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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


返回列表 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)量分數(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.

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 多個指標體系，有些指標在方案 A 表現(xiàn)性能指標較 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.進行多指標評價時，存在指標權(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 標的老化速率影響因子及老化程度指標的權(quán)重，以 灰色關(guān)聯(lián)度作為評判準則，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%.