层状硅酸盐纳米改性沥青及其混合料动态力学性能研究

论文摘要

随着我国公路建设的飞速发展,内蒙、西藏、青海等西部地区广泛采用了具有优良路用性能和舒适行车性能的沥青路面。西部地区紫外光辐射强烈、日照时间长、昼夜温差大,使得沥青路面更易因老化而产生疲劳破坏。本文结合交通部西部交通建设科技项目“层状硅酸盐改性沥青及其混合料路用性能研究与应用”,在分析研究现有的聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法及效果的基础上,提出采用层状硅酸盐无机材料进行沥青改性,并对改性沥青及其混合料的动态力学性能进行了系统研究。采用熔融插层方法,制备了具有插层结构的有机化蒙脱土纳米改性沥青,并对其路用性能进行了研究。结果表明,有机蒙脱土片层分散在沥青中起到阻隔的作用,阻碍了沥青分子链的热运动,显著改善沥青的温度敏感性、耐老化性能及抗疲劳性能；有机蒙脱土对沥青胶浆的疲劳性能的改善作用在高应力时比低应力更加明显。采用单轴压缩、四点弯曲、间接拉伸、直接拉伸实验,对有机蒙脱土改性沥青混凝土动态力学性能进行系统研究,建立了相应的疲劳方程。结果表明,有机化蒙脱土纳米改性沥青显著改善了沥青混凝土的抗压强度、抗弯曲疲劳特性与动、静态回弹模量,低温和常温下四点弯曲疲劳性能与直接拉伸强度和破坏拉伸应变等动态力学性能。沥青混凝土的累积耗散能与疲劳寿命成正比,低温时在消耗相同能量时的疲劳寿命比常温时高。不同的疲劳评价方法可以从不同角度反映沥青混凝土的疲劳寿命。对于同种沥青混凝土,四点弯曲疲劳实验所得的疲劳寿命最高,直接拉伸疲劳实验次之,间接拉伸疲劳寿命最短。上述研究工作对于提高沥青材料的环境适应性、解决寒冷地区沥青路面的动态疲劳破坏,具有重要的理论意义和实际应用价值。论文所取得的研究成果为层状硅酸盐纳米改性沥青路面的设计提供了技术支持和理论依据,对于促进交通材料的发展、推动我国公路建设有重要意义

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 层状硅酸盐纳米改性沥青材料
• 1.2.2 沥青混凝土动态力学性能
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 原材料与实验方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 沥青
• 2.1.2 集料
• 2.1.3 层状硅酸盐材料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 材料的制备及成型方法
• 2.3.1 有机化粘土的制备
• 2.3.2 层状硅酸盐纳米改性沥青的制备
• 2.3.3 层状硅酸盐纳米改性沥青混合料的制备
• 2.3.4 成型方法
• 2.4 老化实验方法
• 2.4.1 沥青的老化
• 2.4.2 沥青混合料的老化
• 2.5 动态实验方法
• 2.5.1 单轴压缩实验
• 2.5.2 疲劳实验
• 第3章 层状硅酸盐纳米改性沥青路用性能研究
• 3.1 实验条件的确定
• 3.2 有机蒙脱土对沥青物理性能的影响
• 3.3 有机蒙脱土对沥青抗老化性能的影响
• 3.3.1 有机蒙脱土纳米改性对沥青软化点的影响
• 3.3.2 有机蒙脱土纳米改性对沥青针入度的影响
• 3.3.3 有机蒙脱土纳米改性对沥青延度的影响
• 3.4 有机蒙脱土对沥青疲劳性能的影响
• 3.4.1 疲劳实验方法
• 3.4.2 结果分析
• 3.5 层状硅酸盐改性沥青的插层和剥离机理
• 3.6 本章小结
• 第4章 OMMT改性沥青混合料单轴压缩疲劳特性
• 4.1 试样的制备
• 4.2 实验参数
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 抗压强度
• 4.3.2 抗压回弹模量
• 4.4 本章小结
• 第5章 OMMT改性沥青混合料四点弯曲疲劳特性
• 5.1 实验概述
• 5.2 实验方案
• 5.2.1 试件制备
• 5.2.2 实验参数
• 5.3 实验结果分析
• 5.3.1 弯曲劲度模量
• 5.3.2 基于现象学法疲劳特性分析
• 5.3.3 基于耗散能理论疲劳特性分析
• 5.4 本章小节
• 第6章 OMMT改性沥青混合料间接拉伸疲劳特性
• 6.1 实验概述
• 6.2 实验方案
• 6.2.1 试件制备
• 6.2.2 实验参数
• 6.3 实验结果分析
• 6.3.1 初始回弹模量
• 6.3.2 疲劳变形分析
• 6.3.3 疲劳寿命分析
• 6.3.4 老化后实验分析
• 6.4 本章小节
• 第7章 OMMT改性沥青混合料直接拉伸疲劳特性
• 7.1 实验概述
• 7.2 实验方案
• 7.2.1 试件制备
• 7.2.2 实验参数
• 7.3 实验结果分析
• 7.3.1 直接拉伸强度
• 7.3.2 疲劳形变
• 7.3.3 初始拉伸模量
• 7.3.4 疲劳寿命分析
• 7.4 疲劳实验结果汇总
• 7.5 本章小节
• 第8章 结论及展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 博士期间发表论文及参与的科研项目
• 致谢