基于沥青老化的沥青微观特性基础理论研究

作     者：樊钊甫 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张肖宁;刘宇

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：沥青老化 微观评价指标 原子力显微镜 蜂型结构 傅里叶红外光谱 

摘      要：沥青路面以其优良的路用性能,在现代道路中得到广泛的使用,而关于沥青的的分子结构组成以及微观结构的分布情况,都会影响沥青的宏观路用性能。国内在沥青的选取现阶段大都采用经验方法,而关于沥青的研究也多以宏观为主,在微观结构研究尤其是应用原子力显微镜方面十分有限,因此本文主要对沥青原样和沥青老化后的样品在微观结构等方面的特性进行基础理论研究。采用针入度、软化点等常规评价指标以及流变学等力学性能研究,系统地分析老化对沥青性能的影响,并利用原子力显微镜探究沥青老化前后微观形貌与微观力学性能的改变;利用傅里叶红外光谱分析手段对沥青老化前后化学官能团变化进行定性以及定量分析,并与沥青宏观老化性能对比,分析微观层面上沥青老化规律及其适用性。采用传统针入度体系,测定沥青的针入度、软化点、延度、粘度,对沥青硬度、稠度等宏观性能进行分析。采用动态剪切流变仪(DSR)对沥青老化前后样品进行动弹剪切流变实验、温度扫描实验、多应力重复蠕变实验等,对沥青力学性能进行分析评价。沥青老化过程导致沥青劲度模量的增大,而SBS改性剂的掺入可以在一些方面减缓沥青老化带来的影响,通过一系列指标表明SBS改性剂对沥青高温、中温以及感温性能指标均产生一定程度的提升。使用原子力显微镜分析沥青老化过程中微观形貌与微观力学性能的变化,通过粗糙度、蜂型结构波峰区域面积比等指标研究沥青老化过程中微观改变规律,解释老化后微观表面粗糙度的提高、蜂型结构聚集程度增加。采用沥青微观杨氏模量,分析各沥青样品不同区域微观力学特性,并应用数学分析验证蜂形结构及其外部连续相部分杨氏模量的独立性与差异显著性,解释蜂型结构由不同种物质所组成,使用蜡与沥青质共同作用理论可以较好的解释蜂型结构的生成和变化。使用傅里叶红外光谱法研究老化前后各化学成分的变化,分析老化过程中官能团的生成以及分解,采用羰基系数与亚砜基系数对沥青老化过程中的成分变化进行定量评价,辅以宏观指标相关性分析验证红外光谱评价指标在老化研究中的可靠性。