热力耦合作用下浇注式沥青混凝土三轴蠕变特性研究

为了深入研究浇注式沥青混凝土沥青混合料在温度、应力耦合作用下的三轴蠕变特性,采用MTS815试验机开展了不同温度、不同应力水平和不同围压条件下的三轴蠕变试验,获取了相应的蠕变曲线,并将改进的Burgers模型推广到三维形式,用来描述浇注式沥青混凝土的蠕变本构关系。研究结果表明：浇注式沥青混凝土蠕变曲线的第一阶段不明显,这反映出其内部空隙率较低;蠕变变形值随温度升高和偏应力水平增大而明显增大,这反映出高温重载共同作用是浇注式沥青混凝土路面出现车辙的决定性因素;蠕变变形随围压增大略有减小,围压对蠕变变形有抑制作用,三轴蠕变试验获得的蠕变规律较之单轴蠕变试验更能反映实际受力过程中的变形规律,三维的改进Burgers模型能够准确反映热力耦合作用下浇注式沥青混凝土的蠕变特性。     

不同旧料掺量下温拌再生沥青混合料的耐久性

采用水损坏敏感试验、冻融试验、半圆弯曲试验探讨了不同旧料掺量对温拌再生沥青混合料性能的影响。结果显示，增加旧料掺量，各混合料的动态模量比增加，弹性模量受水的影响比较小，但会降低再生沥青混合料的抗裂性能，脆化性增强，当旧料掺量达到一定量后，其对混合料的抗裂性影响减小。相同条件下，增大旧料掺量，混合料的动态模量随之增加，其脆性、刚性化现象更突出；升高温度后，温拌再生沥青混合料的动态模式呈黏弹性，相同旧料掺量下，热拌再生沥青混合料的抗裂及抗形变性能较温拌再生沥青混合料的高。     

钢渣沥青混合料水热敏感性研究

选用水热敏感性实验模拟高温动水冲刷环境,评价了钢渣沥青混合料的水热敏感性。通过动态模量实验、三轴重复荷载蠕变实验、间接拉伸疲劳实验研究了高温动压水冲刷作用对钢渣沥青混合料的力学性能、蠕变性能和疲劳性能的影响。构建了高温动水冲刷作用前后3种钢渣沥青混合料的动态模量主曲线、永久变形粘弹性力学模型和应力疲劳方程。结果表明,高温动水冲刷作用后,钢渣沥青混合料的动态模量、疲劳寿命下降,永久变形增大。钢渣沥青混合料的动态模量主曲线、永久变形粘弹性力学模型和应力疲劳方程拟合效果良好。     

基于流变学的浓缩胶乳改性沥青的黏弹特性

基于流变学理论研究了低氨浓缩天然胶乳（CNR）改性沥青的黏弹特性，使用动态剪切流变仪对不同CNR添加量的浓缩胶乳改性沥青进行温度扫描试验，从复数剪切模量（G*）、相位角（δ）、复数黏度（η*）及主曲线方面分析了温度及CNR添加量等因素对CNR改性沥青黏弹特性的影响。结果表明，随着温度的升高，CNR改性沥青弹性部分所占比例减小，而黏性部分所占比例增大；增加CNR的添加量可以提高CNR改性沥青的G*和η*，使δ明显降低，同时可以降低其温度敏感性，提高弹性、高温性能和抵抗剪切变形的能力。通过对比主曲线拟合参数参考温度的交叉频率和流变指数，进一步证明增加CNR的添加量可改善CNR改性沥青的黏弹特性，添加量越大，改善程度越高。此外，增加CNR的添加量使得CNR改性沥青从弹性到稳态流动的过程更加平缓，从而确保CNR改性沥青在中等加载时间和温度作用下不易发生脆性破坏。     

