基于Burgers模型的硬质沥青低温性能评价

针对以延度指标来评价硬质沥青低温性能的局限性,选取4种代表性的硬质沥青进行低温弯曲梁流变(BBR)试验,得到其蠕变劲度模量S、蠕变劲度变化速率m等参数.利用Burgers黏弹模型对低温蠕变柔量曲线进行拟合分析,构建了松弛时间λ、新指标m(t)/S(t)和低温综合柔量参数JC等沥青低温黏弹性评价指标,并与硬质沥青混合料的最大弯拉应力指标进行相关性分析.结果表明:采用单一的S或m指标评价硬质沥青的低温性能存在一定的片面性,兼顾模量、蠕变速率、松弛能力的λ、m(t)/S(t)、JC可以更加准确地反映和评价硬质沥青的低温流变性能;在进行研究时可以采用m(t)/S(t)指标来评价硬质沥青的低温流变特性,但在工程应用中宜采用λ指标作为硬质沥青的低温评价指标.

SMC常温改性沥青的改性机理及高低温性能研究

为了探究SMC常温改性剂的微观改性机理以及不同掺量SMC改性剂对沥青高低温性能的影响并优选出SMC常温改性沥青的最佳低温评价指标。通过研究SMC常温改性剂的合成路线及红外光谱图探索其改性机理;通过温度扫描试验对不同掺量SMC常温改性沥青的高温稳定性评价;而后基于弯曲流变仪(BBR)试验,比较了不同温度下不同掺量的SMC常温改性沥青的蠕变劲度模量S,蠕变速率m_(c)和基于Burgers模型建立的新的低温综合柔量J_(C),采用频率扫描试验并基于时温等效原理确定其主曲线和玻璃态转变温度T_(g),研究掺量对沥青低温柔性的影响;最后结合混合料低温小梁弯曲试验验证不同低温评价指标S,m_(c),J_(C),T_(g)的有效性。结果表明,SMC的改性机理类似于表面活性剂,通过改变沥青分子的表面张力以达到常温拌和目的;SMC常温改性剂的加入对高温性能产生不利影响,且掺量增加负面效果越明显;比较S,m_(c),J_(C),T_(g)发现SMC改性剂能改善沥青的低温性能且随着SMC改性剂掺量的增加改善效果越显著且其中J_(C)与混合料的弯曲破坏应变的关联性最高,为SMC常温改性沥青的最佳低温评价指标。

高低温循环-湿度-荷载耦合作用对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

研究环氧树脂基碳纤维增强复合材料(EP-CFRP)在荷载及恶劣环境共同作用下的耐久性能。环境因素为-40~40℃/-40~25℃2种区间的高低温循环以及湿度(有水浸泡及无水)的影响,荷载为极限荷载的30%和60%。结果表明:“高低温循环-湿度”双因素耦合作用后及“高低温循环-湿度-荷载”三因素耦合作用对EPCFRP的耐久性影响较大,拉伸强度随高低温循环周期的增加整体呈现先降低再升高再降低的变化趋势,但是峰谷值出现的时间周期相差较大;湿度和荷载水平对EP-CFRP的拉伸模量影响较小;树脂基体与纤维界面产生的微裂纹被证明是导致复合材料后期强度降低的主要原因;湿度-荷载的耦合作用促进裂纹的扩展,加剧了EP-CFRP的损伤。根据损伤分析,采用非线性拟合的方法给出了“高低温循环-湿度-荷载”三因素耦合作用后EP-CFRP的剩余强度损伤模型。

盐冻融循环下温/热拌胶粉改性沥青混合料高低温性能研究

对温拌胶粉改性沥青混合料(CR-WMA)、热拌胶粉改性沥青混合料(CR-HMA)进行了三轴重复蠕变试验、小梁弯曲试验及弯曲蠕变试验,研究了其在盐冻融循环作用前后的高低温性能,并利用Burgers模型对蠕变数据进行了拟合分析。结果表明:随着冻融循环次数的增加,CR-WMA与CR-HMA的高低温性能均逐渐下降,在冻融循环次数为0~15次时高低温性能降低速度最快,之后变化趋于平缓,而CR-WMA比CR-HMA性能降低的速度要缓慢、程度要小;随着盐浓度的增加,CR-WMA与CR-HMA的高低温性能均逐渐下降,在盐浓度为8%(质量分数)时下降幅度达到最大,而CR-WMA比CR-HMA下降趋势要缓和。通过蠕变数据拟合出的粘弹参数变化规律也验证了上述结论,均表明掺加SDYK型表面活性剂温拌剂可有效地提高胶粉改性沥青混合料的高低温性能,使其抵抗盐侵蚀及冻裂病害的能力更佳。

