物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機理研究

《物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由張磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機理研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張磊

項目摘要

物理硬化是影響瀝青材料低溫性能的本源之一，但目前物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機理尚不明確、瀝青材料低溫性能的評價體系未能考慮物理硬化的影響，由此可能導致瀝青材料低溫性能評價結果失效。針對上述問題，本項目將從物理硬化作用下瀝青材料的微觀特徵演變規律入手，詳細分析物理硬化作用後瀝青分子弛豫模態、分子構象及微觀體積特徵變化規律；運用斷裂力學、流變力學原理，研究物理硬化作用下瀝青材料巨觀力學行為特徵，結合微觀、巨觀試驗結果，闡明瀝青材料微觀結構變化與巨觀力學行為的內在聯繫，並構建物理硬化作用下瀝青材料溫度應力本構模型；基於上述結果，提出考慮物理硬化效應的瀝青材料低溫性能評價指標。.本項目的研究將揭示物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機理，為準確評價瀝青材料低溫性能提供理論依據，對於研發路面低溫抗裂材料具有一定的參考意義，對於路面計算力學和材料學科的發展也有一定的推動作用。

結題摘要

物理硬化是影響瀝青材料低溫性能的本源之一，但目前物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機理尚不明確、瀝青材料低溫性能的評價體系未能考慮物理硬化的影響，由此可能導致瀝青材料低溫性能評價結果失效。本項目系統研究了不同瀝青在物理硬化作用後的低溫性能演變規律，從影響瀝青路面低溫抗裂性能的材料性能角度提出了能夠綜合考慮到瀝青材料模量及鬆弛能力的綜合指標Sm，並發現綜合評價指標Sm與單邊缺口小梁（SENB）試驗的評價指標有著很好的線性相關性。因此，在無法開展單邊缺口小梁（SENB）試驗時，可採用Sm作為評價指標預估瀝青材料的低溫抗裂性能。基於彎曲梁流變試驗發現溫度及物理硬化時間對瀝青材料的物理硬化程度均有顯著的影響。但對溫度各瀝青材料的物理硬化影響趨勢並不一致，而是存在某一臨界溫度使物理硬化程度最為劇烈。發現瀝青材料的物理硬化可以發生在溫度高於玻璃態轉化點溫度條件下，表明瀝青材料的物理硬化特性與PVC等高分子材料的物理硬化特性有明顯的差異。通過對瀝青物理硬化特性的分析發現，瀝青物理硬化速率是自減速的負反饋的過程，並基於“自由體積”理論，闡明了物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機理。基於時溫等效原理，建立了不同物理硬化條件下的模量主曲線；通過對物理硬化後的勁度模量主曲線分析發現，物理硬化作用存在一個臨界時間，當物理硬化作用時間大於臨界時間t0時，時間的增加對物理硬化程度的增加就不再顯著。通過對對物理硬化時間與移位因子關係曲線進行深入分析，定義了曲線的關鍵區間（Key zone，KZ）和從屬區間（Subordinate zone，SZ）。並提出利用關鍵區間（Key zone，KZ）的斜率作為表征瀝青材料抗物理硬化的性能指標。項目的研究成果對於瀝青基材料低溫條件下力學行為的研究具有重要的理論和實際意義，而且對其它高分子材料的相關研究也具有一定的推動作用。此外，項目的研究成果對於緩解瀝青基材料在寒冷地區低溫開裂病害具有一定的指導意義。