基于能量耗散理论的POE-SBS复合改性沥青疲劳性能研究

发布时间：2017-04-17 01:02

  本文关键词：基于能量耗散理论的POE-SBS复合改性沥青疲劳性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：沥青胶结料的疲劳特性对沥青混合料的疲劳寿命起着重要作用,有效评价沥青胶结料的疲劳寿命是研究路面疲劳破坏的基础问题。目前,室内评价沥青胶结料疲劳性能时,大都采用连续加载模式,或者采用连续加载之后添加休息期模式,与实际路面的受力模式并不一致。因此,本文以间歇加载的方式模拟实际路面的受力模式,并以连续加载方式作为参比试验组,对沥青胶结料疲劳性能进行研究。苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS改性沥青作为应用最广泛、用量最多的聚合物改性沥青,其一大弊端是抗疲劳能力不够理想。聚乙烯-辛烯热塑性弹性体POE既具有优异的韧性又具有良好的加工性,在改善聚合物复合材料的抗冲击及疲劳性能方面具有明显优势。鉴于此,本文以POE、SBS对沥青进行复合改性,着重分析POE对SBS改性沥青流变性能及不同加载模式下疲劳特性的影响。主要研究内容及成果如下：通过SHRP单点试验、多应力蠕变恢复试验和弯曲蠕变劲度试验研究POE-SBS比例及掺量对沥青性能的影响,根据试验结果得出在POE-SBS比例为1：9、改性剂掺量为4.5%时制备的复合改性沥青高温及低温性能均较优。利用WLF公式和CAM模型,采用规划求解的方法拟合出的复数模量与实测复数模量相关系数可达0.99以上。分析沥青主曲线族可以得出,POE的加入并未对SBS沥青宽频范围内流变性能造成显著影响。通过对6种沥青应力控制的间歇加载和连续加载模式下疲劳性能的研究,在以沥青复数模量G*确定的Nf50和以基于耗散能确定的Np20评价沥青疲劳性能时,6种沥青间歇加载模式下Nf50及Np20较连续加载模式分别提高了80%～90%和90%～100%。沥青在间歇加载条件下可承受的交变荷载循环次数远大于同等应力大小的连续加载模式,因此实验室条件下仅采用连续加载模式研究沥青的疲劳性能是不够合理的。通过对6种不同POE-SBS比例沥青疲劳性能的研究,得出无论是连续加载还是间歇加载模式,随着POE比例的增加,Nf50及Np20均呈现先增加后减少而后再增加的趋势,且加入POE的沥青疲劳寿命均高于SBS改性沥青。表明POE的引入提高了SBS改性沥青的疲劳寿命。POE-SBS比例为1：9的复合改性沥青与纯SBS沥青相比,连续加载模式中,前者较后者Nf50-连续提高了60%,Np20-连续提高了54%；间歇加载模式中,前者较后者Nf50-间歇提高了62%,Np20-间歇提高了60%。说明少量的POE即可大幅提高沥青的疲劳寿命。耗散能变化率DR在表征应力控制连续加载模式下沥青的疲劳寿命时尚可呈现出一定规律,而在间歇加载模式下DR则表现为一系列无规律的分散点。说明DR不适用于评价应力控制模式间歇加载条件下沥青的疲劳性能,在使用DR时应保证数据的连续性。
【关键词】：POE 复合改性沥青 流变性能 疲劳性能 耗散能 累计耗散能变化率
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U414
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-21
• 1.2.1 SBS、POE改性沥青研究现状12-13
• 1.2.2 沥青胶结料疲劳性能研究现状13-21
• 1.2.2.1 试验方法14-16
• 1.2.2.2 评价指标16-21
• 1.3 主要研究内容和技术路线21-23
• 1.3.1 主要研究内容21
• 1.3.2 技术路线21-23
• 第2章 沥青疲劳特性研究方法23-36
• 2.1 耗散能及基于耗散能的疲劳评价指标23-25
• 2.2 试验设备及原理25-31
• 2.2.1 DSR原理及力学参数26-30
• 2.2.2 DSR设备30-31
• 2.3 沥青疲劳性能试验参数选择31-34
• 2.4 试验步骤34-35
• 2.5 小结35-36
• 第3章 POE-SBS沥青制备及其流变性能分析36-49
• 3.1 试验材料及样品制备36-37
• 3.2 POE-SBS比例对沥青性能影响37-40
• 3.2.1 高温性能37-39
• 3.2.2 低温性能39-40
• 3.3 POE-SBS掺量对沥青性能影响40-43
• 3.3.1 高温性能41-42
• 3.3.2 低温性能42-43
• 3.4 POE-SBS复合改性沥青模量主曲线43-47
• 3.4.1 CAM模型与WLF方程43-44
• 3.4.2 频率扫描试验条件44-45
• 3.4.3 模量主曲线族45-47
• 3.5 小结47-49
• 第4章 POE-SBS复合改性沥青疲劳性能研究49-70
• 4.1 试验材料及方案49-50
• 4.2 疲劳试验中沥青力学参数变化分析50-58
• 4.2.1 加载模式的影响51-54
• 4.2.1.1 复数模量G~*51-53
• 4.2.1.2 相位角δ53-54
• 4.2.2 POE-SBS比例的影响54-58
• 4.2.2.1 复数模量G55-56
• 4.2.2.2 相位角δ56-58
• 4.3 疲劳试验中的能量分析58-68
• 4.3.1 加载模式的影响58-64
• 4.3.1.1 耗散能ω_i58-60
• 4.3.1.2 累计耗散能变化率DER60-62
• 4.3.1.3 耗散能变化率DR62-64
• 4.3.2 POE-SBS比例的影响64-68
• 4.3.2.1 耗散能ω_i64-66
• 4.3.2.2 累计耗散能变化率DER66-68
• 4.3.2.3 耗散能变化率DR68
• 4.4 小结68-70
• 第5章 结论与展望70-73
• 5.1 结论70-71
• 5.2 创新点71
• 5.3 展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况77

【参考文献】

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