基于MSCR试验及Burgers模型分析的沥青高温性能评价

采用多种沥青样品,通过旋转薄膜加热试验(RTFOT)、多应力重复蠕变恢复(MSCR)试验、车辙因子(G*/sinδ)测定以及Burgers模型对不同状态的沥青进行高温性能评价研究。结果表明,由于不同沥青间分子链段及相态结构的不同使改性沥青的不可恢复蠕变柔量差(Jnrdiff)远大于石油沥青,原样改性沥青的Jnrdiff随温度升高呈现无序性;改性沥青老化样品应力敏感性急剧下降,不可恢复蠕变柔量随着温度的升高呈现出逐渐升高的趋势;石油沥青旋转薄膜老化试验前后Jnrdiff变化幅度小,原样石油沥青Jnrdiff随温度的升高逐渐增大的趋势。采用Burgers模型对MSCR试验单循环蠕变加载曲线进行拟合,拟合计算采取固定值与非固定值拟合两种方式,非固定拟合参数法计算的变形分量误差大;将黏性分量(Gv)作为固定值,其他3个参数作为自由变量进行拟合计算,可以消除黏性变形误差大的问题,同时将总变形误差控制在较低程度范围,大大减小拟合误差。由于石油沥青在动态加载及静态蠕变状态下的高温变形都以黏性变形为主导,因此G*/sinδ,Gv评价石油沥青具有高度一致性;改性沥青因为改性剂种类差异,其增强高温性能的机理不同,评价改性沥青不一致。Gv增大了沥青个体间差异程度,进行沥青高温横向对比选择时,更加有利于增弹性改性沥青,而不利于增黏性改性沥青。

基于黏弹性理论的天然沥青复合改性沥青低温流变性能

为优化天然沥青低温性能欠佳的问题,采用低温弯曲流变试验(BBR)对不同掺量下的橡胶/天然沥青及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)/天然沥青复合改性沥青的低温性能进行试验;并结合Burgers模型对其蠕变数据进行拟合,以分析天然沥青复合改性沥青的低温性能。结果表明:橡胶和SBS掺入使新疆岩沥青(XRA)和天然湖沥青(TLA)天然改性沥青的黏性和弹性得到相应的改善;且其松弛时间逐渐减小,耗散能比与蠕变导数逐渐增加;低温下的应力松弛能力及弹性后效得到改善。在同一温度下,橡胶和SBS延缓了XRA与TLA到达蠕变稳定的时长;但随着温度的不断降低,其蠕变稳定时长逐渐减小。随着橡胶和SBS掺量的增加,XRA和TLA复合改性沥青的低温性能有显著的提高;且橡胶对XRA和TLA天然改性沥青低温性能的改善优于SBS。随着温度的降低,不同掺量下的橡胶和SBS对其低温性能的改善程度逐渐减小。

不同老化状态下SBS改性沥青的低温性能分析

采用低温小梁弯曲(BBR)试验,同时结合Burgers模型对不同老化状态下的SBS改性沥青进行低温性能分析,验证了PG低温分级和黏弹性指标间的相适应性,发现短期老化对星型SBS改性沥青的低温性能有利以及SBS改性沥青存在蠕变速率不足的问题.利用傅里叶红外光谱FTIR技术定量分析了老化对SBS改性沥青官能团的影响,并对沥青各项物理化学指标间的相关关系进行了研究,结果表明:SBS改性沥青的低温性能与脂肪长链指数有关,脂肪长链指数越小,SBS改性沥青的低温性能越好.

BBR试验的沥青低温性能及粘弹性分析

采用低温小梁弯曲试验(BBR)对6种不同种类的沥青低温性能进行评价,利用时间温度等效原理获得了沥青的低温劲度模量主曲线,通过Burgers模型方程对BBR蠕变劲度曲线及其劲度模量主曲线进行拟合.结果表明:沥青的劲度模量衰减速度依赖于温度,温度越高、低温性能越好,劲度模量衰减速度越快,且在蠕变的起始阶段衰减最迅速;Burgers模型方程对BBR蠕变劲度曲线及劲度主曲线均具有较高的拟合程度;蠕变劲度曲线及劲度主曲线在拟合时首尾两端相对误差较大,中间段相对误差小,同时BBR试验劲度度曲线的拟合相对误差明显小于模量主曲线的相对误差.

