微納米材料改性瀝青結(jié)合料與混合料性能研究.pdf

1、瀝青路面病害一直是影響道路路面質(zhì)量和壽命的主要因素，而改性瀝青的研究則正是為了提高和改善路面的質(zhì)量和壽命。微納米材料因其獨(dú)特的特性，而被廣泛地應(yīng)用于全球的各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。由此本文改性瀝青研究主要是采用與選用了五種微納米材料（微米碳纖維、高聚物改性納米粘土、非改性納米粘土、I44P系列納米粘土和納米硅）對(duì)普通瀝青PG58-34進(jìn)行改性研究。本文實(shí)驗(yàn)部分主要是將2％和4％微米碳纖維(MCF)，2％和4％高聚物改性納米粘土(PMN)，2％和4％

2、非改性納米粘土(NMN)，2％和4％ I44P系列納米粘土(NI.44P)，4％和6％納米硅(NS)分別作為改性劑摻加到PG58-34普通瀝青中進(jìn)行改性研究;且本論文結(jié)合料試驗(yàn)部分主要是應(yīng)用SuperpaveTM瀝青結(jié)合料測(cè)試規(guī)范來(lái)衡量改性瀝青結(jié)合料性能，其主要是采用瀝青結(jié)合料試驗(yàn)（旋轉(zhuǎn)粘度RV試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)剪切DSR試驗(yàn)和彎曲梁流變BBR試驗(yàn)）來(lái)評(píng)價(jià)其改性瀝青高低溫及流變性能，同時(shí)也對(duì)短期老化(RTFO)和長(zhǎng)期老化(PAV)后的改性瀝青和

3、普通瀝青進(jìn)行性能測(cè)試。本文還通過(guò)計(jì)算瀝青結(jié)合料動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)的每個(gè)加載周期能量消散來(lái)更好的評(píng)價(jià)改性瀝青的抗車轍和裂縫性能;并應(yīng)用掃描式電子顯微鏡(SEM)來(lái)觀察微納米材料的微觀結(jié)構(gòu)和瀝青結(jié)合料微觀性能及改性劑分布情況;同時(shí)還采用傅里葉變換紅外線光譜分析儀(FTIR)來(lái)改性瀝青結(jié)合料和普通瀝青結(jié)合料分子結(jié)構(gòu)及不同元素間鍵的結(jié)合情況，且通過(guò)比較老化前后的老化因子等其他元素間鍵在改性瀝青中的量變化來(lái)判斷改性劑是否對(duì)延緩老化有幫助。本文混合料試驗(yàn)

4、部分還應(yīng)用SuperpaveTM旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型普通瀝青和改性瀝青混合料，并對(duì)其進(jìn)行瀝青混合料性能試驗(yàn)測(cè)試，其中包括瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)、瀝青路面車轍分析試驗(yàn)、瀝青混合料流動(dòng)數(shù)試驗(yàn)和間接拉伸試驗(yàn)等試驗(yàn)測(cè)試方法。本文數(shù)值模擬部分主要是應(yīng)用離散元方法來(lái)模擬瀝青結(jié)合料彎曲梁流變?cè)囼?yàn)。通過(guò)微納米材料改性瀝青結(jié)合料及混合料性能試驗(yàn)結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)微納米材料對(duì)普通瀝青的改性效果，其研究成果如下：
　?、盼⒓{米瀝青結(jié)合料高低溫及流變性能研究。根據(jù)普通

5、瀝青和改性瀝青結(jié)合料的旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在添加微米碳纖維、非改性納米粘土和I44P系列納米粘土到普通瀝青中后，其改性瀝青的粘度與復(fù)數(shù)剪切模量值都得到一定程度的提高，而添加高聚物改性納米粘土和納米硅到普通瀝青中，其改性瀝青的粘度與復(fù)數(shù)剪切模量將會(huì)有有所下降;根據(jù)普通瀝青和改性瀝青結(jié)合料的彎曲梁流變?cè)囼?yàn)結(jié)果可知，在添加微米碳纖維、高聚物改性納米粘土、非改性納米粘土、I44P系列納米粘土和納米硅到普通瀝青中后，微納米材料改性

6、瀝青的蠕變模量都得到少量的升高，但是其影響范圍不足以造成瀝青PG等級(jí)的更改，因此，微納米材料改性瀝青的低溫性能基本上沒有降低。
　?、莆⒓{米改性瀝青結(jié)合料微觀性能及化學(xué)分析。由微納米材料、普通瀝青和改性瀝青結(jié)合料的掃描式電子顯微鏡(SEM)圖像和傅里葉變換紅外線光譜分析儀(FTIR)結(jié)果可知微米碳纖維、高聚物改性納米粘土、非改性納米粘土、I44P系列納米粘土和納米硅等改性劑的顆粒尺寸以及微納米材料改性瀝青中的化學(xué)鍵組合的量變化;根

7、據(jù)普通瀝青和改性瀝青FTIR實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，微米碳纖維、高聚物改性納米粘土、非改性納米粘土、I44P系列納米粘土和納米硅五種改性劑能夠延緩和弱化其改性瀝青的老化過(guò)程和影響。
　?、俏⒓{米改性瀝青混合料性能研究。根據(jù)普通瀝青和改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)、瀝青路面車轍分析試驗(yàn)、流動(dòng)數(shù)試驗(yàn)和間接拉伸試驗(yàn)結(jié)果可知，在添加微米碳纖維、高聚物改性納米粘土、非改性納米粘土、I44P系列納米粘土和納米硅到普通瀝青中后，微納米材料改性瀝青混合料的動(dòng)

8、態(tài)模量、流動(dòng)數(shù)、回彈模量、干燥拉伸強(qiáng)度與抗車轍能力等都能夠得到較大程度的提高。
　　⑷瀝青結(jié)合料彎曲梁流變?cè)囼?yàn)離散元模擬研究。數(shù)值模擬研究主要是應(yīng)用離散元數(shù)值模擬方法來(lái)建立三維離散元梁模型模擬瀝青結(jié)合料彎曲梁流變BBR試驗(yàn)。本次數(shù)值模擬主要是通過(guò)瀝青彎曲梁流變?cè)囼?yàn)值來(lái)獲取其模型的輸入?yún)?shù)，且驗(yàn)證其離散元模型，并開展數(shù)值模擬得出結(jié)果。其結(jié)果顯示，采用離散元廣義馬克斯維爾模型回歸參數(shù)來(lái)進(jìn)行模擬時(shí)，瀝青彎曲梁勁度模量模擬值與試驗(yàn)值最為接