基于DMA方法的沥青砂浆动态弯拉黏弹特性

为了研究沥青砂浆的动态弯拉黏弹特性及其影响因素,提出了一种基于动态力学分析方法(DMA)的沥青砂浆动态弯拉试验方法,并对7种沥青砂浆进行了不同条件下的动态应变和频率扫描试验,分析加载频率、温度、油石比、沥青种类和矿料级配对沥青砂浆线黏弹性应变范围及黏弹性能的影响。基于时温等效原理,采用非线性最小二乘法绘制参考温度为20℃的沥青砂浆动态弯拉模量和相位角主曲线。研究结果表明:基于DMA方法的动态弯拉扫描试验,是一种能够有效、可靠评价沥青砂浆的动态弯拉黏弹特性的测试方法;沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围与加载频率成正比,与温度成反比;增加油石比,会显著降低沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围和高温低频条件下的动态模量,增大相位角峰值及温度敏感性,而对低温高频条件下的动态模量与相位角影响较小。相比于普通基质沥青,采用SBS改性沥青和橡胶沥青,均能增加沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围与动态模量,减小其相位角峰值与温度敏感性,大幅改善沥青砂浆在高温低频条件下的动态弯拉黏弹特性。矿料级配是影响沥青砂浆体积参数与动态黏弹特性的重要因素,较粗的矿料级配会显著降低沥青砂浆的弯拉线黏弹性应变范围和动态模量,增大相位角峰值和温度敏感性。     

基于动态蠕变性能的沥青延迟时间谱研究

为了更好地描述沥青的动态黏弹性能,通过动态剪切流变仪测定了沥青在不同频率下的动态蠕变性能,采用广义Voigt模型来拟合沥青的动态柔量曲线,根据多元非线性回归法计算出描述沥青蠕变性能的延迟时间谱,并且通过延迟时间谱将沥青的动态柔量转换为静态蠕变柔量.结果表明:延迟时间谱能很好地表征沥青的动态蠕变性能,根据延迟时间谱可以很好地转换沥青动静态黏弹函数,从而可以在更宽的频率和温度范围内研究沥青的黏弹性能.     

基于DMA方法的相变改性沥青黏弹特性及低温性能研究

为了探究相变改性沥青的黏弹特性与低温性能，采用DMA方法进行了频率扫描试验和温度扫描试验，对试验结果进行了统计分析，测定计算了不同掺量的相变改性沥青的储能模量、损耗因子扫描曲线及玻璃态转变温度，分析了相变改性沥青的黏弹特性，通过沥青弯曲蠕变劲度试验，研究了相变改性沥青的低温性能，并对黏弹特性和低温性能进行了相关性分析。研究结果表明：相变材料的加入可降低沥青的玻璃态转变温度、储能模量和蠕变劲度模量，提高损耗因子和蠕变劲度变化斜率，可提升沥青“黏性”分量，改善低温性能；相变改性沥青的储能模量、损耗因子和玻璃态转变温度均与蠕变劲度模量存在良好的相关性，可利用黏弹特性指标对相变改性沥青的低温性能进行评价。     

DMA法研究拌和温度对沥青黏弹性能的影响

采用动态力学分析(DMA)方法研究沥青老化前后的黏弹性质,利用动态剪切流变仪(DSR)进行温度扫描和频率扫描并分析各黏弹性指标的变化,采用Cross模型和Carreau模型拟合得到沥青的零剪切黏度,分析老化温度对沥青黏弹性能的影响。结果表明:在测定温度范围内,沥青的复数模量|G*|和车辙因子|G*|/sinδ均随测试温度增加而减小但相位角δ增大;在测定频率范围内,沥青的损失模量(G″)和储存模量(G′)均随频率(ω)增大而增大,同等老化程度沥青的G″始终大于G′,且差值随频率增加而减小;对于不同老化温度的影响,零剪切黏度的分析结果与温度扫描、频率扫描关联性较好,老化温度越高沥青的高温性能越好,抗车辙性能越优,但施工和易性下降,且温度超过163℃时老化速度快速增加。     

