复杂环境下沥青老化及自愈合性能研究

发布时间：2020-10-30 12:26

　　 一直以来交通运输业作为我国基础性、先导性产业,近年来随国民经济的飞速发展的同时从根本上实现了历史性突破。高速公路是衡量交通运输业乃至国民经济的重要指标,其中沥青路面的使用比例达90%以上。然而随着服役期的延长,沥青路面不可避免地遭遇变形、开裂、表面功能衰减等病害,严重影响道路使用寿命。沥青本身的老化和外部复杂气候环境的综合影响是造成路面病害的主要原因。沥青作为一种粘弹性材料,本身具有自我恢复(自愈)的能力,而这种能力又总会受到老化等其他外部环境因素的影响。因此只有在充分理解沥青老化机理的前提下,才能更好实现对于沥青自愈合机理的认知。目前,对于沥青热老化研究已相当成熟,而基于路面使用阶段的复合水老化、复合紫外老化的研究尚处于空白。本文在室内热氧老化的基础上,通过添加水分模拟道路沥青复合水老化,通过室内加速紫外老化设备模拟道路沥青复合紫外老化。选取北方地区常用基质沥青与SBS改性沥青,分别经过四种不同老化方式,测试了复合老化前后沥青的物理力学性能,并辅以微观手段对其以定性定量分析,最后考察了老化沥青的损伤愈合特性,找到了影响自愈合的关键因素,为道路沥青材料的设计和改进提供了参考依据。通过常规性能指标研究发现:复合老化对沥青的影响远大于热老化,且复合老化对低温性能的影响远大于高温性能,并发现采用黏度比与老化指数作为复合老化程度的评价指标较为合适。复合老化前两种沥青的低温流变性能随老化程度加深而降低;基质沥青与SBS改性沥青水老化后低温蠕变性能较长期老化(PAV)截然相反:前者略有提升,后者明显降低;伯格斯(Burgers)模型参数拟合结果显示,UV老化导致两种沥青的能量耗散最少,松弛时间最长,低温性能最差。采用原子力显微镜(AFM)观测分析复合老化前后沥青微观结构的变化发现,绝大多数沥青表面形貌图中均存在“蜂形结构”,老化引起蜂形结构数目和面积发生改变;二维形貌图显示:基质沥青水老化后蜂形结构数目和面积明显减少,SBS改性沥青水老化后相邻蜂形结构之间产生交联并高度聚集;UV老化后两种沥青蜂形结构数目和面积大幅减少,即紫外线改变了沥青组分和分子结构;振幅参数和功能参数显示,水老化后基质沥青面粗糙程度、表观硬度降低,SBS改性沥青水老化则恰好相反;两种沥青UV老化后表面粗糙度、表观硬度最低。相位图显示基质沥青水老化后分散相面积减少,连续相面积增大,而SBS正好相反;UV老化后两种沥青的蜂相和分散相面积大幅降低。皮尔逊(Pearson)相关分析表明颗粒数越多、平均粒径越小老化程度越高,应力松弛能力越差,低温性能越差。延度拉伸愈合试验(DTH)结果表明,影响老化基质沥青自愈性能的主要因素为老化程度,选取延度恢复率(Drr)评价其自愈合性能更加合理;而SBS改性沥青自愈合性能受指标变化影响较小,且以愈合温度对自愈能力影响最为显著。
【学位单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U414
【部分图文】：

第一章 绪论及意义懈努力，中国特色社会主义进入了新时代，这是我国供给侧结构性改革成效显著，转型升级步伐加快的发展起着重要基础性作用。根据《2016 年交通运016 年末全国公路总里程 469.63 万公里，比上年增公里/百平方公里，增加 1.24 公里/百平方公里。公路总里程 97.7%。全国高速公路总里程已达到 13.10 运输部修订的国家高速公路网规划，未来的投资重倾斜，尤其是西部地区将继续成为拉动公路投资的

长期老化模拟路面服务状态下 6～8 年的老化（美国标准），采用 SHRP 计划压化（PAV）试验法，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20-20》T 0630-2011 进行操作：将短期老化试样置于密闭压力老化容器，并在 2.1M0.1MPa 的空气压力和 100℃条件下连续运行 20h。2. 水老化沥青制备为模拟道路使用期间受雨水的影响，在基于压力老化（PAV）试验基础上采用样表面加入水分的方法。试验以呼和浩特当地降雨量为依据，经查明呼和浩特 2010-2016 年平均年降水量为 435.8mm，年平均降水日为 90 天（约为全年的），由于长期老化过程中水对沥青的影响是间断的且研究表明长期老化在前期00min）加入水分老化速度最快也最明显，后期相对来说比较缓慢，也不够明显，老化作用时长为 300min，作用于压力老化前 1/4 阶段以模拟长期水老化[51]，试需水量为 8.5ml，设定试验温度 100℃，老化时长 20h。

a)基质沥青紫外老化 b)SBS 改性沥青紫外老化图 2-2 紫外老化沥青试样Fig. 2-2 The asphalt specimens after UV aging图 2-3 沥青试样位置摆放Fig. 2-3 Placement of bitumen sample position.3 宏微观试验设备及样品制备
【参考文献】

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本文编号：2862475