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《武汉理工大学》 2010年
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纳米蒙脱土改性沥青及其混合料的流变特性研究

王骁  
【摘要】:随着高等级公路的大量建设,对沥青路面的路用性能和耐久性提出越来越高的要求,改善现有沥青材料性能是满足这一要求的重要基础。纳米蒙脱土改性沥青是近年来国内外的研究热点,纳米蒙脱土改性沥青的突出优点是能抑制沥青材料的老化、提高沥青的高温稳定性,对于延长沥青路面的使用寿命具有显著作用。关于纳米蒙脱土改性沥青的制备与性能已有不少研究,但纳米蒙脱土改性沥青的流变性能还研究较少,尤其是纳米蒙脱土改性沥青混合料的流变性能研究报道更少。由于沥青及其混合料的流变性能对沥青路面的路用性能影响很大,因此开展纳米蒙脱土改性沥青及其混合料的流变性能和路用性能研究,对于纳米蒙脱土改性沥青混合料的应用具有重要的理论指导意义。 本文系统地研究了纳米蒙脱土改性沥青及其混合料的流变性能,建立了流变模型,并探讨了纳米蒙脱土改性沥青混合料的路用性能。主要研究结论如下: (1)采用动态剪切流变仪(DSR)研究了纳米蒙脱土掺量、试验温度及荷载频率对纳米蒙脱土改性沥青流变特性的影响规律。结果表明,纳米蒙脱土的掺入增大了沥青的粘度,提高了沥青的复数剪切模量,降低了其相位角,这表明纳米蒙脱土的掺入在增大沥青劲度的同时也能增加其弹性成分,从而可有效提高沥青高温下抵抗永久变形和低温下抵抗低温疲劳开裂的能力。采用时—温等效原理合成复数剪切模量主曲线,结果表明掺入纳米蒙脱土后,沥青劲度的增强作用在频率较低时表现的更为显著。 (2)采用蠕变试验研究了纳米蒙脱土改性沥青及其混合料的粘弹特性,结果表明,纳米蒙脱土的加入一方面能降低沥青与混合料加载过程的总蠕变变形,同时又能提高沥青与混合料总变形中的弹性变形,使沥青与混合料承受外力荷载时产生的永久变形减小。 (3)在对纳米蒙脱土改性沥青及其混合料流变性能研究的基础上,建立了纳米蒙脱土改性沥青及其混合料的流变模型。结果表明,二阶Burgers模型能很好的描述纳米蒙脱土改性沥青的粘弹特性,该模型拟合的结果表明,纳米蒙脱土掺入后对沥青的弹性和粘性部分均有明显影响,在常温(20℃)和较低温度(0℃)时均能使反映沥青粘弹性能的力学参数增大,而在低温(-10℃).时则使反映沥青粘弹性能的力学参数减小。修正的Burgers模型适合于描述纳米蒙脱土改性沥青混合料的粘弹特性,流变模型参数拟合的结果表明,纳米蒙脱土在沥青混合料中的主要作用是提高沥青混合料粘弹性能中的迟滞粘弹性和粘性,但对沥青混合料弹性性能的改善效果因为矿料骨架的作用而有所弱化。 (4)对纳米蒙脱土改性沥青混合料动态模量的研究表明,纳米蒙脱土改性沥青混合料动态模量和相位角具有明显的频率依赖性和温度依赖性,动态模量随着试验温度的升高和频率的降低而减小。在相对较低温度下,纳米蒙脱土改性沥青混合料的相位角则会随着试验温度的增加或者荷载作用频率的降低而有所增大;当试验温度较高时,纳米蒙脱土改性沥青混合料的相位角则会随着温度的升高或者荷载作用频率的降低而减小。对不同温度和荷载频率下的动态模量试验结果应用时—温等效原理可以得到纳米蒙脱土改性沥青混合料的动态模量主曲线,动态模量主曲线表明,纳米蒙脱土的掺入能使沥青混合料的动态模量在整个频率(或温度)范围内的变化幅度减小。 (5)采用间接拉伸疲劳试验研究了纳米蒙脱土改性沥青混合料的疲劳性能,结果表明,纳米蒙脱土的掺入可提高沥青混合料在低温(5℃)下的疲劳寿命,尤其对低应力水平下的沥青混合料疲劳寿命的改善作用更加显著。 (6)纳米蒙脱土改性沥青混合料车辙试验结果表明,纳米蒙脱土改性沥青混合料的高温稳定性得到明显提高,采用纳米蒙脱土改性沥青混合料铺筑的路面具有较好的抵抗永久变形的能力。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U414

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【参考文献】
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