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原文传递藏区道路沥青老化特性多尺度研究

论文题名：	藏区道路沥青老化特性多尺度研究
关键词：	沥青路面;预防性养护;抗老化增强技术;路用性能
摘要：	藏区强紫外辐射、大温差、低温等多因素耦合作用下，加速了沥青胶结料老化而导致沥青路面性能衰变，在服役早期发生病害，影响行车安全。当前鉴于对藏区沥青老化机理的研究尚欠缺、不够深入。本文依托西藏山南地区普通国省道沥青路面预防养护工程，从藏区现场老化和室内老化试验出发，对90#基质沥青和SBS改性沥青进行宏微观多尺度表征，重点揭示沥青老化前后宏观性能（表观形貌、三大指标、流变指标）与微观特性（荧光显微、红外光谱、热分析）间的发展规律，构建藏区室内外老化关系和沥青老化预估方程，旨在探明藏区道路沥青老化特性及机理。在此基础上初探沥青路面抗老化增强技术措施，为藏区抗老化技术研发和保障沥青路面全寿命周期内的路用性能提供理论支撑。　　（1）将3mm厚度的90#和SBS沥青在藏区进行4个月、8个月室外自然老化试验。随室外老化时间延长，宏观上，两种沥青的光泽和平整度下降，发生开裂褶皱；针入度、延度、相位角、不可恢复蠕变柔量降低，低温抗开裂性能衰减；软化点、粘度、复数模量、车辙因子、平均恢复率增加，高温抗车辙性能提升。微观上，羰基、亚砜基增多；玻璃点转化温度降低；开始分解温度、形变温度升高；SBS改性沥青的聚合物面积比、丁二烯减少，老化程度加深。　　（2）通过拟合与灰色关联理论表明，藏区沥青室外老化前后微观特性可很好的表征其宏观性能。采用亚砜基指数、羰基指数表征平均恢复率、粘度、软化点，或以开始分解温度、形变温度表征软化点、车辙因子的关联度最高，可评价其高温性能。丁二烯指数、玻璃转化温度表征延度指标来评价低温性能。　　（3）藏区沥青老化区别于其他地域的特性为：沥青表观形貌的褶皱要更深，后期褶皱变少；针入度、延度前期变化缓慢，后期快；官能团亚砜基变化要比羰基明显，稳定性好。推荐采用1377cm-1处吸收峰作为基准峰来计算亚砜基与羰基指数，其精确度要高。　　（4）不同时长的RTFOT与烘箱老化，发现热氧老化前后对沥青宏观性能的影响远超过室外自然老化的变化幅度，不适用于藏区沥青老化模拟研究。　　（5）采用改进的大空间、大功率简易紫外老化试验箱开展室内加速紫外老化试验。结果表明，随室内紫外老化时间延长，宏微观指标变化趋势同藏区室外老化基本一致，但两种沥青的羰基指数、亚砜基指数呈现先增后减的趋势。　　（6）针对藏区室内外老化关系，发现90#沥青经室外老化4个月、8个月分别相当室内紫外老化2-3d，5-6d，加速率约45.8倍；SBS沥青经室外老化4个月、8个月分别相当室内紫外老化3-4d，≥6d，加速率约32.15倍。另外，经理论换算室内老化加速率为29.31倍，相对实际老化速率要慢，误差较大；且SBS改性沥青的差异小，准确度高。研究结果将有助于藏区沥青老化模拟试验方法的改进与优化。　　（7）藏区沥青老化预估方程：基于藏区室内外老化试验数据，Ln(C/C0)=kt沥青老化动力学方程通式可很好的表征三大指标衰变情况，可靠度高；而基于微观官能团指数动力学方程可信度较低。为藏区预测沥青路面服役状况提供理论依据。　　（8）抗老化增强技术方面：经UV老化6d后，90#沥青随光稳定剂uv-326掺量增加，其表面褶皱、针入度、延度先增后减，而羰基指数和亚砜基指数先减后增，在0.7%时达到极值，性能最佳；掺光稳定剂uv-531的90#沥青宏观指标随其掺量的增加而增加，而羰基指数和亚砜基指数逐渐减小，1.0%掺量性能最佳。uv-531比uv-326更具抗老化能力，其对延度的提升最显著。多尺度指标的变化表征抗老化材料的应用大大减缓了沥青性能受光氧老化的衰减速率，在一定程度上为藏区解决道路沥青老化的技术难题提供了新的方法与思路。　　（9）鉴于藏区道路沥青老化现状，采取预防养护技术来恢复沥青路面的路用性能，提高耐久性。藏区G349、G560已成功应用超薄罩面技术，后期跟踪调研中路面PCI、PQI仍为优秀，为藏区沥青路面抗老化技术（预防养护）提供了典型的示范案例。
作者：	李群
专业：	交通运输工程
导师：	邹晓翎
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022