基于流变性能分析的岩沥青改性沥青老化机理研究

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1、硕士研究生学位论文新疆大学论文题目(中文)：基于流变性能分析的岩沥青改性沥青老化机理研究论文题目(外文)：TheStudyofAgingMechanismofRockAsphaltModifiedAsphaltBasedonRheologicalPropertiesAnalysis研究生姓名：程龙学科、专业：土木工程研究方向：道路工程材料导师姓名职称：于江（教授）论文答辩日期2018年5月19日学位授予日期2018年6月日新疆大学硕士学位论文摘要普通沥青混凝土已难以满足我国公路交通行业日新月异地发展趋势，岩沥青改性沥青因其优异的高温性能，良好的存储稳定性能，突出的路用性能，而得到了国内

2、外学者越来越多的关注。目前，岩沥青改性沥青路用性能方面的研究已经取得丰硕的成果，但在其抗老化性能、流变性能方面的研究还相对欠缺。鉴于此，本文采用红外光谱对岩沥青的改性、老化机理进行分析，并从粘弹性力学和高分子材料流变方面对其流变特性进行详细的论述，为全面揭示岩沥青改性沥青抗老化性能提供新的理解方式。本文通过软化点、针入度、延度、布氏黏度、红外光谱、动剪切流变频率扫描、剪切速率扫描、时间扫描、多应力重复蠕变试验结合旋转薄膜加热（RTFOT）、长期老化（PAV）、紫外线老化室内模拟老化、不同老化温度RTFOT等试验，对不同掺量的新疆岩沥青（XRA）、布敦岩沥青（BRA）改性沥青的微观特性、

3、常规性能以及流变性能演化规律进行了研究。此外，对具有典型特性的岩沥青改性沥青进行不同老化时长和温度的薄膜加热试验，结合热反应动力学，建立了改性沥青老化动力学模型并求得老化反应动力学参数。通过上述研究得出：（1）微观特性方面：1）XRA掺入基质沥青（K90）后，其红外光谱图的变化主要体现在原有特征峰面积的增加或减少，但BRA所含的活性矿物会导致K90在400-1200cm-1产生新的吸收峰。综上可知，XRA对K90表现为物理改性，BRA对K90既存在物理改性又存在化学改性。2）所有沥青样品在经历RTFOT和PAV老化后羰基指数（IC=O）都会变大，长期老化后XRA和BRA显著延缓了K90

4、，IC=O的增长速率。亚砜基指数IS=O的离散性较大，该指标不适用于判断岩沥青改性的老化程度。3）由紫外线老化引起各沥青样品在3021cm-1至3699cm-1波长范围内O-H振动所需的老化时间依次为：K90＜20%BRA＜8%XRA。即8%XRA抗紫外线老化性能最好，20%BRA次之，K90最差。（2）常规性能方面：K90的高温性能的改善程度随XRA和BRA掺量的增加而愈发明显，但低温性能表现出了相反的规律。（3）流变性能方面：在低频区，K90复数剪切模量随着XRA和BRA掺入量的增加而不断增大，在高频区岩沥青掺量对K90的影响逐渐降低，模量主曲线“殊I新疆大学硕士学位论文途同归”逐

5、渐重合；岩沥青种类和掺量K90相位角的影响主要体现在中频区，掺量越大相位角越小；K90的回复率（R0.1和R3.2），均随着岩沥青掺量的增大而增大，但R3.2的增长幅度不及R0.1，不可回复柔量(Jnr0.1和Jnr3.2)则体现出相反的规律。（4）结合不同温度RTFOT老化后沥青样品的表观黏度、相邻温度间羰基增长比等指标进行分析，得出经过标准RTFOT老化后XRA的G*和δ较其原样沥青没有明显增加的原因是XRA具有出众的抗老化性能。（5）老化动力性能的分析：XRA和BRA提高了K90的反应壁垒，XRA改性沥青的老化反应活化能随XRA掺量的增加而逐渐增大；BRA改性沥青的活化能随BRA

6、的掺量呈波动的变化，但始终高于基质沥青。关键词：岩沥青改性沥青；流变行为；微观特性；老化动力学分析；老化机理II新疆大学硕士学位论文AbstractTraditionalasphaltconcretehasbeendifficulttoaccommodatetotherapidlydevelopmenttrendofChina'shighwaytransportationindustry.Becauseofitsexcellenthightemperatureperformance,superiorstoragestability,andoutstandingroadperforman

7、ce,rockasphaltmodifiedasphalthasgainedincreasinglybothofscholarsathomeandabroad.Atpresent,theresearchontheroadperformanceofrockasphaltmodifiedasphalthasachievedfruitfulresults,buttheresearchonanti-agingpropertiesandrheologic