【摘要】：瀝青路面主要是由瀝青材料做結合料粘結礦料組成的,包括修筑面層與各類基層和墊層。與水泥路面相比,瀝青路面表面平整耐磨舒適,瀝青混合料增強了礦料間的粘結力,提高了強度、穩(wěn)定性、使用性、耐久性能等。我國的瀝青路面發(fā)展迅猛,在公路中所占的比重逐漸增加。由于近些年來,公路交通量日益增大,車流量增加,超載和重載的現象時有發(fā)生,環(huán)境降水和瀝青材料老化的影響,加速了瀝青路面的病害,使路面過早的出現變形、開裂、疲勞、老化、泛油等現象。由于瀝青是一種典型的粘彈性材料,瀝青路面的病害均與其粘彈性在本質上有關。本文提出用硅烷白炭黑改性基質瀝青,提高路面的粘彈性,進而提高瀝青路面的路用性能。簡單介紹粘彈性的一般理論,其基本力學行為是蠕變、松弛和回復。在經典力學中,象征彈性的基本元件是彈簧,代表粘性的基本元件是粘壺,粘彈性模型就是在這兩種元件的不同串聯并聯的簡單組合而成,并決定采用Burgers模型來研究瀝青材料粘彈性行為。本文主要研究內容及結論如下:(1)從瀝青的化學組成來研究瀝青的粘彈性,在瀝青四組分的基礎上利用現代膠漿理論結合針入度和粘度試驗,確定瀝青的膠體結構,分析硅烷白炭黑的加入對瀝青的溫度敏感性及粘度的影響,分析粘度與溫度之間的關系。結果表明:硅烷白炭黑使瀝青的針入度降低,提高瀝青的粘度,降低溫度敏感性;膠體屬于溶—凝膠型瀝青,粘度和溫度呈簡單的指數關系。(2)動態(tài)剪切流變實驗是研究瀝青粘彈性行為的基本試驗方法,進行頻率掃描,分析基質瀝青和3%硅烷白炭黑改性瀝青的流變學指標。結果表明:復數剪切模量G*、彈性剪切模量G`、粘性剪切模量G``、抗車轍因子G*/sin?隨溫度的升高而降低,加入硅烷白炭黑,使其結果發(fā)生明顯的升高,但相位角?減小;在DSR試驗基礎上,根據時溫等效原理,按照WLF公式計算位移分子,畫出不同流變學指標的主曲線,通過主曲線和位移因子分析頻率和溫度對材料的影響,全面評價材料的粘彈性能;結合粘彈性本構模型,利用目標函數的方法,求解Burgers模型參數。(3)采用靜載蠕變實驗來研究硅烷白炭黑改性瀝青混合料的粘彈性,蠕變可以分為三部分:瞬時彈性部分、延遲彈性部分及粘性流動部分,應變隨溫度的增加而加大,但增速隨時間變緩;加入硅烷白炭黑,可以明顯降低相同溫度下的應變值。根據基于最小二乘法的L-M優(yōu)化算法求得burgers模型參數,把力學試驗參數轉化為Prony級數,利用有限元軟件ABAQUS模擬瀝青混合料的靜載蠕變實驗,建立三維可變模型,定義邊界條件和荷載狀態(tài),劃分網格,使用ABAQUS/Standard非線性求解。結果表明:Abaqus模擬靜載蠕變實驗誤差在5%以內,滿足精度要求,體現了理論的可靠性和實際應用價值。(4)在動態(tài)蠕變試驗數據的基礎上,將burgers模型的時間參數轉化為動載試驗的作用次數,利用粘彈性材料的Boltzmann線性疊加原理,推導動載蠕變試驗下的永久變形公式,將蠕變試驗和車轍實驗聯系起來,通過車轍實驗的動穩(wěn)定度實驗值和理論值,驗證模型的的準確性,對各種模型參數進行敏感性分析,探究哪種參數對模型的粘彈性影響較為顯著。結果表明:粘滯系數1η對車轍實驗動穩(wěn)定度的影響最大。
【圖文】：