不同制备方法的橡胶沥青黏度特性对比分析

为了明确制备方法和工艺条件对橡胶沥青黏度特性的影响,在不同制备温度、制备时间、胶粉粒径及胶粉掺量条件下,采用高速剪切和机械搅拌两种方式制备橡胶沥青,对比分析了两种制备体系橡胶沥青黏度变化规律及黏度构成差异。采用Arrhenius方程计算了两种体系橡胶沥青的黏流活化能(E_η),探究了其黏流特性的差异及温度敏感性。结果表明:两种制备体系的橡胶沥青黏度随制备温度、制备时间的增加及胶粉粒径的减小先增大后减小,在135 ℃、150 ℃以及165 ℃测试条件下,剪切橡胶沥青的黏度大于搅拌体系,而在180 ℃条件下呈现出相反规律;随胶粉掺量的增加,二者的黏度不断增大,且搅拌体系的黏度始终大于剪切体系。剪切体系的E_η大于搅拌体系,表明剪切体系橡胶沥青的黏度主要源于胶粉和沥青的交互作用,温度敏感性更强,而搅拌橡胶沥青的黏度主要来自胶粉的位阻效应,自身稳定性更好。     

不同类型高模量沥青混合料抗剪性能研究

为了研究不同类型高模量沥青混合料抗剪性能,利用Superpave剪切试验机并按恒高度频率扫描试验(FSCH)方法测得了EME2沥青混合料和AC-20沥青混合料的复数剪切模量及相位角,根据时间-温度等效原理,利用非线性最小二乘法拟合得到了参考温度下的复数剪切模量主曲线,预测了两种高模量沥青混合料的高低温性能。通过恒高度重复剪切试验(RSCH)得到了两种高模量沥青混合料的加载末应变和剪切斜率。FSCH结果表明,两种沥青混合料的复数剪切模量均随温度的升高而降低,随荷载频率增加而增加,AC-20沥青混合料的高温抗剪性能优于EME2沥青混合料,EME2沥青混合料的常温抗变形能力优于AC-20沥青混合料;RSCH结果表明,在60 ℃条件下,AC-20沥青混合料的抗剪性能优于EME2沥青混合料。     

不同温度下杜仲胶/天然橡胶共混硫化胶的拉伸性能及应力松弛

将杜仲胶(EUG)与天然橡胶(NR)进行共混硫化,考察了不同EUG含量以及温度对硫化胶的拉伸性能和应力松弛的影响。结果表明,室温下EUG质量分数超过20%会形成结晶,随EUG质量分数逐渐增加到50%,硫化胶的断裂伸长率和拉伸强度均有不同程度下降;随温度升高,EUG晶区熔融,硫化胶抵抗形变能力降低,形变能力增强。在较高温度下,随EUG含量增加,硫化胶应力松弛的初始模量以及松弛到平衡值时的模量增大;随温度升高,应力松弛的初始模量以及松弛到平衡值时的模量减小。应用分数阶导数Kelvin模型对应力松弛曲线进行拟合,发现随温度升高,硫化胶体系中弹性部分减少而黏性部分增加,松弛时间缩短。     

水泥乳化沥青砂浆的静态热机械性能及拟合模型

为了获得水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的静态热机械性能,采用德国GABO公司生产的动态热力学谱仪EPLEXOR500 N系统研究了CA砂浆在–40~60℃的温度范围内和0.1 MPa的恒定荷载下变形随温度的发展规律。结果表明:CA砂浆的变形随着温度的升高逐渐增大,整体变形可分为减速变形阶段和变形速率相对稳定的第1、第2匀速变形阶段;当温度相同时,CA砂浆的变形随着沥青和水分含量的增大而增大;当沥青/水泥比由0.3增加到0.9和水/水泥比由0.63增加到0.83时,由减速变形阶段进入第1匀速变形阶段的转变温度T1分别由–30.1℃升高到–27.2℃和由–31.3℃升高到–21.7℃;当沥青/水泥比由0.3增加到0.9,由第1匀速变形阶段进入第2匀速变形阶段的转变温度T2由33.3℃降低到15.6℃,当水/水泥比由0.63增加到0.83时,T2由15.6℃升高到17.9℃。建立了CA砂浆的静态热机械模型,模型拟合结果与试验结果的相关系数均大于0.97,能够有效体现转变温度T2随沥青和水分含量的变化规律。模型参数较少,可为CA砂浆变形性能的温度依赖性提供有效预测。     

