耦合作用下高粘瀝青老化性能的非線性預(yù)測

導(dǎo)讀:為解決高粘瀝青熱氧老化預(yù)估研究不足的問題，選用遼河 90#瀝青，上海昌吉型高粘改性劑制備高粘改性瀝青.采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱對高粘改性瀝青進行短期老化，測試不同高粘改性劑摻量

來源：未知發(fā)布日期：2019-09-24 17:37【大中小】

引言

高粘瀝青是大空隙開級配排水瀝青磨耗層（OGFC）中的關(guān)鍵材料，提高了瀝青與集料之間的粘聚力并改善了瀝青的高溫和感溫性能，其性能指標(biāo)的好壞直接決定 OGFC 的使用性能.混合料在拌合、運輸和攤鋪過程中，瀝青會發(fā)生不同程度的熱氧老化，高溫下的熱氧老化在瀝青老化中占有較大的比例[1].1995 年，Norman W.Garrick 認(rèn)為，瀝青氧化過程取決于瀝青和氧氣分子的相遇幾率，采用非線性微分方程描述： 0 ( ) ( ) / ( 1)e ]n x t Lx L − = +− .鄭南翔認(rèn)為，瀝青的老化過程主要是由兩個官能團的接觸機會決定的.根據(jù)這個假設(shè)，可以認(rèn)為瀝青在老化開始時刻的性能的改變率是最大的，隨著老化的進行，官能團之間的接觸程度越來越高，最終老化速率趨于零.國內(nèi)外研究人員對瀝青的老化行為進行大量的研究，但往往只是基于不同時間、不同溫度或不同溫度時間兩種因素耦合作用，但目前針對高粘改性瀝青（學(xué)者普遍認(rèn)為 60℃時瀝青的動力粘度在 20000 Pa⋅s 以上的瀝青）在短期老化過程中不同時刻、不同摻量的老化方程的研究還處于空白.本文利用上海昌吉旋轉(zhuǎn)粘度計高粘瀝青進行老化試驗，對老化性能指標(biāo)進行預(yù)測展開研究分析.

1 試驗材料

1.1 試驗設(shè)計
本文采用上海昌吉旋轉(zhuǎn)粘度計，監(jiān)測改性劑摻入基質(zhì)瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以下簡稱摻量）為 0、4%、8%、12%、 15%.基質(zhì)瀝青的技術(shù)性能指標(biāo)見表 1.按照《公路瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ 052-2011）規(guī)定：利用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱對其進行老化試驗（RTFOT）， RTFOT 的加熱溫度及時間規(guī)定為 163 ℃和 5 h. 本文選擇 40 min、85 min、120 min、180 min、 270 min、360 min，5 個作用時間作為老化時間，測試不同老化時間下的各摻量高粘瀝青三大指標(biāo).

1.2 試驗結(jié)果
按照上述試驗方案對高粘瀝青進行老化后三大指標(biāo)試驗.當(dāng)改性劑摻量為 0 時，5℃延度值由于人為操作誤差較大且數(shù)據(jù)離散性較高，不予采用. 不同老化時間、改性劑摻量下的老化性能指標(biāo)及增量。

2 高粘瀝青老化方程

2.1 基質(zhì)瀝青老化速率方程
目前對于瀝青老化后性能指標(biāo)的預(yù)測還局限于時間，溫度這兩個因素的研究，但是針對高粘瀝青在不同時間、摻量兩種因素耦合下老化的程度，瀝青性能指標(biāo)的預(yù)測還處于空白.

2.2 高粘瀝青老化方程
通過式可以看出，基質(zhì)瀝青在不同時間下的老化速率呈現(xiàn)二次方程圖形. 分析出隨著改性劑摻量的增加，不同摻量下高粘瀝青老化速率與基質(zhì)瀝青老化速率成一定非線性規(guī)律.所以將基質(zhì)瀝青老化速率引入影響因子 k ，具體高粘老化速率方程見式.通過影響因子 k 可以看出與基質(zhì)瀝青相比，不同摻量下高粘瀝青的老化速率.

3 高粘瀝青抗老化性能的對比評價

通過對 L ，k 含義的理解可知，LP 和 LDu 越大越好；KP ，LSp ，KSp ，和 KDu 越小越好.面對這種多個指標(biāo)體系，有些指標(biāo)在方案 A 表現(xiàn)性能指標(biāo)較好，在方案 B 卻表現(xiàn)性能不佳.對于上述問題的考慮，將多目標(biāo)決策分析模型引入到高粘改性摻量決策分析中來.進行多指標(biāo)評價時，存在指標(biāo)權(quán)重的分配問題. 在高粘瀝青老化過程中，總體趨勢是軟化點增大，針入度和延度降低，前者對于高溫性能有利，而后者對路面的低溫性能不利，因此對針入度和延度可賦予較高的重要數(shù)據(jù)的實際意義相吻合，說明所采用的的決策方法是有效的.

結(jié)論

（1）通過試驗結(jié)果建立高粘瀝青的短期老化預(yù)估模型，引入老化速率影響因子，將不同改性劑摻量融入于基質(zhì)瀝青老化規(guī)律中，提出高粘瀝青老化規(guī)律，可以較為精準(zhǔn)的預(yù)測高粘瀝青在不同時間、摻量下的性能.
（2）通過高粘瀝青的動態(tài)老化預(yù)估模型，運用改性劑摻量為變量，解決了迭代計算時給出初始值賦值的問題.
（3）基于層次分析法來確定高粘瀝青三大指標(biāo)的老化速率影響因子及老化程度指標(biāo)的權(quán)重，以灰色關(guān)聯(lián)度作為評判準(zhǔn)則，對比分析不同改性劑摻量下高粘瀝青的抗老化性能并推薦高粘改性劑摻量為 12%.

下一篇：不同熱－氧－水老化條件對Evotherm溫拌橡膠瀝青性上一篇：硫酸鈣晶須質(zhì)量分?jǐn)?shù)與瀝青性能的灰關(guān)聯(lián)分析

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