基于紫外线辐射的SBS改性沥青老化机理及特性研究
发布时间：2021-07-04 19:37
太阳紫外线辐射会引发沥青路面老化,劣化其路用性能,降低使用寿命。随着我国公路网的建设布局重点逐步向西部高海拔和低纬度等紫外线辐射强烈地区转移,加上全球气候恶化,臭氧层不断变薄,沥青路面的老化问题日益彰显。本文选择常用的SBS改性沥青开展紫外光老化机理及其性能衰变特性研究,对沥青路面耐久性的提升具有重要意义,并可为沥青路面的抗紫外老化研究及预防性养护提供理论基础和参考价值。采用本课题组研发的紫外环境模拟箱开展不同工况下（波长、强度、时间）的2×4×4模拟老化正交试验,并与太阳曝晒老化进行对比。研究发现基于性能衰变及表观形貌和微观结构变化特征,辐射强度与时间具有老化累积效应,但并不遵循辐射总量相当原则。紫外线波长越短,能量越大,对沥青的老化损伤越强。采用三大指标试验及流变学手段开展SBS改性沥青紫外老化性能衰变特性研究。与TFOT老化相比,经紫外老化后,SBS改性沥青大体表现为:（1）针入度降低,太阳曝晒老化80 d后残留针入度比仅为33.9%;（2）软化点稍有浮动;（3）延度下降,甚至无法测量;（4）粘度增大,室内紫外老化粘度增幅相对较小,尤其是395nm的紫外老化,其粘度老化指数最大仅...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２沥青路面老化程度随时间变化图??
硕士学位论文??２．２＿２流变性能试验??（１）?ＤＳＲ试验??动态剪切流变仪（Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｓｈｅａｒ?Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ，简称ＤＳＲ）试验是ＳＨＲＰ提出的用于??评价沥青高温稳定性能的标准方法。ＤＳＲ试验通过控制应力或应变进行加载。其原理为??给沥青试样施加一个正弦变化的应变或应力，沥青内部必然会产生一个正弦交变的应力??或应变，如图２．２及图２．３所示。沥青作为典型的粘弹性材料，具有较高的温度敏感性。??当温度极低时，在荷载作用下呈现弹性特征，表现为较为明显的虎克弹性体，应力与应??变完全同步；而在高温状态下，沥青软化犹如粘性液体，服从牛顿定律，在荷载作用下，??虽然也会产生相应的荷载响应，但应力与应变在试件上会产生滞后现象（二者相对滞后??的时间差即为相位角幻。但实际上，沥青特性较为复杂，在通常的路面温度范围内，??沥青并非完全服从虎克定律或牛顿定律，而是同时表现为粘性流体和弹性固体的粘弹性??特征，故相位角介于０？ｔｉ／２之间。ＤＳＲ试验通过测定沥青原样、（ＲＸＴＦＯＴ及ＰＡＶ老化??试样的复数模量和相位角，来表征沥青的粘弹性行为。以车辙因子｜Ｇ＊｜／ｓｉｎ５评价沥青的??高温性能。试验规定在ｌ〇ｒａｄ／ｓ的剪切速率下，要求必须满足：ａ．原样浙青的｜Ｇ＊｜／ｓｉｎＪ??２?１．０?ｋＰａ；?ｂ．ＲＴＦＯＴ?老化后沥青的?１０＊１／３＾２?２．２?ｋＰａ；?ｃ．ＰＡＶ?老化后沥青的｜Ｇ＊｜／ｓｉｍ５Ｓ??５ＭＰａ〇??Ｍｓ?力?Ｉ?ａ?ｆ??ｇ?二?ｆ?！??參??图２．２?ＤＳＲ工作原理?图２．３交变作用下的应变与应力??本文采用的动态剪切流变仪型号为德国生产的ＰｈｙｓｉｃａＭＣＲ３０１型，采用
蠕变速率评价沥青的低温性能，试验温度较路面最低设计温度高ｌ〇°Ｃ，??相当于测定沥青在路面最低设计温度下２?ｈ的劲度模量和蠕变速率。考虑到沥青路而低??温开裂多发生于路面运营一段时间之后，此时沥青已经历过施工期及其前期的短期老化，??同时也正经历运营期的长期老化，故ＳＨＲＰ所采用的沥青为经ＲＴＦＯＴ和ＰＡＶ双重老化??后的试样，且规定６０ｓ时必须满足劲度模量不超过３００?ＭＰａ，蠕变速率要求不小于０．３。??匕?Ｊ?￣￣?３８??＾?＾?？ｒ＜ｔａ??［？］’?Ｔ?Ｖｒ－??图２．４弯曲梁流变仪示意图??本文采用美国Ｃａｎｎｏｎ生产的弯曲梁流变仪进行低温抗裂性能试验。其示意图如图??２．４所示。计算机自动采集小梁０？２４０?ｓ时刻的荷载与变形，并自动记录８?ｓ、１５?ｓ、３０??ｓ、６０ｓ、１２０?ｓ、２４０?ｓ下的蠕变劲度和蠕变速率。可通过分析老化前后沥青试样的蠕变??劲度和相蠕变速率变化特征，进而评价沥青老化程度和性能。??（３）布氏粘度试验??２１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]SBS改性沥青高温流变性能与相态结构的关系[J]. 寇长江,肖鹏,康爱红,吴正光,娄可可. 材料科学与工程学报. 2017(06)
