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物理硬化对沥青材料低温性能影响机理研究

批准号:
51508136
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
张磊
依托单位:
学科分类:
道路与轨道工程
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
易军艳、郭猛、邢超、符永康、张驰

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
物理硬化是影响沥青材料低温性能的本源之一,但目前物理硬化对沥青材料低温性能影响机理尚不明确、沥青材料低温性能的评价体系未能考虑物理硬化的影响,由此可能导致沥青材料低温性能评价结果失效。针对上述问题,本项目将从物理硬化作用下沥青材料的微观特征演变规律入手,详细分析物理硬化作用后沥青分子弛豫模态、分子构象及微观体积特征变化规律;运用断裂力学、流变力学原理,研究物理硬化作用下沥青材料宏观力学行为特征,结合微观、宏观试验结果,阐明沥青材料微观结构变化与宏观力学行为的内在联系,并构建物理硬化作用下沥青材料温度应力本构模型;基于上述结果,提出考虑物理硬化效应的沥青材料低温性能评价指标。.本项目的研究将揭示物理硬化对沥青材料低温性能影响机理,为准确评价沥青材料低温性能提供理论依据,对于研发路面低温抗裂材料具有一定的参考意义,对于路面计算力学和材料学科的发展也有一定的推动作用。
英文摘要
Physical hardening is one of the fundamental causes that affect the low temperature performance of asphalt. However, the mechanism of the effect of physical hardening on asphalt low temperature performance is not clear. Additionally, the low temperature performance evaluation system has not considered the effect of physical hardening. Therefore, these issues may lead to the failure of the low temperature performance evaluation. Aiming at solving these problems mentioned above, the study will start with analyzing the evolvement rule of asphalt microscopic characteristics undergoing physical hardening, and then analyzing the variation of asphalt molecular relaxation mode, molecular conformation and microscopic volume characteristics after the physical hardening. Based on the theory of fracture mechanics and rheological mechanics, the macroscopic mechanical behavior of asphalt under the physical hardening effect will be investigated. By combining the macroscopic and microscopic experimental results, the internal relations between microstructure change and macroscopic mechanical behavior will be interpreted, and the temperature stress constitutive model of asphalt materials under the physical hardening effect will be derived. Based on the results above, a sensitive and effective asphalt low temperature performance evaluation index, considering the effect of physical hardening, will be proposed..The project will reveal the mechanism of the effect of physical hardening on low temperature performance of asphalt, providing a theoretical basis for an accurate assessment of asphalt low temperature performance. It will also have certain reference for the development of low temperature anti-cracking material for pavement and facilitate the development of pavement computational mechanics and material science.
物理硬化是影响沥青材料低温性能的本源之一,但目前物理硬化对沥青材料低温性能影响机理尚不明确、沥青材料低温性能的评价体系未能考虑物理硬化的影响,由此可能导致沥青材料低温性能评价结果失效。本项目系统研究了不同沥青在物理硬化作用后的低温性能演变规律,从影响沥青路面低温抗裂性能的材料性能角度提出了能够综合考虑到沥青材料模量及松弛能力的综合指标Sm,并发现综合评价指标Sm与单边缺口小梁(SENB)试验的评价指标有着很好的线性相关性。因此,在无法开展单边缺口小梁(SENB)试验时,可采用Sm作为评价指标预估沥青材料的低温抗裂性能。基于弯曲梁流变试验发现温度及物理硬化时间对沥青材料的物理硬化程度均有显著的影响。但对温度各沥青材料的物理硬化影响趋势并不一致,而是存在某一临界温度使物理硬化程度最为剧烈。发现沥青材料的物理硬化可以发生在温度高于玻璃态转化点温度条件下,表明沥青材料的物理硬化特性与PVC等高分子材料的物理硬化特性有明显的差异。通过对沥青物理硬化特性的分析发现,沥青物理硬化速率是自减速的负反馈的过程,并基于“自由体积”理论,阐明了物理硬化对沥青材料低温性能影响机理。基于时温等效原理,建立了不同物理硬化条件下的模量主曲线;通过对物理硬化后的劲度模量主曲线分析发现,物理硬化作用存在一个临界时间,当物理硬化作用时间大于临界时间t0时,时间的增加对物理硬化程度的增加就不再显著。通过对对物理硬化时间与移位因子关系曲线进行深入分析,定义了曲线的关键区间(Key zone,KZ)和从属区间(Subordinate zone,SZ)。并提出利用关键区间(Key zone,KZ)的斜率作为表征沥青材料抗物理硬化的性能指标。项目的研究成果对于沥青基材料低温条件下力学行为的研究具有重要的理论和实际意义,而且对其它高分子材料的相关研究也具有一定的推动作用。此外,项目的研究成果对于缓解沥青基材料在寒冷地区低温开裂病害具有一定的指导意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Effects of refined waste and bio-based oil modifiers on rheological properties of asphalt binders
精炼废料和生物基油改性剂对沥青胶结料流变性能的影响
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.05.101
发表时间: 2017-09-01
期刊: CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS
影响因子: 7.4
作者: [Zhang Lei, Bahia, Hussain, Cheng Ling]
通讯作者: Cheng Ling
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.07.021
发表时间: 2016-10
期刊: Construction and Building Materials
影响因子: 7.4
作者: [Zhang Lei, Li Tian-shuai, Gao Fei, Tan Yi-qiu]
通讯作者: Tan Yi-qiu
DOI: 10.1080/14680629.2017.1307262
发表时间: 2018-08
期刊: Road Materials and Pavement Design
影响因子: 3.7
作者: [Zhang Lei, Tan Yi-qiu, Bahia Hussain, Cheng Ling, Zhang L]
通讯作者: Zhang L
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.10.010
发表时间: 2016-11-30
期刊: CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS
影响因子: 7.4
作者: [Zhang Lei, Xing Chao, Tan Yi-qiu]
通讯作者: Tan Yi-qiu
6
    基于AFM-IR的老化橡胶粉改性沥青靶向活化机制研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      54万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      张磊
    • 依托单位:
    部分退化的时滞反应扩散系统的主特征值问题
    • 批准号:
      11901138
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      25.0万元
    • 批准年份:
      2019
    • 负责人:
      张磊
    • 依托单位:
    表面硅烷修饰的SiO2气凝胶-PVB隔热复合材料的合成、表征及应用基础研究
    • 批准号:
      51302052
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      25.0万元
    • 批准年份:
      2013
    • 负责人:
      张磊
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金