老化进程中沥青胶结料的流变特性演化行为研究文献综述

 2022-10-10 11:10

  1. 文献综述（或调研报告）：

传统上一般使用物理和化学指标来研究沥青的老化程度。物理指标包括针入度、软化点和延度等，但这类指标不能有效描述沥青结合料的黏弹性性质，而且无法很好地与沥青混合料的性能相联系，只能说是一种经验指标[1]。而化学指标则大多与沥青中的含氧官能团含量有关，例如用羰基、亚砜基团，以及沥青结合料的各种组分（饱和烃、芳香烃、树脂和沥青质）来确定沥青结合料的老化程度。化学指标有其科学性：一直以来，氧气都被认为是导致沥青老化的关键因素，亚砜（SO）和羰基（CO）的生成和积累则被认为是沥青老化过程中的两大主要化学反应[2]。短期老化中沥青的硬化主要取决于亚砜的生成速率，之后亚砜的含量会达到一个峰值，而羰基的生成则在沥青老化的过程中始终稳定，因此是沥青长期老化行为的决定因素[3]。物理和化学指标都忽视了时间对材料性质产生的影响，流变学则补上了这一短板。流变学是一门从应力、应变、时间、温度等方面研究物质流动和变形方面的科学，发展至今已有近100年的历史[4]。沥青作为一种粘弹性材料，其力学响应依赖于温度和荷载作用时间，适宜采用流变学的方法分析其应力应变随时间温度变化的响应。因此本研究采用流变学指标研究沥青的性质，并探究老化程度与流变学指标及常规指标的联系。

在SHRP计划中，采用旋转薄膜烘箱实验（Rolling Thin Film Oven test ,RTFOT,163℃，85分钟）可以有效模拟沥青胶结料施工期的老化，对RTFOT试验后的残留物采用压力老化试验（Pressure Aging Vessel ,PAV 100℃，20小时）老化实验可以模拟沥青使用5年期间的老化[5]。田小革等在此基础上进行了一系列实验，并发现PAV老化对沥青的各项指标有明显的影响，会使沥青针入度下降，软化点升高，延度降低，粘度降低，且随着老化时间的增长，各指标的变化越来越大[6-7]。因此，可认为RTFOT实验可以有效地模拟沥青短期老化状态，而RTFOT PAV实验的组合可以较为准确地模拟沥青长期老化状态。本研究据此将RTFOT实验作为短期老化方式，将RTFOT PAV实验组合作为长期老化方式。

多重应力蠕变恢复（Multiple Stress Creep Recovery, MSCR）试验是一种简便快速的改性沥青测试实验方法，能够在不同应力条件下测试改性沥青的粘弹特性，并区分不同沥青材料的粘性变形，以此区分改性沥青的质量。该实验选取0.1kPa和3.2kPa两个应力水平研究大部分改性沥青和基质沥青在线粘弹性范围内的响应[8]。魏定邦等采用MSCR实验，测定了SBS/橡胶改性沥青的弹性恢复率R和不可恢复蠕变柔量Jnr并评价了其流变学性能[9]。因此可以认为MSCR实验是测定沥青流变学性质的有效实验，并可以将实验中获得的弹性恢复率R和不可恢复蠕变柔量Jnr作为衡量沥青流变性能的部分指标。

线性振幅扫描（Linear Amplitude Sweep, LAS）实验是由Johnson等根据粘弹性的连续损伤理论（Viscoelastic Consistent Damage, VECD）模型发展的，通过该实验可以研究沥青结合料的疲劳损伤[3]。而弯曲梁流变仪（Bending Beam Rheometer, BBR）实验是由SHRP计划提出的评价沥青低温性能的实验方法,用劲度-时间曲线的斜率值m和直接拉伸破坏应变指标反映沥青的低温性能[10]。王立志等采用该方法，绘出了12种沥青样品的劲度主曲线，并比较了各个沥青样品的低温性能[11]。因此可以认为BBR实验能够有效地评价沥青的流变学性质，并可以将实验中获得的劲度-时间曲线的斜率值m和直接拉伸破坏应变指标作为衡量沥青流变性能的部分指标。

Zhang等对不同流变学指标下表征的沥青老化行为进行了细致的研究，并就不同指标得出的沥青老化敏感性顺序进行了分析和比较。通过比较不同指标对沥青的老化敏感性，可以发现其中的确存在着差异。但同时也发现，一些指标具有较好的相关性，可能存在一定程度上的换算关系[12]。因此可以认为流变学指标之间存在着一定的联系，并由此出发尝试寻找流变学指标之间的数量关系。运用相关性分析和单因素方差分析等手段，可以尝试建立一定范围内不同流变学指标之间的函数关系，并进行一定的数值拟合。

参考文献：

  1. 范维玉,辛雪,梁明,姚艳,董夫强,南国枝.改性沥青的流变性和储存稳定性研究[J].中国石油大学学报(自然科学版),2015,39(04):165-170.
  2. 钱国平,曾淑慧,Fabricio Leiva-Villacorta.老化对沥青组分流变性、热力学性质及化学性质的影响[J].中外公路,2016,36(05):270-275
  3. 王超. 沥青结合料路用性能的流变学研究[D].北京工业大学,2015.
  4. 刘聪慧.基于流变性的沥青胶浆老化性能研究[J].山西交通科技,2011(01):25-26 29.
  5. 田小革,郑健龙,张起森.老化对沥青结合料粘弹性的影响[J].交通运输工程学报,2004(01):3-6
  6. 田小革, 郑建龙, 张起森. 老化对沥青胶结料常规性能的影响[J]. 石油沥青, 2004, 18(2):11-15.
  7. 田小革,郑健龙,张起森.老化对沥青结合料高温性能的影响[J].公路,2004(01):110-112
  8. 郭怀存.多重应力蠕变恢复试验(MSCR)测定橡胶-SBS复合改性沥青性能[J].中国建材科技,2018,27(01):29-31
  9. 魏定邦. 多重应力蠕变恢复试验(MSCR)测定橡胶/SBS复合改性沥青性能[A]. .中国西部地区公路学会2012年公路科技论文集[C].:中国公路学会,2012:6.
  10. 孙辉宇.沥青弯曲蠕变劲度试验介绍[J].黑龙江交通科技,2018,41(06):18 20.
  11. 王立志,魏建明,张玉贞.用弯曲梁流变仪评价道路沥青的低温性能[J].中国石油大学学报(自然科学版),2009,33(01):150-153.
  12. Zhang H, Chen Z, Xu G, et al. Evaluation of aging behaviors of asphalt binders through different rheological indices[J]. Fuel, 2018, 221:78-88.

资料编号：[195428]

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