基于胶浆特性的紫外光老化下沥青混合料路用性能及细观力学分析
本文选题：紫外光老化 切入点：沥青胶浆 出处：《西安建筑科技大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：紫外光老化是我国西部地区各等级公路沥青路面老化形式之一,影响着沥青路面路用性能和使用寿命。本文基于胶浆特性研究沥青胶浆在紫外光老化过程中物理性能、流变性能和微观性能的演化规律,并采用颗粒流数值模拟方法进行紫外光老化下沥青混合料细观力学分析。进一步认识了紫外光老化下沥青路面灾变破坏机理并提出合理粉胶比,为沥青路面老化性能评价体系的建立奠定基础。主要研究内容及成果如下:1.从组成胶浆的填料入手,通过对老化沥青胶浆性能测试分析了定量紫外光辐照下填料掺量对基质沥青胶浆和改性沥青胶浆抗紫外光老化性能的差异;进一步以粉胶比的变化为切入点,研究粉胶比对沥青混合料水稳定性、低温抗裂性及高温稳定性的影响,运用残差平方和最小法得到紫外光老化下沥青混合料最佳粉胶比。研究结果表明,掺加适量填料可以提高沥青胶浆的抗紫外光老化性能,紫外光老化降低了沥青胶浆的抗疲劳性能和低温流变性能;改性沥青混合料和基质沥青混合料路用性能受紫外光辐照影响最小的粉胶比F/A分别为1.040和1.245。2.运用Verhulst模型建立紫外光不同辐照时间下沥青混合料高低温性能方程,采用Levenberg-Marquardt(LM)算法及最小二乘法对相关参数进行估计,通过最佳粉胶比下沥青混合料路用性能试验验证方程的准确性,提出衡量沥青混合料路用性能变化的两个特征值:紫外光老化速率和紫外光老化残余指数。3.采用荧光显微镜、组分分离、红外光谱、高效凝胶色谱等现代物理化学分析技术,研究紫外光老化下沥青胶浆微观结构及填料掺量对沥青化学性能的影响,通过灰熵关联法分析了宏观物理性能和分子量分布特征参数的关系。研究结果表明,基质沥青胶浆的紫外光老化主要取决于填料掺量对基质沥青数均分子量Mn的影响,而改性沥青胶浆的紫外光老化受高聚物SBS质均分子量Mw的影响最大。4.基于粗集料颗粒多边形算法结合颗粒流软件中的“fish”语言建立了改性沥青混合料二维小梁数字试件,并进行虚拟弯曲断裂试验,通过监测加载过程中小梁试件内部裂纹的扩展过程及颗粒间接触力的变化,揭示紫外光老化下沥青路面裂缝形成的机理。研究结果表明,裂缝主要出现在沥青砂浆内部或沥青砂浆与集料的界面处,老化后裂纹扩展的速率大于老化前,紫外光老化后颗粒间正向接触力变化最为显著。
[Abstract]:Ultraviolet light aging is one of the aging forms of asphalt pavement in western China, which affects the pavement performance and service life. This paper studies the physical properties of asphalt paste during ultraviolet light aging based on the properties of slurry. Evolution of rheological and microscopic properties, The particle flow numerical simulation method is used to analyze the meso-mechanics of asphalt mixture under ultraviolet light aging. The catastrophic failure mechanism of asphalt pavement under ultraviolet light aging is further understood and the reasonable ratio of powder to binder is put forward. It lays a foundation for the establishment of the evaluation system of asphalt pavement aging performance. The main research contents and results are as follows: 1. Starting with the fillers that make up the mortar, By testing the properties of aging asphalt mortar, the difference between the content of filler and the UV aging resistance of matrix asphalt paste and modified asphalt mortar under the irradiation of quantitative ultraviolet light was analyzed, and the change of powder / binder ratio was taken as the breakthrough point. The effects of powder / binder ratio on water stability, low temperature cracking resistance and high temperature stability of asphalt mixture are studied. The optimum powder / binder ratio of asphalt mixture under ultraviolet light aging is obtained by using the sum of residual square method. Addition of proper amount of filler can improve the anti-UV aging performance of asphalt mortar, UV aging reduces the anti-fatigue performance and low-temperature rheological property of asphalt mortar. The powder / binder ratio F / A of modified asphalt mixture and matrix asphalt mixture is 1.040 and 1.245.2 respectively, which is the least affected by ultraviolet irradiation. The high and low temperature performance equation of asphalt mixture under different ultraviolet irradiation time is established by using Verhulst model. Levenberg-Marquardt LM (Levenberg-Marquardt) algorithm and least square method are used to estimate the relevant parameters. The accuracy of the equation is verified by the road performance test of asphalt mixture under the optimum powder / binder ratio. Two characteristic values to measure the change of pavement performance of asphalt mixture are put forward: UV aging rate and UV aging residual index .3.Modern physicochemical analysis techniques such as fluorescence microscope, component separation, infrared spectrum and high performance gel chromatography are used. The effects of the microstructure of asphalt slurry and the content of filler on the chemical properties of asphalt under ultraviolet light aging were studied. The relationship between macroscopic physical properties and molecular weight distribution parameters was analyzed by grey entropy correlation method. UV light aging of matrix asphalt slurry mainly depends on the effect of filler content on average molecular weight mn of matrix asphalt. The UV light aging of modified asphalt mortar is most affected by the mass average molecular weight of polymer SBS. 4. Based on the polygon algorithm of coarse aggregate particles and the "fish" language in the particle flow software, the two-dimensional trabecular digital specimen of modified asphalt mixture is established. Virtual bending fracture test was carried out. By monitoring the crack propagation process and the change of contact force between particles during loading, the mechanism of asphalt pavement crack formation under ultraviolet light aging was revealed. Cracks mainly occur in the interior of asphalt mortar or at the interface between asphalt mortar and aggregate. The rate of crack propagation after aging is larger than that before aging, and the change of positive contact force between particles is most obvious after ultraviolet light aging.
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U414
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，本文编号：1637207
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