热老化作用下橡胶改性沥青的低温流变性能

为探究老化作用下橡胶改性沥青(AER)及其复合改性沥青(AER/SBS)的低温流变性能,借助常规性能、低温弯曲试验和Burgers模型,研究了在不同老化状态、不同橡胶粉掺量下AER改性沥青及其复合改性沥青的低温流变特性,同时借助红外光谱(FTIR)方法定量分析老化对AER改性沥青官能团的影响,并将其官能团指数和低温指标进行相关性分析.研究结果表明:在不同老化状态下AER、SBS均可提高沥青低温性能,且短期老化下AER/SBS复合改性沥青的低温性能优于AER改性沥青,长期老化则反之;AER、SBS改性剂均可改善沥青的劲度模量,且AER对沥青劲度模量的影响程度更显著,同时低温指标(劲度模量S、蠕变速率m、劲度模量与蠕变速率之比S/m)与黏弹性指标(松弛时间λ、耗散能比a具有紧密的联系);AER改性沥青的低温性能与脂肪指数IA和脂肪长链指数IAL有较高的相关性,且IA越大其低温性能越好,IAL则反之.

高黏复配改性沥青低温性能试验评价

为了进一步提升开级配沥青混合料的低温抗裂性能,选用改性剂制备不同类型高黏改性沥青并对其进行压力老化(PAV)试验模拟长期老化,通过针入度、延度和弯曲梁流变试验(BBR)对比分析高黏改性沥青低温性能,同时基于Burgers模型拟合分析其低温蠕变行为,综合评价高黏改性沥青的低温抗裂性能。结果表明:对比基质沥青,增黏剂可以显著降低沥青低温蠕变劲度且提高沥青蠕变速率,改善沥青的低温柔韧性能和应力松弛能力,有效改善沥青的低温抗裂性能;通过Burgers模型分析进一步证明了所采用的增黏剂可以有效改善沥青的低温性能,但增黏剂过量会对沥青低温性能产生负面影响,通过综合比选,增黏剂最佳掺量为2%;PAV老化后高黏改性沥青低温柔性增强,但应力松弛能力降低。

硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青的低温流变性能试验研究

已有研究表明,硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青的高温性能明显好于基质沥青,而对其低温性能改善作用仍不明确。为了评价硅藻土-玄武岩纤维复合改性材料对沥青低温性能的作用,通过BBR试验对6组不同掺量的硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青低温流变特性进行研究。选用Burgers模型描述复合改性沥青的低温流变行为,获取相应粘弹性参数对其低温流变性能进行分析。结果表明,Burgers模型对硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青的流变行为拟合效果理想。硅藻土的加入削弱了沥青的低温性能,随着玄武岩纤维质量分数的增多,沥青的低温抗裂性能和应力松弛能力先降低后增加。相比于基质沥青,掺量为(7. 5%和4%)的硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青的低温性能得到提高,并且硅藻土-玄武岩纤维复合改性沥青的低温抗裂性优于硅藻土改性沥青。

Sasobit温拌沥青的低温性能评价指标研究

针对当前国内外在评价温拌沥青低温性能指标上的局限性,为更精准地评价温拌沥青的低温抗裂性能,将不同掺量的降黏类温拌剂Sasobit加入到基质沥青中制备温拌沥青,并分别进行旋转薄膜烘箱老化和压力箱老化来对温拌沥青的低温性能评价指标展开了研究。采用沥青弯曲梁流变试验来获得温拌沥青的劲度模量、劲度模量变化率,计算得到低温连续分级温度及k指标。另外,运用Burgers黏弹性模型对BBR试验数据进行参数拟合来获得Burgers模型的4个黏弹性参数,并构建了低温性能综合评价指标J。通过沥青混合料小梁弯曲试验得到温拌沥青混合料的低温弯曲应变能密度,将弯曲应变能密度与各评价指标进行了相关性分析和比选。试验结果表明:温拌剂Sasobit的加入削弱了沥青的低温抗裂性能,这表现为更高的劲度模量、更低的劲度模量变化率、更高的低温连续分级温度、更大的k指标和J指标;Sasobit掺量越高,低温性能削弱效果越显著;利用单一的劲度模量或劲度模量变化率m指标对温拌沥青的低温性能评价存在一定片面性,综合考虑沥青低温变形能力和应力松弛能力的低温连续分级温度、k指标及J指标能更加精确地评价温拌沥青的低温性能。

