【摘 要】
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在路面服务期间,沥青混合料受到交通荷载及环境因素的作用,因此路面的耐久性降低。而沥青混合料氧化则被认为是影响路面耐久性最重要的因素之一。现阶段,对于沥青氧化的化学
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在路面服务期间,沥青混合料受到交通荷载及环境因素的作用,因此路面的耐久性降低。而沥青混合料氧化则被认为是影响路面耐久性最重要的因素之一。现阶段,对于沥青氧化的化学进程已经能比较好地进行表征,但基于细观结构开展沥青混合料氧化机理的研究还非常有限。建立沥青混合料氧化老化细观力学模型,有助于揭示氧气在混合料细观结构内的扩散现象,从细观角度观察破坏的发生及演变,完善基于氧气扩散-反应原理的路面结构氧化老化模型,更深入地理解氧化老化导致的破坏行为和机理。本文尝试基于羰基面积和沥青FAM相的粘弹特性之间的关系,结合数字模拟和图像处理等方法,建立细观力学模型,分析空隙率对沥青混合料氧化老化的影响。首先,模拟沥青路面的长期氧化。利用反应釜氧化老化方法得到实际混合料试件;通过提出微萃取的方法提取沥青,并通过一系列沥青实验证明了其可行性;通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)试验测试不同时间点沥青氧化老化过程中羰基的生成面积,基于化学动力学建立羰基的生成速率模型。通过动态力学分析仪(DMA)和动态剪切流变(DSR)研究羰基面积与沥青FAM相粘弹特性的关系,根据沥青FAM相中羰基化合物面积,赋予不同的线粘弹性材料特性。通过图像处理方法重构沥青混合料的二维结构;基于菲克第二定律模拟氧气在沥青混合料内的扩散,然后利用氧扩散的结果,基于羰基数量信息修改FAM相的材料特性,并分析材料力学特性随着时间的变化对沥青混合料整体力学响应的影响。与实际试件的动态模量结果进行对比,沥青混合料的空隙结构变化对FAM相的氧化产物的力学性能的变化有重要影响,沥青混合料模量的不确定性取决于两个主要因素:(1)使用时间;(2)空隙的性质。在未来的研究中,需要在模型中考虑空隙率随时间的变化规律,能更好地预测沥青路面的氧化老化行为。
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