沥青混合料动态黏弹性的分数阶微分本构模型

为准确描述沥青混合料的动态黏弹性力学行为,在分数阶微分Zener模型(FDZ模型)的基础上,提出了一种改进的分数阶微分Zener模型(mFDZ模型),给出了频域内动态模量、存储模量、损耗模量和损耗正切等动态黏弹性能表达式,它们满足Kronig-kramers关系。mFDZ模型参数通过两步确定,一是结合不同温度和加载频率下沥青混合料的复模量试验结果,通过Wicket图给出了mFDZ模型中与温度无关的模型参数,二是利用时间-温度等效原理与WLF方程确定了与温度相关的模型参数,同时得到了沥青混合料动态黏弹性能主曲线。将mFDZ模型与FDZ模型和Sigmoid函数经验模型进行比较,结果表明:传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型只能描述具有对称性的动态黏弹特性,而mFDZ模型能够准确描述沥青混合料的动态黏弹性能的非对称特性,且模型与试验结果吻合良好,克服了传统Sigmoid函数经验模型和FDZ模型的不足,为沥青混合料动态黏弹性力学行为的本构描述提供了新的思路与参考。     

基于Han曲线的橡胶沥青结合料相态结构研究

根据橡胶沥青结合料的动态剪切流变试验变异性大的缺点,采用不同平行板间隙和不同目数的胶粉,研究不同温度和频率扫描下,橡胶沥青的复数剪切模量、相位角和相分离温度。结果表明:采用10%最大复数剪切模量作为橡胶沥青结合料动态剪切流变试验的应变控制条件能保证其结果符合线黏弹性假设,采用2 mm平行板间隙能获得试验结果的可重复性;随着橡胶粉粒径的减小,高温条件下橡胶沥青结合料Han曲线斜率逐渐增大,100目细度橡胶粉改性沥青出现相分离温度为70℃,而40,60目及80目胶粉制备的改性沥青相分离温度为60℃;不同温度-频率谱条件下的存储模量曲线出现平台区的温度与Han曲线所反映的相分离温度一致。     

不同空隙率沥青混合料的粘弹性能

为了研究沥青混合料在宽频范围内的动态粘弹性能,采用AR-2000型动态剪切流变仪对不同空隙率沥青混合料进行动态频率扫描,得到了复数剪切模量和相位角等粘弹参数。根据时温等效原理,得到了复数剪切模量、相位角随频率变化的主曲线,同时分析了频率、沥青种类、温度和空隙率对沥青混合料粘弹性能的影响;基于主曲线采用CAM模型拟合分析了不同空隙率沥青混合料试件的粘弹性能。结果表明:频率与温度对不同空隙率沥青混合料粘弹性能的影响规律相同;沥青混合料相位角主曲线在中高温时欠光滑;沥青混合料粘弹性能对空隙率有较强的依赖性;应用CAM模型可以较好地分析不同空隙率沥青混合料的粘弹性能,为沥青混合料设计和性能评价提供参考。     

紫外光辐照下的纳米氧化锌改性沥青相态分析

为了研究不同粒径和不同掺量的纳米氧化锌改性材料对沥青性能的影响,选用粒径为20 nm、30 nm、50 nm,掺量为1%、3%、5%的纳米氧化锌颗粒分别制备纳米氧化锌改性沥青,借助动态剪切流变仪对70号基质沥青与纳米氧化锌改性沥青分别进行应变扫描、温度扫描、频率扫描等动态剪切流变试验,主要从复合剪切模量、相位角、车辙因子等评价指标研究不同粒径及不同掺量下纳米氧化锌改性沥青的黏弹特性,并且借助Han曲线、Black曲线对纳米氧化锌改性沥青的相态结构进行了分析;最后研究了纳米氧化锌改性沥青的抗紫外光老化性能。结果表明：加入适当的纳米氧化锌材料可以使沥青与之很好地融合,形成稳定的空间网状结构;纳米氧化锌可以有效地提升基质沥青的抗紫外光老化性能,且掺量越大,老化前后的复合剪切模量与相位角的变化幅度越小;推荐纳米氧化锌最佳掺量为3%,最佳粒径为30 nm。     

严寒地区高黏高弹改性沥青应力吸收层沥青混合料路用性能研究

为解决河北省张家口市北部坝上地区沥青路面反射裂缝严重的问题,以高黏高弹改性沥青应力吸收层为研究目标,通过沥青的常规试验和PG分级试验来评价3种不同的应力吸收层沥青结合料,并对3种沥青混合料的路用性能进行了研究。通过室内试验结果表明,高黏高弹改性沥青的常规技术指标要明显高于常规改性沥青,PG分级也高于常规改性沥青。与普通改性沥青应力吸收层沥青混合料相比,高黏高弹改性沥青应力吸收层沥青混合料具有更好的路用性能。     