复杂环境下蠕变效应对沥青混合料性能的影响

为了探究沥青混合料在高、低温条件下的性能变化,以及各种环境因素对其的影响程度,基于Burgers模型和沥青混合料的蠕变效应,通过自主开发的环境模拟仪对沥青混合料进行了基本性能试验,并采用灰色关联度分析方法评估单一因素对沥青混合料高、低温性能的影响程度。同时,采用主成分分析方法进一步揭示了耦合因素对沥青混合料高、低温性能的影响规律。研究发现:单因素对添加了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物(styrenebutadiene-styrene,SBS)的改性沥青混合料高、低温性能的影响程度从大到小的排序为高温、紫外线、降雨;相较于单一因素,耦合因素对SBS改性沥青混合料高、低温性能影响更为显著,其中,耦合因素作用中起首要作用的是紫外线。Burgers模型的拟合结果表明:黏弹性参数会随着环境作用循环天数和环境因素的增多而逐渐降低,进而导致沥青混合料高、低温性能逐渐衰减,究其原因是沥青混合料中的黏性和弹性组分发生了转换。

材料性能对固体发动机结构完整性的影响

基于描述粘弹性材料特性的Burgers模型的本构关系以及基于该本构关系下的有限元方法 ,根据温度载荷和内压载荷的特点 ,分别建立了分析某固体发动机材料性能参数对结构完整性影响的有限元模型。应用MSC/NAS TRAN结构分析软件 ,详细分析了在温度和内压载荷作用下固体发动机材料性能参数对结构完整性的影响。在温度载荷的作用下 ,主要影响结构完整性的是推进剂的泊松比与热膨胀系数 ;在内压载荷作用下 ,主要影响结构完整性的是包覆层和推进剂的泊松比以及推进剂的初始模量。

LKW-Ⅱ温拌剂对橡胶/SBS复合改性沥青流变性能的影响

为研究LKW-Ⅱ温拌对橡胶粉/SBS改性沥青流变性能的影响,通过傅里叶红外光谱(FTIR)实验、动态剪切流变(DSR)试验、多应力重复蠕变恢复(MSCR)实验以及低温弯曲梁流变(BBR)实验,分析LKW-Ⅱ温拌剂对其流变性能的影响。实验结果表明:LKW-Ⅱ温拌剂能够有效控制高温条件下流变性能,当掺量为0.1%时,改善效果最好,实验中其余掺量改善性能较为接近;掺加温拌剂后改性沥青的弹性恢复能力更好,在12.8 kPa应力下,0.1%LKW-Ⅱ掺量不会出现结构损伤,且对应力敏感性最小;LKW-Ⅱ温拌剂能够改善低温条件下流变性能,相同温度下0.3%LKW-Ⅱ掺量内部产生应力最小,应力松弛能力最好。LKW-Ⅱ温拌剂掺量少,能够有效控制高温流变和改善低温流变性能。

基于黏弹性分析的复合改性生物沥青抗车辙性能评价

为研究餐饮废油生物沥青的高温抗车辙性能及提升方法,选用有机化蒙脱土(organic montmorillonite,OMMT)作为复合改性剂提升生物沥青的高温性能,采用多应力蠕变恢复试验探究不同生物油和OMMT掺量以及差异化老化状态对各类沥青不可恢复蠕变柔量(J_(nr))、老化敏感性、应力敏感性等指标的影响,并通过四参数Burgers模型对沥青的黏弹性流变参数进行分析.结果表明:在不同老化状态下,餐饮废油生物油的加入明显降低了石油沥青的高温抗车辙性能,而进一步通过OMMT与生物油等掺量复合改性,可使生物沥青的高温抗车辙能力至少恢复至石油沥青的水平,且此高温性能改善效果在经历短期和长期老化后依然显著;与石油沥青相比,生物沥青的老化敏感性发生了略微升高,进一步采用OMMT复合改性后,老化敏感性整体上也呈现出增大趋势;生物油掺量对沥青高温蠕变应力敏感性的影响远低于OMMT掺量和老化的作用,高掺量OMMT复合改性措施的使用需受到应力敏感性要求的限制.此外,基于四参数Burgers流变模型拟合分析发现,随着生物油的加入沥青蠕变柔量的弹性比例及延迟弹性比例均呈减小趋势,黏性蠕变柔量的占比增大,而OMMT的使用与生物油具有完全相反的影响效应.

