瀝青玻璃化轉(zhuǎn)變溫度確定及瀝青混合料準(zhǔn)脆性行為分析.pdf

1、瀝青是一種典型的黏彈性材料，其黏彈性行為背后的物理基礎(chǔ)是:構(gòu)成瀝青的烴類及其衍生物分子鏈長(zhǎng)度大于常規(guī)小分子，分子鏈獨(dú)特的松弛運(yùn)動(dòng)使瀝青具有溫度、時(shí)間敏感性特征。根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)方式的不同，瀝青的行為可以劃分為不同的狀態(tài):黏流態(tài)、黏彈態(tài)和玻璃態(tài)。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是瀝青由黏彈態(tài)向硬而脆的玻璃態(tài)發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變的特征溫度。在此溫度下，比熱、比容、模量、介電損耗等物理量發(fā)生急劇變化。由于此溫度及以下松弛運(yùn)動(dòng)的凍結(jié)，材料對(duì)外力引發(fā)的變形不能及時(shí)有效地松弛，

2、容易引發(fā)低溫開(kāi)裂。低溫開(kāi)裂是寒冷地區(qū)路面結(jié)構(gòu)面臨的主要病害。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的研究對(duì)瀝青低溫脆性的鑒別及瀝青混合料溫度應(yīng)力的確定具有重要意義。
　　研究瀝青玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的傳統(tǒng)方法是基于自由體積理論的膨脹計(jì)法。由于操作復(fù)雜，該方法實(shí)際應(yīng)用較少。測(cè)量振蕩荷載作用下動(dòng)態(tài)模量和相位角（也可等效地表示成儲(chǔ)能模量和損耗模量）的動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)，是一種有效確定瀝青玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法。其玻璃化轉(zhuǎn)變發(fā)生的標(biāo)志是損耗模量出現(xiàn)峰值，該方法所測(cè)試的動(dòng)態(tài)

3、模量與瀝青的使用性能緊密相關(guān)，且峰值特征容易辨別，因此得到了越來(lái)越多的關(guān)注。但是，傳統(tǒng)的溫度掃描僅能確定單一測(cè)試頻率下的結(jié)果。為實(shí)現(xiàn)任意頻率下瀝青玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的確定，并進(jìn)一步分析瀝青混合料的準(zhǔn)脆性行為，本文主要開(kāi)展了以下工作:
　　(1)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是損耗模量主曲線上峰值對(duì)應(yīng)的溫度。論文建立了一種以修正的Havriliak-Negami(Modified Havriliak-Negami，MHN)模型復(fù)數(shù)模量主曲線為基礎(chǔ)的，用

4、黏彈性參數(shù)和Williams-Landel-Ferry(WLF)方程的系數(shù)估算瀝青玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是建立了瀝青玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與MHN復(fù)數(shù)模型黏彈性參數(shù)之間的解析關(guān)系，能同時(shí)確定任一參考頻率下的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，彌補(bǔ)了以往研究中常忽略高頻段損耗模量主曲線的構(gòu)建、缺少玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與瀝青動(dòng)態(tài)剪切模量主曲線之間相關(guān)性的缺點(diǎn)。本文利用15種瀝青的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了MHN復(fù)數(shù)模量模型主曲線，確定了玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并與傳統(tǒng)方法確定的玻

5、璃化轉(zhuǎn)變溫度結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　(2)動(dòng)態(tài)剪切模量主曲線不僅能反映瀝青在實(shí)際使用條件下的力學(xué)性能，還能敏感地反映其組成變化。利用凝膠色譜試驗(yàn)，測(cè)定了15種瀝青的分子量和分子量分布，分別建立了重均分子量與特征角頻率、分子量分布與黏彈性松弛譜參數(shù)α之間的相關(guān)性。這種關(guān)系的建立，有利于了解瀝青復(fù)雜宏觀性能背后的微觀組成機(jī)制。
　　(3)在混合料中瀝青與礦粉結(jié)合、以瀝青膠漿的形式存在。為表征瀝青膠漿的黏彈性行

6、為，利用MHN復(fù)數(shù)模量模型，建立了礦粉體積分?jǐn)?shù)0～41.2％之間的瀝青膠漿動(dòng)態(tài)剪切模量主曲線，分析了主曲線及黏彈性參數(shù)隨礦粉體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律。隨著礦粉體積分?jǐn)?shù)的增加，損耗峰值代表的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度向高溫方向移動(dòng)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的變化為瀝青-礦粉之間界面層的存在提供了證據(jù)。進(jìn)而，根據(jù)黏彈性參數(shù)的變化規(guī)律，建立了便于描述不同礦粉體積分?jǐn)?shù)瀝青膠漿線黏彈性行為的唯象學(xué)預(yù)測(cè)模型。
　　(4)溫度、荷載速率相關(guān)性給低溫下瀝青混合料強(qiáng)度和斷裂參