重油和煤沥青制备煤沥青油浆的过程研究

将自制的煤沥青粉添加到重油中制得浆体燃料煤沥青油浆,对成浆性和流变性的影响规律进行了研究.结果表明,在相同温度下,煤沥青油浆的表观黏度随煤沥青粉添加量的增加而增大,剪切速率相同时黏度随温度的升高而减小.添加不同质量分数制得的煤沥青油浆在同一剪切速率下的黏度随温度的升高而减小,且随温度的升高黏度减小趋势逐渐变小,当煤沥青粉添加量≤12%时,煤沥青粉添加量对煤沥青油浆的流变性影响较小.随着煤沥青粉添加量的增加,煤沥青油浆的低位发热量稍有下降,但降低幅度较小.     

热空气老化下黏弹性阻尼硅橡胶寿命预测模型

以压缩永久变形为寿命分析研究对象,研究了常用工况下老化时间对黏弹性阻尼硅橡胶的储能模量、损耗模量及损耗因子的影响,同时采用热空气加速老化试验方法探究了黏弹性阻尼硅橡胶在不同温度（348,363,378,393 K）下压缩永久变形性能保持系数随老化时间的变化规律,并通过对两种老化动力学模型进行研究分析和修正获得了黏弹性阻尼硅橡胶的老化反应速率,此外,还对不同老化动力学模型下老化反应速率对Arrhenius模型的非线性行为进行了分段研究,推测了黏弹性阻尼硅橡胶的储存寿命。结果表明,在室温（298 K）下两种老化动力学模型在储存寿命为10.0 a时的压缩永久变形性能保持系数均为0.60;当选择压缩永久变形性能保持系数为0.50作为失效判据时,黏弹性阻尼硅橡胶的储存寿命分别为20.0 a和19.2 a,使用两种模型所得黏弹性阻尼硅橡胶的储存寿命误差仅为4%。     

PLA/磷酸三钙复合材料的力学性能和流变性能研究

采用共混的方法制备了聚乳酸/磷酸三钙(PLA/TCP)复合材料,研究了TCP用量对PLA/TCP复合材料力学性能和流变性能的影响。结果表明:随着TCP用量的增加,PLA/TCP复合材料的断裂强度和断裂伸长率均先增加后减小;PLA/TCP复合材料的表观黏度(η_a)随着剪切速率的增加和温度的升高逐渐减小,η_a随着TCP用量的增加先增大后减小;共混体系的非牛顿指数(n)随着温度的升高而升高,n随着TCP用量的增加先增大后减小;复合材料熔体的黏流活化能(ΔE_η)随剪切速率的增加而降低,ΔE_η随着TCP用量的增加而先减小后增大。     

PEO/PET二元共混体系熔体流变性能研究

聚合物共混体系的流变行为一直是高分子物理研究的热点。首先利用熔融共混法制备了聚氧乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PEO/PET)二元共混体系,而后对其熔体流变行为进行了系统的研究。结果表明:共混体系熔体非牛顿指数(n)随温度的升高而升高,n随着PEO含量的增加而下降;熔体黏流活化能(ΔEη)随剪切速率的增大而降低,但ΔEη的变化趋势有所降低;另外,ΔEη的大小还随着PEO含量的增加而减小,即其共混体系温敏性随着抗静电剂含量的增大而下降;在PEO含量小于8%时,物性常数A值几乎相同,当含量大于8%时,A值迅速增大。     