干拌胶粉改性沥青混凝土松弛性能的细观研究

沥青混凝土的松弛性能与低温抗裂性能密切相关,为了研究废旧轮胎胶粉对沥青混凝土松弛性能的影响,基于复合材料细观力学理论,将胶粉改性沥青混凝土视为由沥青混凝土和胶粉组成的两相复合材料,建立了胶粉改性沥青混凝土的松弛性能预测模量,通过沥青混凝土和胶粉黏弹性能参数的输入,对胶粉改性沥青混凝土的松弛性能进行预测分析。结果表明:胶粉的掺入使得沥青混凝土的松弛模量降低,提高了低温抗裂性能。考虑胶粉黏弹性能对松弛性能预测结果的影响很小,可以将模型进行简化,在预测时可以将胶粉视为弹性材料忽略其黏弹性能。     

沥青混合料动态模量及其变化规律研究

作为一种黏弹性材料,沥青混合料力学响应特征随环境的变化而变化。为了对沥青路面响应进行力学分析,需要对其变化规律进行研究。该文以AC-16沥青混合料的动态模量室内试验数据为基础,对沥青混合料动态模量随荷载频率及试验温度的变化规律进行研究,利用Sigmoidal模型及时温等效原理拟合得到AC-16沥青混合料的动态模量主曲线和位移因子,利用WLF方程得到位移因子随试验温度变化规律的数学模型,最后给出该种沥青混合料动态模量关于试验温度和荷载频率的变化规律,以更好地模拟沥青混合料在不同的温度下随汽车速度变化,其力学响应的变化规律。     

增容树脂对SBS改性沥青性能的影响

采用光学显微镜、熔体流动速率仪、动态力学分析和沥青基本性能测试等方法,研究子与SBS的PS链段和沥青有良好相容性的增容树脂对SBS改性沥青性能的影响.结果表明,在SBS改性沥青中加入增容树脂后,光学显微镜相片中SBS颗粒明显变细.动态粘弹谱中高温侧(PS链段)的玻璃化温度从115℃降低到107.5℃,表明增容树脂与PS链段有较好的相互作用,能改善SBS在沥青中的分散.加入增容树脂后改性沥青的针入度减小,软化点上升,延度先升高后略微下降.     

增容树脂对SBS改性沥青性能的影响

采用光学显微镜、熔体流动速率仪、动态力学分析和沥青基本性能测试等方法,研究子与SBS的PS链段和沥青有良好相容性的增容树脂对SBS改性沥青性能的影响.结果表明,在SBS改性沥青中加入增容树脂后,光学显微镜相片中SBS颗粒明显变细.动态粘弹谱中高温侧(PS链段)的玻璃化温度从115℃降低到107.5℃,表明增容树脂与PS链段有较好的相互作用,能改善SBS在沥青中的分散.加入增容树脂后改性沥青的针入度减小,软化点上升,延度先升高后略微下降.     

SBS改性沥青热储存稳定性评价

采用8种成品SBS改性沥青,根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)中T0661的方法,分别对其进行热储存离析试验;并且采用AR-2000型动态剪切流变仪对不同品牌的成品SBS改性沥青及热储存离析试验上、下部试样进行动态剪切试验,以获取SBS改性沥青动态力学温度谱。试验表明,仅以离析试验上下部软化点差值小于2.5℃来评价SBS改性沥青储存稳定性是不全面的,SBS改性沥青在储存中会产生软化点的升高或衰减,这些同样会导致沥青的使用性能的不稳定性。在温度扫描下损耗因子tanδ是否出现平台区,即是否形成空间网络结构与SBS改性沥青的储存动力稳定性的好坏没有必然的联系。     

新型防水密实性改性沥青混凝土S-MAP5性能试验研究

为研究一种新型防水密实性改性沥青混凝土S-MAP5的性能,采用高黏、高弹及高黏弹改性沥青拌和S-MAP 5沥青混合料,通过混合料体积指标测定以及渗水试验、冻融劈裂试验、车辙试验、低温弯曲等试验对其性能进行了对比;结合已有浇筑式沥青混凝土GA及环氧沥青混凝土EAC的研究资料,比较了GA、EAC、S-MAP5等3种沥青混凝土路用性能差异。结果表明,3种S-MAP5混合料的防水、抗水损坏性能接近,但当采用高黏弹改性沥青时,其高温抗变形、低温抗开裂等性能明显优于采用高黏及高弹改性沥青;高黏弹改性沥青S-MAP5的高温抗变形性能优于GA,略劣于ECA,其低温抗开裂性能优于GA及EAC。     

