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Determination of Glass Transition Temperature for Asphalt Binders and Analysis of Quasi-brittle Behavior for Asphalt Mixtures
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, 市政工程, 2017, 博士
【摘要】沥青是一种典型的黏弹性材料,其黏弹性行为背后的物理基础是:构成沥青的烃类及其衍生物分子链长度大于常规小分子,分子链独特的松弛运动使沥青具有温度、时间敏感性特征。根据分子运动方式的不同,沥青的行为可以划分为不同的状态:黏流态、黏弹态和玻璃态。玻璃化转变温度是沥青由黏弹态向硬而脆的玻璃态发生可逆转变的特征温度。在此温度下,比热、比容、模量、介电损耗等物理量发生急剧变化。由于此温度及以下松弛运动的冻结,材料对外力引发的变形不能及时有效地松弛,容易引发低温开裂。低温开裂是寒冷地区路面结构面临的主要病害。玻璃化转变温度Tg的研究对沥青低温脆性的鉴别及沥青混合料温度应力的确定具有重要意义。研究沥青玻璃化转变温度的传统方法是基于自由体积理论的膨胀计法。由于操作复杂,该方法实际应用较少。测量振荡荷载作用下动态模量和相位角(也可等效地表示成储能模量和损耗模量)的动态力学试验,是一种有效确定沥青玻璃化转变温度的方法。其玻璃化转变发生的标志是损耗模量出现峰值,该方法所测试的动态模量与沥青的使用性能紧密相关,且峰值特征容易辨别,因此得到了越来越多的关注。但是,传统的温度扫描仅能确定单一测试频率下的结果。为实现任意频率下沥青玻璃化转变温度的确定,并进一步分析沥青混合料的准脆性行为,本文主要开展了以下工作:(1)玻璃化转变温度是损耗模量主曲线上峰值对应的温度。论文建立了一种以修正的 Havriliak-Negami(Modified Havriliak-Negami,MHN)模型复数模量主曲线为基础的,用黏弹性参数和Williams-Landel-Ferry(WLF)方程的系数估算沥青玻璃化转变温度的方法。该方法的优点是建立了沥青玻璃化转变温度与MHN复数模型黏弹性参数之间的解析关系,能同时确