棉浆粕/NMMO·H_2O溶液的流变性能研究

以N-甲基吗啉-N-氧化物的水溶液(NMMO·H_2O)为溶剂溶解棉浆粕制成棉浆粕/NMMO·H_2O溶液,研究了棉浆粕质量分数为4%~8%的棉浆粕/NMMO·H_2O溶液在85~100℃的流变性能。结果表明:在低剪切速率(γ)下,棉浆粕/NMMO·H_2O溶液的表观黏度(ηa)随温度上升而下降,一定温度时γ达到一定值后,ηa出现转折点呈急速下降趋势,且随着温度的升高,ηa出现转折点的γ增大;棉浆粕/NMMO·H_2O溶液体系为切力变稀的假塑性流体,一定γ下,棉浆粕浓度越高,体系黏度越大,但γ达到一定值后,体系黏度出现转折点呈急剧下降趋势,且随着浓度的增大,ηa出现转折点的γ减小;溶液体系在85~100℃内,其非牛顿指数小于1,且随温度升高而减小,随着棉浆粕浓度的增加,溶液体系的黏流活化能减小,溶液体系的黏-温敏感性减小。     

透水聚酯纤维沥青混合料动力学特性研究

聚酯纤维透水沥青混合料是国内透水沥青路面材料的主要研究方向。目前相关研究主要集中在聚酯纤维透水沥青混合料静态、准静态条件下的力学性能研究,缺少冲击、撞击作用下的动态性能分析。该研究通过SHPB试验系统,成型试件后开展冲击压缩试验与劈裂试验,分析了混合料的动力学特性及规律。结果表明：（1）混合料存在明显的冲击抗压强度应变率效应,属于应变率敏感性材料,冲击抗压强度随应变率增大而提高;冲击压缩应力-应变曲线分为弹性变形、塑性变形、破坏三个阶段。（2）冲击劈裂强度随着冲击气压的增大而增大;（3）聚酯纤维的掺入可以显著提升透水沥青混合料的动力学特性,最佳掺量为0.4%,过量掺入会导致混合料抗劈裂强度下降;（4）集料断裂是聚酯纤维透水沥青混合料动态破坏的重要原因。     

基于黏弹性热流固耦合作用的模内微装配成型过程数值模拟

模内微装配成型技术有望成为高效低成本产业化聚合物微小机械系统制造技术,而如何准确预测和精确控制热流固耦合变形仍是其工业化的技术瓶颈。为此研究建立了考虑二次黏弹性熔体充填流动边界约束作用的模内微装配成型黏弹性热流固耦合变形的理论预测模型,研究表明热流固耦合变形受控于微装配面所承受的热流固耦合压力、黏弹性支撑正应力、黏性摩擦拖曳剪切应力和微型轴的抗变形刚度,且随成型熔体注射速度提高而减小,而微型轴近表面局部跨越393 K区域的PMMA刚度急剧下降是导致微型轴热流固耦合变形随熔体注射速度增加而减小的主控因素。     

基于黏弹性热流固耦合作用的模内微装配成型过程数值模拟

模内微装配成型技术有望成为高效低成本产业化聚合物微小机械系统制造技术,而如何准确预测和精确控制热流固耦合变形仍是其工业化的技术瓶颈。为此研究建立了考虑二次黏弹性熔体充填流动边界约束作用的模内微装配成型黏弹性热流固耦合变形的理论预测模型,研究表明热流固耦合变形受控于微装配面所承受的热流固耦合压力、黏弹性支撑正应力、黏性摩擦拖曳剪切应力和微型轴的抗变形刚度,且随成型熔体注射速度提高而减小,而微型轴近表面局部跨越393 K区域的PMMA刚度急剧下降是导致微型轴热流固耦合变形随熔体注射速度增加而减小的主控因素。     

