礦料表面微米級瀝青薄膜的老化機理及流變特性研究

《礦料表面微米級瀝青薄膜的老化機理及流變特性研究》是依託河海大學，由吳建濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：礦料表面微米級瀝青薄膜的老化機理及流變特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳建濤
• 依託單位：河海大學

項目摘要

瀝青的老化是影響瀝青道路耐久性的主要自然因素之一，然而目前大部分老化模擬研究在老化方法及後續測試手段上還存在不足。本研究基於對動態剪下流變儀夾具的改裝，提出一種新的瀝青膠結料老化及流變性能研究方法；通過對不同厚度膠結料在礦料表面的流變性測試，量化不同礦料表面上膠結料的厚度與其流變性的關係，同時為進一步的瀝青薄膜老化研究提供更科學的老化判定依據；對微米級瀝青膠結料薄膜在礦料表面進行加熱老化模擬，並在保持瀝青與礦料界面老化後原狀形態的情況下對膠結料在礦料表面的流變性直接進行測試，結合對膠結料化學成分的紅外光譜分析，在貼近真實狀態情況下對瀝青老化機理進行探討；對瀝青膠結料在本測試條件下流變性建立數學與力學模型，通過與標準測試條件下模型對照，理論分析老化、礦料面、試樣厚度對瀝青流變性的影響。本研究不但有助於對瀝青流變性理解的深入，而且能為瀝青材料優選及道路再生設計提供更科學的依據。

結題摘要

瀝青老化是影響瀝青混凝土道路耐久性的主要因素之一，而瀝青材料老化性能是判斷瀝青道路服務狀態以及瀝青材料再生利用設計的關鍵參數，然而目前大部分傳統老化模擬研究對瀝青混凝土中礦料礦物性能及瀝青膜厚度的影響未加考慮，容易引起材料老化程度評價誤差進而影響再生設計的準確性。本研究首先對含有不同瀝青膜厚度（6.56~10.53 μm）的瀝青混合料進行了SHRP長期老化模擬，在此基礎上對根據混合料間接拉伸模量及回收瀝青複合模量計算所得老化因子與瀝青膜厚度進行了二階函式回歸，結果顯示9.5 μm的瀝青膜厚度既能保證瀝青混合料的抗老化性能又能確保材料設計的經濟性，同時也進一步說明了傳統DSR試驗1mm或2 mm的測試厚度與實際瀝青膜厚度相差甚遠。基於對含有不同礦料的瀝青混合料及含有不同礦粉的瀝青膠漿的老化試驗，以量化的力學及化學參數顯示了礦料/礦粉在瀝青老化過程中的催化、吸附（極性成分）及吸收（非極性分子）等三大作用，並且首次通過力學與化學參數的對照，提出了由於瀝青回收技術的固有缺陷，這三大作用對混合料老化性能與回收瀝青老化性能影響不同步的觀點；另外，試驗結果還表明，礦料/礦粉不僅能極大地影響瀝青材料老化性能，而且能夠影響不同老化階段的老化強度。在混合料老化研究的基礎上，通過對DSR夾具改造使其可以使用礦料測試片，進而對#70純瀝青、PE改性瀝青、兩種SBS改性瀝青，以及SBS+納米矽複合改性瀝青在未老化及老化後狀態進行了厚度為1000、500、250、100、50、10 μm頻率掃描試驗，主曲線分析顯示，除PE改性瀝青以外，測試片種類及瀝青膜厚度對瀝青流變性能均有影響，尤其是膜厚度在低於100 μm時瀝青力學性能變化劇烈，說明傳統的DSR試驗所得瀝青結合料力學性能並不能反映其在混合料中的真實狀態，申請書中所提“近真流變性”概念得到了驗證。研究中使用了2S2P1D模型對瀝青結合料及膠漿的流變性能進行了擬合，在此基礎上不僅對問題數據進行了修正，而且通過對相同瀝青不同厚度下流變模型參數的對比，提出在模型中考慮時間、溫度、應力、應變力學特性基礎上還應考慮膜厚度參數。本研究不但加深了對瀝青流變性的理解，而且能為瀝青材料優選及道路再生設計提供更科學的依據。