长安大学傅珍团队研究成果:基于黏弹性理论的沥青混合料老化性能评价
引言
沥青混合料作为道路建设的主要材料,其性能直接影响道路的使用寿命和服务质量。然而,在热氧、紫外线等多种因素作用下,沥青混合料易发生老化,导致其路用性能显著下降。本文基于黏弹性理论,通过动态模量试验、间接拉伸蠕变试验和裂缝扩展试验,系统分析热氧老化对沥青混合料黏弹性与温度-频率关系的影响,旨在为预防沥青路面热氧老化和提高路面耐久性提供理论依据。文章基于长安大学傅珍教授团队研究成果及国家重点研发项目资助。
1、研究背景 沥青路面老化的普遍性:沥青路面在长期使用过程中,受热氧、紫外线等多种因素影响,易发生老化,导致路面出现车辙、裂缝等病害,严重影响道路的使用寿命和服务质量。 黏弹性理论的应用:黏弹性理论在沥青混合料性能研究中具有重要地位,通过动态模量、相位角等参数可以准确描述沥青混合料在不同温度和频率下的力学响应。然而,现有研究多聚焦于单一老化因素,对多因素耦合老化的研究相对较少。 热氧老化的影响:热氧老化是沥青混合料老化的主要形式之一,会导致沥青混合料变硬变脆,抗变形能力下降。深入研究热氧老化对沥青混合料黏弹性的影响,对提升道路耐久性具有重要意义。 2、创新亮点 (1)多因素耦合老化研究 本文不仅研究了热氧老化对沥青混合料的影响,还提出了未来可设置紫外老化、水老化等多因素耦合老化的研究思路,更全面地模拟实际工程中的老化环境。 (2)系统性能评价 通过动态模量试验、间接拉伸蠕变试验和裂缝扩展试验,系统分析了热氧老化后沥青混合料的黏弹性与温度-频率关系,全面评价了其抗变形能力和抗开裂性能。 (3)主曲线分析方法 利用主曲线分析方法,将不同温度和频率下的动态模量和相位角数据转化为基准温度下的主曲线,更直观地展示了沥青混合料黏弹性的变化规律。 (4)实际工程指导意义 研究结果对预防沥青路面热氧老化和提高路面耐久性具有直接指导意义,为道路工程实践提供了科学依据。 3、图文展示 图1 不同老化程度下70#沥青混合料动态压缩模量:(a)未老化;(b)短期老化;(c)长期老化 Fig.1 Dynamic compressive modulus of 70# asphalt mixture under different degrees of aging: (a) unaged; (b) short-term aged; (c) long-term aged 图5 50℃沥青混合料的车辙因子结果 Fig.5 Rutting factor of asphalt mixture at 50 ℃ 图6 20 ℃下各沥青混合料的疲劳因子 Fig.6 Fatigue factor of asphalt mixtures at 20 ℃ 图7 沥青混合料动态模量主曲线:(a)70#;(b)90# Fig.7 Main curve of dynamic modulus of asphalt mixture: (a)70#; (b)90# 图8 沥青混合料相位角主曲线:(a)70#;(b)90# Fig.8 Main curve of phase angle of asphalt mixture: (a)70#; (b)90# 图10 70#沥青混合料蠕变柔量主曲线 Fig.10 Main curve of creep compliance of 70# asphalt mixture 4、结论 (1)动态模量与相位角变化:随老化程度加深,沥青混合料动态模量显著增加,相位角在中低温下明显降低,表明老化后混合料刚度增大,抗变形能力减弱。这一变化在中高温和长期老化条件下尤为显著。 (2)抗车辙与抗疲劳性能:老化后沥青混合料的车辙因子增大,表明其高温抗车辙能力提高;但疲劳因子也增大,说明其低温抗疲劳性能下降。70#沥青混合料在高温下的稳定性优于90#,而90#在低温下的抗变形能力更强。 (3)蠕变柔量与低温性能:短期老化对沥青混合料蠕变柔量影响不大,但长期老化显著降低了其低温蠕变性能。90#沥青混合料在低温下的蠕变柔量更大,表现出更好的低温抗裂性能。 (4)裂缝扩展与抗裂性能:长期老化后,沥青混合料的断裂能和断裂功显著减小,抗裂性能严重受损。90#沥青混合料在老化后的抗裂性能和柔性优于70#,表现出更好的耐久性。 (5)未来研究方向:本研究分析了热氧老化对沥青混合料的影响,但多因素耦合老化机制尚不明晰。未来研究可进一步探讨紫外老化、水老化等因素与热氧老化的耦合作用,为道路工程实践提供更全面的理论支持。 引用本文 文章发表于《功能材料》2025年第56卷第11期,欢迎引用本文: 傅珍,郭倩,代佳胜,等.基于黏弹性理论的沥青混合料老化性能评价[J].功能材料,2025,56(11):11001-11009. FU Z,GUO Q, DAI J S,et al.Evaluation of aging performance of asphalt mixtures based on viscoelastic theory[J].Journal of functional materials,2025,56(11):11001-11009.