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

摘要

紫外光老化是中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。

目录

声明

1 绪论

1.1研究意义

1.2国内外研究现状

1.3国内外研究现状分析

1.4研究内容、方案及技术路线

2紫外光老化下沥青胶浆材料性能评价

2.1 原材料

2.2 沥青胶浆制备及室内紫外光老化试验

2.3 紫外光老化下沥青胶浆物理性能试验分析

2.4 紫外光老化下沥青胶浆流变性能试验分析

2.5本章小结

3 紫外光老化下粉胶比对沥青混合料技术性质影响的研究

3.1 沥青混合料组成结构设计

3.2 紫外光老化下沥青混合料技术性质试验设计

3.3水稳定性

3.4低温抗裂性

3.5高温稳定性

3.6 紫外光老化下沥青混合料粉胶比优化分析

3.7 本章小结

4紫外光老化下沥青胶浆微观形貌、化学性能分析

4.1紫外光老化下SBS改性沥青胶浆微观形貌量化分析

4.2 紫外光老化下沥青胶浆化学组分分析

4.3 紫外光老化下沥青胶浆化学官能团的分析

4.4 紫外光老化下沥青胶浆分子量分布的分析

4.5 本章小结

5紫外光老化下沥青混合料高低温性能预测

5.1紫外光老化下沥青混合料性能预测模型的建立

5.2沥青混合料室内紫外光老化试验方案的确定

5.3紫外光老化下沥青混合料高低温性能预测方程

5.4高低温性能预测方程验证

5.5 本章小结

6紫外光老化下沥青混合料细观力学分析

6.1 颗粒流法基础理论

6.2 沥青混合料小梁模型建立

6.3 小梁低温弯曲破坏试验模拟

6.4本章小结

7结论与展望

7.1主要结论

7.2主要创新点

7.3进一步研究建议

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果及参与的科研项目