砂粒式沥青混合料的动态力学及界面粘附性能研究

作     者：周新星 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘全涛;吴少鹏

授予年度：2016年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：砂粒式沥青混合料 动态力学性能 界面粘附性能 分子模拟 

摘      要：砂粒式沥青混合料在路面抗滑磨耗层、下封层、桥面防水层中得到了越来越多的应用。如何准确地分析不同集料类型(玄武岩、安山岩和钢渣)和不同环境(未处理、紫外老化和水损害)条件下砂粒式沥青混合料的动态力学和界面粘附性能已成为国内外关注的热点科学问题。本文采用实验和模拟相结合的方法,研究了集料类型、温度、紫外老化、水损害等因素对砂粒式沥青混合料动态力学性能和界面粘附性能的影响规律,揭示了砂粒式沥青混合料动态力学性能和界面粘附性能之间的相关性,研究成果对于砂粒式沥青混合料的研究及应用具有重要的学术意义和实用价值。首先,采用动态热机械分析仪和万能材料测试系统研究了集料类型、温度、紫外老化、水损害等因素对砂粒式沥青混合料动态模量的影响,利用统计学模型对混合料动态模量的影响因素进行深入分析,同时对比了间接拉伸动态模量和三点弯曲动态模量,分析了不同动态模量测试方法的差异性程度。结果表明:各因素对砂粒式沥青混合料动态模量影响顺序为环境温度频率集料类型;间接拉伸和三点弯曲动态模量具有很好的相关性。其次,采用荧光显微镜、三维景深显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱分析等微观形貌分析技术对沥青砂浆及砂粒式沥青混合料的界面形貌进行了分析,同时通过细集料吸附沥青实验和沥青-集料粘附功测试对砂粒式沥青混合料的粘附性能进行了验证。形貌分析结果显示:玄武岩沥青混合料断裂面沥青与集料接触界面所占比例较大,断裂面裸露较少玄武岩,界面粘附性能由粘聚失效主导;钢渣沥青混合料断裂面沥青所占比例较大,沥青-钢渣之间粘结紧密,界面粘附性能由粘聚失效主导;安山岩沥青混合料断裂面由裸露集料和砂浆相间组成,因此其界面粘附性能由粘附失效和粘聚失效共同主导。最后,以沥青组分和集料物相组成分析为基础,利用Materials Studio软件建立砂粒式沥青混合料界面模型,探讨沥青-集料的界面粘附能、沥青在混合料界面的扩散、沥青-集料的界面失效形式以及砂粒式沥青混合料界面粘附的机理。结果表明:钢渣沥青混合料的界面能大于玄武岩和安山岩沥青混合料的界面能;紫外老化和水损害都会降低砂粒式沥青混合料的界面能,加剧粘附失效,且水损害对沥青混合料粘附性的损害程度更严重;混合料的马歇尔稳定度、断裂能、界面形貌、界面能之间存在较好的相关性。