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基于DMA方法对沥青粘弹性能的研究

詹小丽  
【摘要】: 动态力学分析(DMA)是研究粘弹性材料在周期性变化的应力(或应变)作用下的力学行为,是研究沥青粘弹性能的重要手段。通过DMA方法,可以得到不同应力、应变、时间、温度和频率范围内沥青的动态粘弹性能,因此采用DMA方法可以全面的评价沥青的粘弹性能。 聚合物的粘弹性能与其组分间的相互作用、相形态密切相关,流变响应能准确反映其形态结构的变化,而形态结构也在很大程度上决定着它的使用性能。DMA通常在小应变条件下进行测定,其过程不会对材料本身结构造成影响或破坏,并且高分子材料呈现的线性粘弹性响应对相态结构的变化十分敏感,研究表明DMA方法可以很好的研究均相聚合物和多组分、多相聚合物的相态结构。因此可以通过DMA对沥青、改性沥青及沥青矿粉胶浆的相态结构、相容性以及沥青与矿粉的界面作用进行分析,并根据相态结构的变化规律来分析沥青的粘弹性力学行为。 本文是基于DMA方法对沥青粘弹性能进行研究,对沥青的相态结构和动态粘弹性能进行了分析,深入探讨了沥青的相态结构和动态粘弹性能之间的关系。本文的研究改进了目前DMA方法在沥青粘弹性能中的应用,为今后的工程实际应用奠定了理论基础。主要研究内容包括: 采用DMA对沥青及改性沥青的相态结构分析,分别采用Han曲线的温度依赖性、动态粘弹参数与频率的变化曲线来分析,Han曲线出现温度依赖性表明相态结构分离,研究结果表明沥青与改性沥青的相态结构明显不同,沥青可以近似看为均相聚合物,而改性沥青在所测温度和频率范围内为多相聚合物。 根据DMA频率扫描结果对沥青和改性沥青的时温等效原理进行了研究,从沥青和改性沥青的相态结构对时温等效原理的适用性进行了分析,当均相聚合物的相态结构出现分离时,时温等效原理失效,对于多相聚合物,时温等效原理也是不满足的。并且对不同沥青的移位因子和低温下的移位因子进行了分析,采用WLF方程进行拟合,结果表明沥青的移位因子与加载方式无关,而不同的沥青的移位因子明显不同。 沥青矿粉胶浆由于矿粉填料的加入,形成了多组分聚合物,改变了沥青的相态结构,特别是对于改性沥青矿粉胶浆,由于沥青、矿粉与SBS改性剂间的复杂的相互作用,使其相态结构变得更加复杂。因此采用DMA方法对沥青矿粉胶浆和改性沥青矿粉胶浆的相态结构研究,并且根据沥青及沥青矿粉胶浆的损耗因子tanδ计算出参数A,用来分析沥青与胶浆的界面粘结程度,研究表明了改性沥青矿粉胶浆的相态结构的复杂性。 为了对沥青的动态粘弹性能进行分析,对沥青的动态粘弹性能的本构关系进行了研究,分别采用了广义Maxwell模型和分数阶导数Maxwell模型对动态粘弹性能进行拟合,并对两种模型的拟合结果进行分析。研究结果表明广义Maxwell模型在曲线两端拟合效果较差,因此广义Maxwell模型的拟合结果不适合外延,且广义Maxwell模型的拟合结果没有明确的物理意义;分数阶导数Maxwell模型的拟合效果较好,且拟合得到的参数具有一定的物理意义,可以定量的评价沥青的动态粘弹性能。根据广义Maxwell模型的拟合结果对沥青的动静态粘弹函数的转换关系进行了研究。


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