重组竹梁长期受弯性能试验研究及蠕变分析

为了解重组竹梁长期受弯性能,对3组重组竹简支梁进行了持续100 d的长期受弯性能试验,研究了碳化重组竹梁及未碳化重组竹梁的蠕变特征及规律,采用Burgers模型对试验梁的蠕变特征曲线进行了非线性拟合,得到了试验梁的蠕变特征函数。研究结果表明:重组竹试验梁在长期荷载作用下的变形经历了瞬时变形阶段、初始蠕变阶段和稳定蠕变阶段;随着时间的延长,变形不断增加,加载初期增长较快,进入稳定蠕变阶段后,变形趋于平缓;在30%极限荷载的持续荷载作用下,重组竹试验梁的变形最终趋于稳定;Burgers模型能较好地模拟重组竹梁的蠕变性能,碳化重组竹梁的蠕变总变形量、瞬时弹性变形量、粘性流动变形量、延迟弹性变形量均小于未碳化重组竹梁,同等条件下碳化重组竹梁在长期荷载作用下的挠度比未碳化重组竹梁减小20%。

橡胶粉改性沥青路面抗车辙性能试验

室内动稳定度试验不能完全反映真实路面行车过程中的车辙发生过程,为研究掺入温拌添加剂的橡胶SMA沥青混合料(ARSMA-13型)的高温变形发展过程,探索橡胶改性沥青路面的抗车辙性能,本文通过单轴静载压缩试验分别测试不同温度、不同围压条件下混合料的蠕变特性,并基于黏弹性Burgers模型研究温拌橡胶改性沥青混合料的力学特性。其试验结果表明,Sasobit橡胶沥青混合料的流变时间约为橡胶沥青混合料的3倍,随着围压增加混合料的蠕变变形越来越小,Sasobit温拌橡胶沥青混合料在有围压条件下相对于橡胶沥青混合料蠕变变形大幅减小;同时,Sasobit温拌剂能有效改善橡胶粉改性沥青混合料的高温抗车辙性能,对低温性能略有影响。在实际路况下,随着环境温度的增加,有机降黏温拌剂提升橡胶沥青路面高温稳定性的作用增强。

足尺毛竹梁长期蠕变性能研究

为研究足尺毛竹梁的长期蠕变性能,分析了已有的试验数据,进一步探究毛竹梁在长期荷载作用下的蠕变规律。从微观层次分析了竹材蠕变性能随环境湿度、温度变化而改变的机理;以强度储备、蠕变速率以及相对挠度作为控制指标,评估了毛竹梁的蠕变性能;对毛竹梁蠕变模型开展了适用性研究,并基于蠕变模型的挠度预测给出了毛竹梁的建议应力比。结果表明:环境中湿度和温度的变化会引起竹材的物理性质发生变化,从而改变竹材的蠕变性能;应力比较小的毛竹梁蠕变性能总体上符合工程使用要求;将Burger模型中表征黏性变形的线性函数改进为幂函数,改进的Burger模型结合了Burger模型和幂律模型的特点,能更好地模拟毛竹梁的蠕变性能。最后,基于蠕变模型的长期变形预测值,建议了毛竹梁应力比不应大于0.50,以防止原竹建筑在50年的设计基准期内产生过大的蠕变变形。

基于黏弹性理论的多聚磷酸改性沥青低温性能

基于黏弹性理论,对不同质量分数(0.5wt%,1.0wt%,1.5wt%,2.0wt%)的多聚磷酸改性沥青及基质沥青进行低温弯曲流变试验(BBR),结合Burgers模型对低温弯曲梁流变试验得到的蠕变数据进行非线性拟合,利用Burgers模型的四个参数(E_1、η_1、E_2、η_2分别是Maxwell和Kelvin模型中弹性模量和黏性系数)确定出低温性能指标,对多聚磷酸改性沥青低温性能进行分析。结果表明:多聚磷酸的添加使沥青中的黏性和弹性都得到了一定的改善,沥青中松弛时间减少,储存能减少,耗散能增加,应力松弛能力得到提高。在相同温度下,多聚磷酸改性沥青延缓了沥青进入蠕变稳定期的时间,但随着温度的降低,达到蠕变稳定期的时间缩短。多聚磷酸改性剂的添加可以提高沥青低温性能,且随质量分数的增加,低温改善效果更好;但随着温度的降低,多聚磷酸对沥青的低温改善程度减小,且不同质量分数对其影响的差异也减小,在-24℃以上适合使用多聚磷酸改性,而在-24℃以下掺入多聚磷酸改性沥青意义不大。