详情

原文传递无机微粉改性沥青微观结构作用机理及其混合料性能研究

论文题名：	无机微粉改性沥青微观结构作用机理及其混合料性能研究
关键词：	路面材料;沥青混合料;改性工艺;无机微粉;微观结构;高低温性能;水稳定性;疲劳特性
摘要：	沥青路面中由于集料与沥青之间的黏附性差出现的病害一直困扰着公路行业的建设者。为了改善沥青黏附性，提高沥青对集料的胶结能力，通过在沥青中添加无机类材料成为一种途径。但现行对无机类材料在沥青及其混合料中的研究主要集中在类型、掺量、掺加方式等参数变化对沥青及其混合料宏观力学性能的影响方面，未从无机微粉材料的自身形貌、物理结构特征等方面对沥青微观结构特征和微观力学性能进行研究。因此，本文针对无机微粉改性沥青的微观作用机理及其混合料性能开展研究。从微粉微观特征参数的分析入手，对不同类型微粉结构特征和形貌特征给出评价；基于复合材料理论，从微粉种类、掺量、粒径角度分析微粉改性沥青的高温流变性能、低温开裂性能、疲劳性能出发，确定出影响沥青性能的微粉核心特征参数，并建立其与改性沥青疲劳寿命之间的关系；通过接触角试验和借助原子力学显微镜（AFM），分析微粉改性前后沥青微观结构、组分含量和力学性能的变化规律，并对其制备的沥青混合料高低温、水稳定性和疲劳进行了系统分析，得到了以下主要结论：　　（1）通过激光粒度分析仪、比表面积分析仪、电感耦合放射光谱仪、XRD衍射分析仪以及扫描电镜（SEM）等仪器对所选取的无机微粉改性剂密度、粒度、比表面积、化学元素组成和含量、亲水系数以及微观结构进行了测定分析，确定出了无机微粉自身物理特征和微观形貌上的差异性。　　（2）采用超声波风压高速剪切分散仪进行无机微粉改性沥青制备，并通过荧光显微镜对微粉改性沥青进行图像采集，对无机微粉在沥青中的均匀性分散情况进行了评价。提出了基于相对离散系数C''v的微粉改性沥青均匀性分析方法和评价标准。　　（3）通过动态剪切流变仪（DSR）和弯曲梁流变仪（BBR）对微粉特征参数在沥青中的性能影响规律进行分析；结合CAM和Burgers模型参数对微粉改性沥青的高低温流变性能进行分析，并采用灰色关联度法得出了对无机微粉特征参数与沥青性能之间的关联影响程度。　　（4）通过累积耗散能比（NDER）和损伤力学C×N指标对微粉改性沥青疲劳寿命进行了评价，建立了连续损伤力学C×N指标下基于微粉表面积量和加载应力参数的无机微粉改性沥青疲劳寿命预估方程。　　（5）通过接触角试验对固体微粉和微粉改性沥青进行了表面能分析，利用AFM对微粉改性沥青的微观形貌结构、组分含量、黏附力和模量进行了分析，并结合JKR理论和功-能转化Fowkes模型提出了基于AFM的沥青表面能计算方法。　　（6）通过对微粉改性沥青的微观形貌、沥青组分、力学性能分析发现，掺入沥青中微粉的表面积量所产生的吸附效应和微粉-沥青材料的复合效应是影响沥青性能的核心因素，以此引入了表面积量参数，建立了沥青中微粉表面积量与改性沥青组分、表面积量与改性沥青表面能之间的函数关系。　　（7）通过对无机微粉改性沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性、疲劳性能进行室内试验，结果表明微粉改性沥青对混合料的高温性能、水稳定性和疲劳性能有益，低温性能不利，且随着掺入微粉的表面积量增加影响效果越明显，并通过Weibull概率模型建立了95%保证率下的沥青混合料表面积量应力疲劳寿命方程。　　本文研究成果为无机微粉类材料在沥青中的均匀性分散提供了有效的评价方法和评价标准；对沥青材料的微观形貌与沥青组分、力学性能分析提供了新的研究方法；对无机微粉类改性沥青及其混合料的疲劳性能预估提供了基础理论。
作者：	贾晓东
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	梁乃兴
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022