的黑白斑点结构更加均匀,因此胶粉改性沥青的粗糙度相对基质沥青更小;老化对胶粉改性沥青微观结构的影响较小;沥青表面粘附力随着老化程度的加深逐渐减小;胶粉的加入和老化程度的加深都会使沥青的模量上升,使沥青表现出更多的弹性。然后在纳观尺度下,建立沥青与胶粉的分子模型,利用分子动力学(Molecular Dynamics)模拟技术,计算分析了胶粉改性沥青中沥青与胶粉在不同温度下和老化前后的相容性,同时分析了老化前后沥青分子动力学能量的变化。结果表明:沥青分子与SBR分子的最佳相容温度为160℃;老化后沥青分子模型的整体能量增加但密度并没有明显的变化;老化后的沥青与SBR分子之间的相容性明显下降;SBR分子的加入使得老化对沥青分子集团的影响减弱。最后基于三种尺度的分析结果,对老化前后的胶粉改性沥青进行跨尺度分析。结果表明:室温时,老化后宏观高温抗变形能力的上升,是由于老化促使沥青在细观尺度上使得微观形貌趋于均匀稳定、微观模量增大导致的;老化后胶粉改性沥青微观峰结构的减少,是由于沥青分子集团分子动力学能量的升高,使其团聚困难从而导致胶粉改性沥青微观峰结构减少、表面平缓;对于沥青材料,不同尺度下的表现存在关联性,宏观性能的表现可以从细观与纳观尺度进行分析,从而探究其原因与机理。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U414
【图文】：

玻璃态转变温度典型曲线

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原子力显微镜系统结构

【参考文献】

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本文编号：2777873