基于AFM的老化沥青表面微观特征及影响因素分析

发布时间：2017-08-29 20:04

  本文关键词：基于AFM的老化沥青表面微观特征及影响因素分析

  更多相关文章： 老化沥青 微观特征 影响因素 原子力显微镜

【摘要】：近年来,沥青路面在我国使用越来越广泛,但是由于沥青材料的老化,致使沥青路面的耐久性降低,使用寿命缩短。同时,沥青材料的再生过程与其老化过程密切相关,要想深入的研究再生技术、提高再生效率,必须充分认识沥青老化阶段产生的各种变化。物质微观结构的变化影响其宏观性能的变化。因此,深入研究老化沥青的微观层面的变化规律可以更好的从宏观上解释其老化现象。近前,原子力显微镜(AFM)技术在研究材料微观性能方面很有优势,基于此,本文基于AFM手段,从微观上分析老化沥青的表面特征变化规律和老化影响因素。首先,为了更好的模拟沥青老化环境,自主开发设计沥青老化环境控制箱,设置光照、温控、喷淋等系统,可以实现沥青材料在室内条件的光、热、水等多因素耦合老化试验,使室内环境进一步贴近沥青室外老化条件。并针对不同油源和标号的沥青,合理的设计老化试验。其次,基于AFM手段,分析老化沥青的表面微观特征变化。利用NanoScope Analysis和MATLAB等软件,选取合适的模型和计算方法。分析得出,随着沥青老化,材料表面纳米硬度和弹性模量逐渐增大,但是表面自由能和粘附力趋于减小,对于不同种类的沥青变化幅度不同,50#沥青的表面微观粗糙度逐渐变小,“蜂型”结构总量趋于减少,70#和90#沥青表面微观粗糙度变化不大,且不具有“蜂型”结构。然后,开展了不同老化因素作用下的沥青老化试验。根据AFM工具,得出室内老化试验中,热老化后沥青表面的粗糙度和粘附状况变化最大,而水热老化后,沥青表面硬度和弹性模量变化最大。室外太阳光老化后,试样表面粘附情况变化不大,但是纳米硬度和弹性模量增长较大。沈山取芯试样抽提得到的沥青表面粘附状况下降较多,纳米硬度增长较大。最后,采用红外光谱试验,结合AFM进一步从微观角度分析不同影响因素的对沥青老化的作用程度。
【关键词】：老化沥青 微观特征 影响因素 原子力显微镜
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U414
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义9-10
• 1.1.1 课题的来源9
• 1.1.2 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 沥青老化形式分析10-11
• 1.2.2 沥青老化试验方法研究11-12
• 1.2.3 沥青老化微观角度分析12-13
• 1.2.4 AFM在研究沥青材料上的应用现状13-14
• 1.2.5 国内外文献综述14
• 1.3 主要研究内容14-16
• 1.4 研究方案及研究路线16-19
• 第2章 沥青材料多因素耦合老化系统19-32
• 2.1 紫外辐射强度介绍19-23
• 2.1.1 太阳光辐射强度分布19-22
• 2.1.2 紫外光强度计算22-23
• 2.2 沥青材料环境老化控制箱23-27
• 2.2.1 老化设备光源的选取23-26
• 2.2.2 喷淋系统设计26-27
• 2.3 沥青材料老化试验方案设计27-31
• 2.3.1 材料选择与制备27-28
• 2.3.2 室内老化试验参数设定28-30
• 2.3.3 室外沥青老化试验30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 基于AFM的老化沥青表面微观特征分析32-55
• 3.1 老化沥青表面微观构造分析32-39
• 3.1.1 试样表面粗糙度变化分析33-36
• 3.1.2 沥青试样表面“蜂型”结构变化分析36-39
• 3.2 老化沥青表面纳米硬度及弹性模量分析39-47
• 3.2.1 沥青材料纳米硬度及弹性模量计算模型和方法39-42
• 3.2.2 老化沥青纳米硬度及弹性模量变化分析42-47
• 3.3 老化沥青表面粘附情况分析47-53
• 3.3.1 粘附力测试原理及计算方法48-49
• 3.3.2 老化沥青表面粘附情况变化分析49-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第4章 基于AFM的沥青老化影响因素分析55-73
• 4.1 基于环境控制箱的沥青老化影响因素分析55-63
• 4.1.1 实验方案介绍55-57
• 4.1.2 室内试验沥青老化影响因素分析57-63
• 4.2 基于室外试验和现场取样沥青老化因素分析63-68
• 4.2.1 室外太阳光老化试验63-65
• 4.2.2 基于沈山高速现场取样的老化沥青分析65-68
• 4.3 老化沥青红外光谱试验辅助分析68-71
• 4.4 本章小结71-73
• 结论73-75
• 参考文献75-80
• 读硕士学位期间发表的论文及其它成果80-82
• 致谢82-83

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本文编号：755158