[2]耦合老化条件下沥青性能与分子结构特征分析[J]. 何兆益,陈龙,冉龙飞,王晓东. 长安大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]SBS沥青混合料疲劳自愈合影响因素分析[J]. 黄卫东,林鹏,郑茂,鄯增平. 建筑材料学报. 2016(05)
[4]SBS和SBR改性沥青混合料抗紫外线老化性能研究[J]. 叶昌勇,许达俊. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2014(04)
[5]回收沥青方法研究——蒸馏温度和延迟时间[J]. 徐静,刘杰,秦昌荣,洪锦祥,刘加平. 建筑材料学报. 2014(02)
[6]基于FTIR的SBS改性沥青老化特性分析[J]. 赵永利,顾凡,黄晓明. 建筑材料学报. 2011(05)
[7]基于线黏弹范围的改性沥青动态流变性能[J]. 郭咏梅,倪富健,肖鹏. 江苏大学学报(自然科学版). 2011(04)
[8]紫外老化对沥青力学行为及聚集态的影响[J]. 王佳妮,薛忠军,谭忆秋. 中国公路学报. 2011(01)
[9]SBS,SBR改性沥青抗紫外线老化性能对比[J]. 刘黎萍,董文龙,孙立军,江涛. 建筑材料学报. 2009(06)
[10]非线性微分动力学模型的沥青老化行为[J]. 栗培龙,张争奇,王秉纲. 土木建筑与环境工程. 2009(04)
博士论文
[1]模拟紫外环境下沥青流变行为及老化机理的研究[D]. 王佳妮.哈尔滨工业大学 2008
[2]沥青紫外光老化特性研究[D]. 庞凌.武汉理工大学 2008
硕士论文
[1]基于热、光耦合条件下SBS改性沥青老化机理研究[D]. 刘丽.重庆交通大学 2015
[2]沥青材料的快速识别与分析方法研究[D]. 唐洁琼.北京化工大学 2015
[3]基于光热耦合条件下SBS改性沥青老化特性研究[D]. 张杰文.重庆交通大学 2014
[4]沥青与沥青混合料光热老化路用性能研究[D]. 张保立.重庆交通大学 2010
本文编号：3265407
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２沥青路面老化程度随时间变化图??
硕士学位论文??２．２＿２流变性能试验??（１）?ＤＳＲ试验??动态剪切流变仪（Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｓｈｅａｒ?Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ，简称ＤＳＲ）试验是ＳＨＲＰ提出的用于??评价沥青高温稳定性能的标准方法。ＤＳＲ试验通过控制应力或应变进行加载。其原理为??给沥青试样施加一个正弦变化的应变或应力，沥青内部必然会产生一个正弦交变的应力??或应变，如图２．２及图２．３所示。沥青作为典型的粘弹性材料，具有较高的温度敏感性。??当温度极低时，在荷载作用下呈现弹性特征，表现为较为明显的虎克弹性体，应力与应??变完全同步；而在高温状态下，沥青软化犹如粘性液体，服从牛顿定律，在荷载作用下，??虽然也会产生相应的荷载响应，但应力与应变在试件上会产生滞后现象（二者相对滞后??的时间差即为相位角幻。但实际上，沥青特性较为复杂，在通常的路面温度范围内，??沥青并非完全服从虎克定律或牛顿定律，而是同时表现为粘性流体和弹性固体的粘弹性??特征，故相位角介于０？ｔｉ／２之间。ＤＳＲ试验通过测定沥青原样、（ＲＸＴＦＯＴ及ＰＡＶ老化??试样的复数模量和相位角，来表征沥青的粘弹性行为。以车辙因子｜Ｇ＊｜／ｓｉｎ５评价沥青的??高温性能。试验规定在ｌ〇ｒａｄ／ｓ的剪切速率下，要求必须满足：ａ．原样浙青的｜Ｇ＊｜／ｓｉｎＪ??２?１．０?ｋＰａ；?ｂ．ＲＴＦＯＴ?老化后沥青的?１０＊１／３＾２?２．２?ｋＰａ；?ｃ．ＰＡＶ?老化后沥青的｜Ｇ＊｜／ｓｉｍ５Ｓ??５ＭＰａ〇??Ｍｓ?力?Ｉ?ａ?ｆ??ｇ?二?ｆ?！??參??图２．２?ＤＳＲ工作原理?图２．３交变作用下的应变与应力??本文采用的动态剪切流变仪型号为德国生产的ＰｈｙｓｉｃａＭＣＲ３０１型，采用
