本文關(guān)鍵詞：礦料性質(zhì)及其對瀝青混合料高低溫粘彈性能的影響研究　出處：《吉林大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：隨著我國交通基礎(chǔ)設施建設的不斷發(fā)展,高速公路里程逐年增加,瀝青路面以其優(yōu)良的行車舒適性與施工便捷性而廣泛應用于道路建設中。礦料作為瀝青混合料的主要組成部分,自身性質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到瀝青混合料路用性能的好壞。為了分析礦料自身性質(zhì)與瀝青混合料性能之間的關(guān)系,國內(nèi)外研究人員開展了大量工作,但是由于集料自身幾何形狀的不規(guī)則性及其在混合料內(nèi)部分布的隨機性,使得二者關(guān)系仍未明確。另外,目前針對礦料的性質(zhì)多采用間接的方法進行測試,無法直觀反映其真實特征。因此,為了準確分析礦料自身性質(zhì)對瀝青混合料性能的影響規(guī)律,需要借助新的測試技術(shù)和分析方法進行系統(tǒng)的研究。本文結(jié)合國家自然科學基金項目“基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的瀝青混合料各向異性特性研究”和博士點基金項目“基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的瀝青混合料蠕變損傷機理研究”,首先從礦料性質(zhì)特征參數(shù)的分析入手,對填料的物理化學性質(zhì)和粗細集料的形態(tài)特征給出評價;然后,依據(jù)膠漿理論,分別從瀝青膠漿、瀝青砂漿與瀝青混合料三個層次上分析礦料性質(zhì)對瀝青混合料高溫和低溫粘彈性能的影響規(guī)律;最后,借助單純形格子設計方法給出均衡考慮混合料高溫和低溫粘彈性能的集料形態(tài)特征參數(shù)優(yōu)化值。本文開展的具體研究工作如下:1、考慮瀝青混合料中填料、細集料及粗集料對其性能影響機理的不同,分別對填料的物理化學性質(zhì)與粗細集料的形態(tài)特征進行了測試與分析。首先,采用掃描電鏡、比表面積分析儀、X射線衍射儀和激光粒度分析儀對不同填料的微觀形貌、比表面積、礦物結(jié)晶和粒度分布進行測試,分析了填料自身物理化學性質(zhì)及微觀形貌上的差異。之后,采用掃描儀和體視學顯微鏡分別采集了粗集料和細集料的二維數(shù)字圖像,借助數(shù)字圖像處理技術(shù)獲取了粗細集料的長短軸比、圓度、棱角性、腐蝕膨脹面積比和分形維數(shù),利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法明確了集料形態(tài)特征指標的分布規(guī)律。2、考慮到填料性質(zhì)與瀝青膠漿性能之間關(guān)系仍不明確,系統(tǒng)分析了填料摻量與物理化學性質(zhì)對瀝青膠漿性能的影響規(guī)律。首先,通過針入度、軟化點、粘度、測力延度、動態(tài)剪切流變和彎曲梁流變試驗評價了摻入不同摻量礦粉和硅藻土的瀝青膠漿的基本性能和粘彈性能,得到了填料摻量對瀝青膠漿性能的影響規(guī)律;然后,通過粘度、軟化點、測力延度以及常溫動態(tài)剪切流變試驗評價了摻入相同摻量礦粉、熟石灰、粉煤灰和硅藻土的瀝青膠漿的性能,分析填料物理化學性質(zhì)對瀝青膠漿高溫與常溫性能的影響;最后,采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對填料的物理化學性質(zhì)與瀝青膠漿性能之間關(guān)聯(lián)程度進行計算,得到填料各性質(zhì)對瀝青膠漿性能的影響程度排序。3、基于Burgers粘彈性模型分析了集料形態(tài)特征對瀝青砂漿與瀝青混合料高溫粘彈性能的影響規(guī)律。首先,利用單純形格子設計方法對不同集料的摻配比例進行設計,得到具有不同形態(tài)特征的集料組分;其次,考慮到不同粒徑集料形態(tài)特征的變異性,提出采用集料綜合圓度、綜合棱角性與綜合腐蝕膨脹面積比對混合后集料形態(tài)特征進行表征;再次,采用估算法確定瀝青砂漿和瀝青混合料的油石比,剔除集料之外的因素對瀝青砂漿與瀝青混合料高溫粘彈性能的影響;最后,采用Burgers模型識別得到瀝青砂漿和混合料的粘彈性參數(shù),對粗細集料的綜合圓度、綜合棱角性和綜合腐蝕膨脹面積比與Burgers模型參數(shù)之間關(guān)系進行回歸分析,明確集料形態(tài)特征對瀝青混合料高溫粘彈性能的影響規(guī)律。4、利用Prony級數(shù)與Laplace變換方法實現(xiàn)了蠕變?nèi)崃颗c松弛模量之間的轉(zhuǎn)化,進而分析了集料形態(tài)特征對瀝青砂漿與瀝青混合料低溫松弛特性的影響規(guī)律。首先通過低溫小梁彎曲蠕變試驗得到瀝青砂漿與瀝青混合料的蠕變?nèi)崃侩S時間變化關(guān)系,利用Prony級數(shù)與Laplace變換方法將蠕變?nèi)崃哭D(zhuǎn)化為松弛模量;然后將松弛模量隨時間變化曲線進行對數(shù)變換,對變換后數(shù)據(jù)進行回歸分析并提出采用回歸直線斜率作為評價松弛模量變化率的指標,進一步分析集料形態(tài)特征指標與松弛模量變化率之間關(guān)系。另外,考慮到集料形態(tài)特征對瀝青混合料高溫蠕變特性和低溫松弛特性的影響具有相反的規(guī)律,運用單純形格子設計方法,以蠕變模型參數(shù)和松弛模量參數(shù)為響應,優(yōu)化得到兼顧瀝青混合料高溫和低溫粘彈性能的各組集料摻配比例,進一步計算得到優(yōu)化后形態(tài)特征指標。
[Abstract]:With the development of transportation infrastructure construction in our country , expressway mileage is increased year by year , and asphalt pavement is widely used in road construction with its excellent driving comfort and construction convenience . Based on the analysis of characteristic parameters of mineral resources , the physical and chemical properties of the filler and the properties of coarse aggregate are evaluated by means of SEM , specific surface area analyzer , X - ray diffraction instrument and laser particle size analyzer . In addition , using Prony series and Laplace transform method , the influence rule of asphalt mortar and asphalt mixture on high temperature viscoelasticity of asphalt mixture is analyzed .

【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U414

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本文編號：1405544