基于松弛特性的沥青材料低温抗裂性能研究

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低温开裂是北方严寒地区沥青路面的主要破坏形式之一,一旦产生若处理不当,将引发其他路面病害,造成经济损失。低温开裂的主要原因在于温度变化带来的内部温度应力,当温度应力未能及时消散并达到路面结构所能承受的极限时,路面即发生开裂。路面结构因温度变化产生应力并逐渐消散的行为与流变学中的应力松弛现象极其相似,沥青结合料对于沥青路面的低温抗开裂性能有着至关重要的影响,而国内外很少将沥青结合料的低温抗裂性能与其应力松弛特性结合起来研究,且并未提出一种针对于研究沥青结合料应力松弛特性的试验方法。因此沥青材料应力松弛能力的强弱与其低温抗裂性能的关系值得更深一步的研究。本章首先通过动态力学分析仪(DMA Q800)设计小梁弯曲松弛试验对不同沥青及其胶浆的松弛特性展开研究,并对试验参数进行优选。结果表明:低温松弛实验参数应选取应变为1%,验时间为300s。通过试验结果得到沥青材料的松弛时间与松弛速率两个松弛性能指标,根据试验结果分析得到的两指标均发现沥青材料的松弛性能排序为:90#基质沥青>高粘沥青(GN)>SBS改性沥青(SBS)>橡胶沥青(XJ)>50#基质沥青。通过对不同温度的试验结果对比发现,环境温度越低,沥青材料的松弛性能越差。在加入TPS、SBS、橡胶粉等改性剂之后沥青的松弛性能会变弱。对20种沥青材料进行了频率扫描和弹性恢复试验,试验结果发现,改性剂的加入增加了沥青材料中的弹性成分,使得其松弛性能下降。在矿粉填料添加进沥青中后,发现其减弱了沥青的松弛性能。两种评价指标得到的结果一致,均能很好的评价沥青材料的松弛性能,松弛速率对于沥青材料的区分能力更明显。基于低温弯曲流变试验(BBR)、玻璃态转变温度试验、沥青单边缺口梁弯曲试验(SENB)对沥青材料的低温抗裂性能进行了研究,结果表明:通过低温弯曲流变试验(BBR)发现,沥青材料的低温抗裂性能排序为:GN>SBS>XJ>90#基质沥青>50#基质沥青。通过试验发现,矿粉的加入增加了沥青的劲度模量和降低了其蠕变速率,通过Burgers模型对其低温蠕变特性进行了分析得到的综合柔量参数与上述结果一致;通过玻璃态转变温度试验结果分析可知,沥青材料的玻璃态转变温度由低到高为:GN>SBS>XJ>90#基质沥青>50#基质沥青,即高粘沥青的低温抗裂性能最好。且沥青胶浆的玻璃态转变温度要高于沥青;通过沥青单边缺口梁弯曲试验(SENB),得到沥青材料在低温断裂时的断裂能以及断裂时的最大位移两个指标。试验结果显示,各种沥青材料之间的力-位移曲线有很大差异,沥青材料在低温下的抗断裂能力排序为:GN>SBS>XJ>90#基质沥青>50#基质沥青。最终通过SPSS对沥青材料的松弛性能与低温抗裂性能进行了相关性分析,分析结果表明,小梁弯曲松弛试验所得松弛时间与松弛速率对于评价沥青材料的松弛性能方便可靠,且沥青材料的松弛性能与低温抗裂性能在对沥青性能排序上相关性显著,并存在一定的线性关系。通过相位角与弹性恢复率对沥青材料的松弛性能指标完成了修正,并使用多元线性回归分析的方法得到低温抗裂性能预测方程,实现了基于松弛特性的沥青材料低温抗裂性能评价。
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