飽和分由直鏈烴和支鏈烴所共同組成，是一種非極性稠狀油類，對溫度較為敏感，質量在瀝青中占 5%~20%。芳香分和飽和分都可以作為油分，在瀝青中起著柔軟和潤滑作用。油分的含量越多，瀝青的軟化點越低，針入度越大，稠度降低。飽和族對溫度很敏感，故含量不宜過大。2.1.2 瀝青的膠體結構石油瀝青的結構有高分子溶液理論和膠體理論兩種。其中現代膠體理論認為，瀝青按四組分解釋，液態(tài)的油分（芳香分和飽和分）可視為分散介質，固態(tài)微粒的瀝青質是分散相，膠質能夠使分散相很好的膠溶在分散介質中。在整個膠體系統(tǒng)中，瀝青質是核心，一些化學性質相似的瀝青質聚集在一起，膠質吸附在其表面，并逐漸向外擴散，使瀝青質的膠核溶于油分分散介質中，由此結構膠體的組成結構單元叫做膠團。膠體結構分散模型如圖 2.1，膠體結構分類見圖 2.2。

微粒的瀝青質是分散相，，膠質能夠使分散相很好的膠溶在分散介質中。在整個膠體系統(tǒng)中，瀝青質是核心，一些化學性質相似的瀝青質聚集在一起，膠質吸附在其表面，并逐漸向外擴散，使瀝青質的膠核溶于油分分散介質中，由此結構膠體的組成結構單元叫做膠團。膠體結構分散模型如圖 2.1，膠體結構分類見圖 2.2。圖 2.1 石油瀝青的膠體結構分散模型
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U414

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 李皓玉;楊紹普;劉進;司春棣;;移動分布荷載下層狀粘彈性體系的動力響應分析[J];工程力學;2015年01期

2 潘其維;王兵兵;周瑛;趙建青;;一種硅烷偶聯劑的合成及其在白炭黑/天然橡膠復合材料中的應用[J];高分子學報;2014年02期

3 譚憶秋;郭猛;曹麗萍;;常用改性劑對瀝青粘彈特性的影響[J];中國公路學報;2013年04期

4 陳淼;陳浩;王洪濤;聶英斌;;SBS/白炭黑復配改性瀝青性能的研究[J];新型建筑材料;2013年06期

5 董忠紅;呂彭民;;移動荷載下粘彈性層狀瀝青路面動力響應模型[J];工程力學;2011年12期

6 李軍;黃金霞;趙金德;曲茵;;白炭黑發(fā)展現狀及市場前景[J];化工科技;2011年04期

7 宋成芝;車永興;張志廣;杜愛華;;硅烷偶聯劑對炭黑/白炭黑增強丁腈橡膠填料網絡結構及動態(tài)性能的影響[J];合成橡膠工業(yè);2011年02期

8 嚴大洲;湯傳斌;謝正和;;氣相法白炭黑生產技術的研究[J];有色冶金節(jié)能;2010年06期

9 王振軍;王瑞;肖晶晶;王曉;;硅烷偶聯劑對復合瀝青混合料路用性能的影響[J];土木建筑與環(huán)境工程;2010年05期

10 譚鑫;鐘宏;;白炭黑的制備研究進展[J];化工技術與開發(fā);2010年07期

相關博士學位論文 前2條

1 詹小麗;基于DMA方法對瀝青粘彈性能的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2007年

2 林桂;納米粉體在橡膠基質中的聚集和分散研究[D];北京化工大學;2004年

相關碩士學位論文 前3條

1 陳爽;硅烷白炭黑改性瀝青混合料穩(wěn)定性性能研究[D];吉林大學;2015年

2 王浩;硅烷偶聯劑改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料性能研究[D];吉林大學;2012年

3 蔡婷;瀝青材料的組分與粘度試驗分析[D];長安大學;2005年

本文編號：2702462