高温条件下SBS改性沥青重复蠕变恢复试验研究

应用重复蠕变恢复试验,改变加载次数、温度、应力水平等试验条件,分析比较了基质沥青和3种SBS改性沥青在高温条件下的黏弹性能变化规律。结果表明：随着温度的升高,沥青蠕变劲度的黏性成分Gv明显减小;在有限样本条件下,沥青低应力水平的Gv值与同温度SHRP指标G＊/sinδ具有很好的相关性;SBS改性沥青的线黏弹范围小于基质沥青;SBS改性沥青在线性和非线性区域的高温性能存在差异,只有根据实际路面的受力特点选择合适的指标才能得到准确的评价结果。     

国产岩沥青混合料动态模量研究

为了研究岩沥青改性沥青混合料的动态特性,应用简单性能试验机(SPT)测试了不同掺量岩沥青改性沥青混合料在不同温度和荷载频率下的动态模量与相位角,分析频率、温度对沥青混合料动态特性的影响。通过非线性最小二乘法采用Sigmoidal模型拟合沥青混合料动态模量曲线,根据时-温等效原理,确定了沥青混合料动态模量主曲线,结果表明:岩沥青改性沥青混合料可以有效提高混合料的动态模量,改善其力学性能。     

基于动态频率扫描的SBS改性沥青老化性能分析

为了研究SBS改性沥青的老化特性,应用动态频率扫描试验,对不同老化程度下SBS掺量分别为0%、3%、6%的改性沥青进行了多个温度条件下的频率扫描,通过对主曲线的分析,并引入玻璃态转变温度来评价改性沥青与基质沥青老化前后的性能特点,最后利用CA模型拟合主曲线。研究表明:改性剂的加入改善了基质沥青的高、低温性能,同时减缓老化速率;老化使沥青低温抗裂性能大幅下降,但高温温度性能却有一定提高;玻璃态转变温度和CA模型对于评价沥青结合料性能均有较好的适用性。     

改性沥青老化后动态粘弹力学行为的研究

确定了基质、改性沥青的线粘弹范围,并利用时温等效原理探讨了4种改性沥青和基质沥青经过短期、长期老化后动态粘弹力学性能的变化规律。研究表明:改性沥青的线粘弹范围小于基质沥青的线粘弹范围;基质沥青最容易发生老化;橡胶改性沥青、复合改性沥青经过短期、长期老化后动态粘弹行为向基质沥青转变,复合改性沥青对温度的敏感性最低;PE改性沥青和SBS改性沥青在高频和中频阶段经过短期老化后老化程度很小,在低频区域经过短期、长期老化后,复合模量变小。     

DCLR改性沥青的流变力学性质

为研究煤直接液化残渣（DCLR）改性沥青的流变力学性质并评价其改性效果,采用动态剪切流变仪对90^#基质沥青（改性前）和DCLR改性沥青（改性后）进行温度频率扫描试验、多重应力蠕变恢复（MSCR）试验和不同应力水平下的时间扫描试验,分别评价其强度、抵抗永久变形的能力和抵抗疲劳开裂的能力。结果表明：DCLR改性沥青在低频范围（10^-3～10³ rad·s^-1）内的动态剪切模量大于90^#基质沥青,在高频范围（10³～10⁶ rad·s^-1）内的动态剪切模量略小于90^#基质沥青,整体上DCLR改性沥青的强度高于90^#基质沥青,且在同一频率范围内其动态剪切模量变化幅度变小,说明改性后其温度敏感性降低;通过对比DCLR改性沥青和90^#基质沥青在不同温度下的未恢复蠕变柔量和恢复率,发现同一温度下DCLR改性沥青的未恢复蠕变柔量均低于90^#基质沥青,恢复率均高于90^#基质沥青,说明DCLR改性沥青抵抗永久变形的能力和变形恢复的能力相较于90^#基质沥青有显著提高;通过对比分析这2种沥青在不同应力水平下的疲劳寿命,发现DCLR改性沥青的疲劳寿命显著高于90^#基质沥青,证明其抵抗疲劳开裂的能力相较于90^#基质沥青更好,这2种沥青的疲劳寿命随应力水平的变化规律均能采用幂函数进行拟合,且拟合效果良好。