玄武岩纤维掺量对大空隙沥青混合料动态模量及相位角的影响

为了研究温度、频率、玄武岩纤维掺量对大空隙沥青混合料动态模量和相位角的影响,采用单轴压缩动态模量实验研究玄武岩纤维掺量分别为0％、0.1％、0.3％的大空隙沥青混合料在5种温度及6种频率下的动态模量值及相位角.结果 表明,大空隙沥青混合料的动态模量值随温度升高而降低,随荷载频率增加而增加.大空隙沥青混合料相位角在每个频率下都随温度的增加先增大后减小.在高温条件下,随着荷载频率的增加,相位角也随之变大;温度低于35℃时,随着荷载频率的增加,相位角随之减小.相比未掺加玄武岩纤维的大空隙沥青混合料,纤维掺量为0.1％、0.3％时,在低温(-10℃)下,其动态模量值更小,相位角更大,具有更好的低温抗裂性能;在高温(50℃)时,动态模量值更大,相位角更小,具有更好的高温稳定性.特别是纤维掺量为0.3％时,低温抗裂性和高温稳定性更好.结合时温等效原理,通过Origin软件,采用西格摩得模型对实验结果进行非线性拟合,拟合结果表明掺加0.3％玄武岩纤维可以更好地提高大空隙沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性,为路面结构设计提供有价值的参考依据.     

AC-13级配钢渣沥青混合料粘弹塑本构模型研究

为了研究钢渣沥青混合料非线性粘弹塑性变形特性,提出Schapery模型与改进Swchartz模型组合的积分型粘弹塑本构模型。采用钢渣替换AC-13级配中粒径2.36 mm以上的石灰石粗骨料,制作得到钢渣沥青混合料试件。设计并开展一系列的单轴压缩蠕变实验,通过应力递增蠕变回复实验,获得不同应力条件下材料的弹性、粘弹性应变和粘塑性应变,进而拟合确定本构模型参数。利用0.4 MPa、1.0 MPa下的蠕变回复实验验证模型有效性。结果表明,模型不仅能准确刻画钢渣沥青混合料蠕变过程中的弹性、粘弹性与粘塑性变形,还可用于预测不同应力水平下钢渣沥青混合料蠕变变形规律。     

沥青对水泥沥青砂浆力学性能的影响

采用微机控制电子万能试验机对水泥沥青砂浆(CA砂浆)进行了应力--应变压缩试验,分析了试验过程中CA砂浆的弹性能和耗散能随沥青含量的变化规律。结果表明:随着沥青含量的增加,CA砂浆的强度逐渐降低,脆性逐渐减弱,象征强度弱化区域的有机物--无机物界面的增多是强度降低的主要原因,沥青含量的增加使CA砂浆内释放的弹性能只有小部分用于缺陷的扩展,加之沥青网络结构的横向约束作用导致脆性逐渐减弱。外力功随应变的增加逐渐增大,随沥青含量的增加逐渐减小;弹性能开始向耗散能转化发生在屈服变形阶段,峰值应力后,弹性能向耗散能的转化速率加快,能量迅速释放。能量释放系数随应变的增加逐渐增大,能量释放加快;能量释放系数随沥青含量的增加逐渐增大,表明CA砂浆的阻尼性能提高,减振作用增强。     

HMB高模量天然改性沥青混合料动态模量研究

为探究高模量天然改性沥青混合料的动态模量及其主曲线的变化规律,以高模量天然沥青(HMB)为沥青胶结料,制备EME20、AC20两种不同级配的沥青混合料,使用SPT简单性能仪,在不同温度和频率下对两种不同级配沥青混合料的动态模量进行检测,分析了温度和频率对沥青混合料动态模量的影响;基于时温等效原理,通过非线性最小二乘法拟合得到高模量沥青混合料的主曲线方程。结果表明：在同一温度下,沥青混合料动态模量随荷载频率的增加而提高,在同一频率下,沥青混合料的动态模量随着温度的升高而降低;通过试验测得两种不同级配沥青混合料的动态模量,再应用所得动态模量数据拟合出动态模量主曲线,算出不同温度下的移位因子,得出的动态模量主曲线方程,对其不同温度下的动态模量进行分析,预测分析出EME-20级配沥青混合料的高低温性能要优于AC-20级配沥青混合料。