上海昌吉不同瀝青材料微觀結(jié)構(gòu)與自愈合特性研
導讀:A-70# 道路石油瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠改性瀝青 3 種不同類型的瀝青材料，采用熒光顯微鏡進行微觀結(jié)構(gòu)分析，采用 DSR 動態(tài)剪切流變儀進行自愈合性能測試及評價。
來源：未知
發(fā)布日期：2019-10-30 15:05【大 中 小】
前 言
大量研究表明，在外界溫-濕-荷載等多場耦合因素作用下，瀝青材料會逐漸產(chǎn)生微觀損傷，造成分子結(jié)構(gòu)的裂變， 形成微觀裂紋，但由于瀝青材料屬于溫感性材料，在特定溫度條件下，瀝青材料的微觀結(jié)構(gòu)將會進行自修復，實現(xiàn)自愈合。
上海昌吉地質(zhì)儀器針對 A-70# 道路石油瀝青、SBS 改性瀝青、橡膠改性 瀝青等 3 種不同類型的瀝青材料，進行瀝青材料的微觀結(jié)構(gòu) 分析以及自愈合性能測試評價，建立不同瀝青材料自愈合能 力與損傷率的指數(shù)方程，從相轉(zhuǎn)變及自愈合能壘角度解釋不 同瀝青材料產(chǎn)生自愈合效應(yīng)的熱力學條件。
1 試 驗
1.1 原材料
（1）基質(zhì)瀝青：泰普克 A-70# 道路石油瀝青。
（2）SBS 改性瀝青：星形結(jié)構(gòu) SBS 改性劑，SBS 摻量為 5%，由苯乙烯組成的硬鏈段和丁二組成的軟鏈段共同構(gòu)成， SBS 大分子沒有交聯(lián)結(jié)構(gòu)，相對分子質(zhì)量一般為 10 萬~15 萬，因此 SBS 比較容易溶于基質(zhì)瀝青中。
（3）橡膠改性瀝青：膠粉目數(shù)為 20~40 目，摻量為 20%， 橡膠粉大分子結(jié)構(gòu)中存在交聯(lián)結(jié)構(gòu)，主要是—C—S—鍵和 —S—S—鍵，相對分子質(zhì)量一般為 30 萬～50 萬，個別可以高 達 100 萬，因此橡膠粉很難溶于基質(zhì)瀝青中，在高溫下橡膠粉 只是與瀝青發(fā)生溶脹作用。
結(jié)果與討論
2.1 瀝青材料微觀結(jié)構(gòu)分析
采用熒光顯微鏡對 SBS 改性瀝青及橡膠改性瀝青進行 微觀結(jié)構(gòu)分析，采用藍光照射，分別將熱 SBS 瀝青和熱橡膠 瀝青小心地滴在載玻片上，隨即在 50 ℃溫度下讓其自流平， 迅速放在熒光顯微鏡下觀察，隨后在 65 ℃下讓其自流平，再 次在熒光顯微鏡下觀察。
2.2 瀝青材料自愈合特性分析
2.2.1 自愈合評價指標比選 根據(jù)現(xiàn)有研究，瀝青材料目前的自愈合評價指標主 要有 HI1、HI2、HI3、HI4 四種分析可知，HI1、HI2、HI3 這 3 個指標考慮了間歇時間前 后動態(tài)剪切復數(shù)模量的相對變化量，反映了瀝青材料在間歇 后復數(shù)模量存在增值的情況，即在一定程度上表征了瀝青材 料的自愈合性能。進一步分析，瀝青材料的自愈合性能實 質(zhì)是與時間密切相關(guān)的，在加載時間內(nèi)，瀝青材料在應(yīng)力或應(yīng) 變作用下實則是在同時發(fā)生著損傷與自愈合的兩種過程，自 愈合能力強的材料相比之下?lián)p傷程度小，即剪切復數(shù)模量的 衰減速率小，反之則衰減速率大。HI4 所反映的自愈合評價指 標考慮了時間因素，更能反映瀝青材料的自愈合性能。因此本 文采用 HI4 計算公式作為瀝青材料自愈合性能的評價指標。
（1）從 31 ℃至 66 ℃，基質(zhì)瀝青從粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變至粘流態(tài)， 這個溫度區(qū)間為 35 ℃，整個過程焓變?yōu)?2.160 J/g，基質(zhì)瀝青 的自愈合能壘近似為 2.160 J/g。
（2）從 31 ℃至 64 ℃，SBS 改性瀝青從粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變至粘流 態(tài)，這個溫度區(qū)間為 33 ℃，整個過程焓變?yōu)?3.572 J/g，SBS 改 性瀝青的自愈合能壘近似為 3.572 J/g。
（3）從 32 ℃至 69 ℃，20%橡膠瀝青從粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變至粘流 態(tài)，該溫度區(qū)間為 37 ℃，整個過程的焓變?yōu)?4.017 J/g，橡膠瀝 青的自愈合能壘近似為 4.017 J/g。 可以得出，橡膠改性瀝青的自愈合能壘最大，SBS 改性瀝 青次之，A-70# 道路石油瀝青的最小。反映橡膠瀝青發(fā)生自愈 合效應(yīng)需要更高的溫度條件與熱量補給，這也與橡膠瀝青高 溫穩(wěn)定性較好的觀點是一致的。
3 結(jié) 論
（1）在溫度熱作用下，SBS 改性劑以及橡膠粉發(fā)生分子結(jié) 構(gòu)變化，隨著溫度升高，與基質(zhì)瀝青逐漸趨于相溶狀態(tài)。SBS 與 70# 基質(zhì)瀝青的相溶性優(yōu)于橡膠粉顆粒。
（2）由于 SBS 改性瀝青和橡膠改性瀝青中改性劑能夠改 善分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強分子抗變形能力，在熱作用下能更快地 發(fā)生彈性恢復，微損傷也會在間歇時間內(nèi)得到有效愈合，自愈 合能力優(yōu)于 A-70# 道路石油瀝青。
（3）瀝青材料自愈合性能與損傷度成反比，損傷度越大， 材料的可恢復性越小，自愈合性能越不顯著。通過自愈合指 數(shù)方程，能夠較準確預測不同損傷度條件下瀝青材料的自愈 合能力。
（4）溫度高于瀝青的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，瀝青開始具有自 愈合能力。橡膠改性瀝青的自愈合能壘最大，SBS 改性瀝青次 之，A-70# 道路石油瀝青的最小，表明橡膠瀝青發(fā)生自愈合效 應(yīng)需要更高的溫度條件與熱量補給。
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