蠕变速率评价沥青的低温性能，试验温度较路面最低设计温度高ｌ〇°Ｃ，??相当于测定沥青在路面最低设计温度下２?ｈ的劲度模量和蠕变速率。考虑到沥青路而低??温开裂多发生于路面运营一段时间之后，此时沥青已经历过施工期及其前期的短期老化，??同时也正经历运营期的长期老化，故ＳＨＲＰ所采用的沥青为经ＲＴＦＯＴ和ＰＡＶ双重老化??后的试样，且规定６０ｓ时必须满足劲度模量不超过３００?ＭＰａ，蠕变速率要求不小于０．３。??匕?Ｊ?￣￣?３８??＾?＾?？ｒ＜ｔａ??［？］’?Ｔ?Ｖｒ－??图２．４弯曲梁流变仪示意图??本文采用美国Ｃａｎｎｏｎ生产的弯曲梁流变仪进行低温抗裂性能试验。其示意图如图??２．４所示。计算机自动采集小梁０？２４０?ｓ时刻的荷载与变形，并自动记录８?ｓ、１５?ｓ、３０??ｓ、６０ｓ、１２０?ｓ、２４０?ｓ下的蠕变劲度和蠕变速率。可通过分析老化前后沥青试样的蠕变??劲度和相蠕变速率变化特征，进而评价沥青老化程度和性能。??（３）布氏粘度试验??２１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]SBS改性沥青高温流变性能与相态结构的关系[J]. 寇长江,肖鹏,康爱红,吴正光,娄可可. 材料科学与工程学报. 2017(06)
[2]耦合老化条件下沥青性能与分子结构特征分析[J]. 何兆益,陈龙,冉龙飞,王晓东. 长安大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]SBS沥青混合料疲劳自愈合影响因素分析[J]. 黄卫东,林鹏,郑茂,鄯增平. 建筑材料学报. 2016(05)
[4]SBS和SBR改性沥青混合料抗紫外线老化性能研究[J]. 叶昌勇,许达俊. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2014(04)
[5]回收沥青方法研究——蒸馏温度和延迟时间[J]. 徐静,刘杰,秦昌荣,洪锦祥,刘加平. 建筑材料学报. 2014(02)
[6]基于FTIR的SBS改性沥青老化特性分析[J]. 赵永利,顾凡,黄晓明. 建筑材料学报. 2011(05)
[7]基于线黏弹范围的改性沥青动态流变性能[J]. 郭咏梅,倪富健,肖鹏. 江苏大学学报(自然科学版). 2011(04)
[8]紫外老化对沥青力学行为及聚集态的影响[J]. 王佳妮,薛忠军,谭忆秋. 中国公路学报. 2011(01)
[9]SBS,SBR改性沥青抗紫外线老化性能对比[J]. 刘黎萍,董文龙,孙立军,江涛. 建筑材料学报. 2009(06)
[10]非线性微分动力学模型的沥青老化行为[J]. 栗培龙,张争奇,王秉纲. 土木建筑与环境工程. 2009(04)
博士论文
[1]模拟紫外环境下沥青流变行为及老化机理的研究[D]. 王佳妮.哈尔滨工业大学 2008
[2]沥青紫外光老化特性研究[D]. 庞凌.武汉理工大学 2008
硕士论文
[1]基于热、光耦合条件下SBS改性沥青老化机理研究[D]. 刘丽.重庆交通大学 2015
[2]沥青材料的快速识别与分析方法研究[D]. 唐洁琼.北京化工大学 2015
[3]基于光热耦合条件下SBS改性沥青老化特性研究[D]. 张杰文.重庆交通大学 2014
[4]沥青与沥青混合料光热老化路用性能研究[D]. 张保立.重庆交通大学 2010
本文编号：3265407
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