基于粘彈性參數(shù)的瀝青砂紫外光老化研究-第1篇

1、 基于粘彈性參數(shù)的瀝青砂紫外光老化研究 【摘 要】采用Burgers模型研究瀝青砂的粘彈性力學(xué)行為，研究粘彈性參數(shù)在瀝青砂紫外光老化中的變化，分析其變化規(guī)律，評(píng)價(jià)瀝青砂紫外光老化。確定紫外光老化的試驗(yàn)方法和瀝青砂試件制作方法，對(duì)紫外光老化的瀝青砂試件進(jìn)行單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)得到應(yīng)變和時(shí)間的蠕變曲線，擬合了Burgers模型的四參數(shù)。對(duì)粘彈性參數(shù)隨老化程度的變化規(guī)律進(jìn)行研究，根據(jù)粘彈性參數(shù)隨老化程度的變化研究瀝青砂性能的變化規(guī)律。對(duì)不同老化程度和相應(yīng)的Burgers模型四參數(shù)進(jìn)行擬合得到粘彈性參數(shù)和老化程度h之間的表達(dá)式J（h），用該關(guān)系式表示瀝青砂的老化程度?！綤ey】瀝青砂；紫外光老化；粘彈性參

2、數(shù)；蠕變?cè)囼?yàn)；老化程度【Abstract】Burgers model were carried out to study the viscoelastic mechanics behavior of tar sands. By researching the change of viscoelastic parameters in the ultraviolet aging tar sands， analyze its change regulation and evaluate its aging extent. Determine ultraviolet aging test method

3、 and asphalt sand specimen producing method. Put the ultraviolet aging of asphalt sand specimen in uniaxial compression creep test to get the creep curves of strain and time， using the least squares fitting of the four parameters of Burgers model. Fitting the aging degree and the corresponding model

4、 parameters fitting， get the relation between viscoelastic parameters and aging degree and get the expression J （h） between creep compliance J and aging degree of， The aging of asphalt sand was expressed with J （h）.【Key words】Asphalt mastic；Ultraviolet Radiation aging；Viscoelastic Parameters； creep

5、test；Aging index瀝青路面老化的研究中最早引起關(guān)注的是瀝青結(jié)合料本身，對(duì)瀝青砂和瀝青混合料的抗老化性能研究較少，至今仍沒(méi)有評(píng)價(jià)其老化性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法1，2，應(yīng)提出合理的老化試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)。針對(duì)瀝青砂進(jìn)行研究，考慮瀝青砂的流變特性，從其粘彈性角度，研究瀝青砂的老化性能。瀝青混合料和瀝青砂具有相似的壓縮變形和蠕變變形曲線，本文進(jìn)行的基于粘彈性參數(shù)的瀝青砂老化程度研究可以為瀝青混合料紫外光老化程度的研究提供依據(jù)。1. 瀝青混合料紫外光老化試驗(yàn)1.1 老化試件制作。試驗(yàn)采用瀝青砂AS-16作為研究對(duì)象，其中瀝青采用SBS改性瀝青，集料為從拌合廠提取的機(jī)制砂經(jīng)過(guò)篩分后得到粒徑小于2.

6、36mm的砂粒。瀝青砂AS-16的級(jí)配按照規(guī)范中規(guī)定AC-16相應(yīng)的細(xì)集料（粒徑2.36mm）的相同比例進(jìn)行設(shè)計(jì)，AC-16級(jí)配如表1，AS-16的級(jí)配如表2。因?yàn)闉r青砂缺少粗集料作為骨架支撐，空隙率小，其性能不同于瀝青混合料，不適宜采用馬歇爾試驗(yàn)來(lái)確定最佳瀝青用量。采用逆推法3確定瀝青砂的最佳瀝青用量，計(jì)算結(jié)果如表3。瀝青砂試件制備參照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（JTJ 052-2000）中T0704的方法對(duì)試件進(jìn)行制作，制作試件直徑為50mm，高50mm。1.2 紫外光老化試驗(yàn)。（1）試驗(yàn)中的紫外光老化試驗(yàn)箱采用1000w的紫外高壓汞燈，輻射強(qiáng)度達(dá)到距離燈管約60cm處平均強(qiáng)度為20

7、0 W/m2。瀝青砂試件實(shí)際老化周期為一年的需要試驗(yàn)時(shí)間為將近583小時(shí)，即瀝青砂試件試驗(yàn)中在老化箱老化1小時(shí)相當(dāng)于實(shí)際光照老化14.8小時(shí)。（2）紫外光老化試驗(yàn)箱具有鼓風(fēng)制冷設(shè)備， 并且設(shè)置有溫度感應(yīng)器， 可以顯示老化箱內(nèi)的溫度， 整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程為了確保瀝青混合料試件是在紫外光照射下老化而不是因?yàn)闊崂匣?所以控制實(shí)驗(yàn)溫度在 30C 左右。（3）試驗(yàn)研究的是不同紫外光照時(shí)間下瀝青砂的粘彈性參數(shù)，試驗(yàn)中試件老化時(shí)間選取為2個(gè)月，4個(gè)月，6個(gè)月，8個(gè)月和12個(gè)月，根據(jù)已知的換算原則可以將以上選取的實(shí)際紫外光老化時(shí)間換算成實(shí)驗(yàn)室老化時(shí)間分別為97小時(shí)，194小時(shí)，292小時(shí)，388小時(shí)，583小時(shí)。

8、將瀝青砂試件按照要求的溫度和時(shí)間分別進(jìn)行紫外光老化，每組3個(gè)試件。2. 瀝青砂單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)實(shí)驗(yàn)在CMT5105微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行紫外光老化瀝青砂的單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)帶有環(huán)境溫度箱，試驗(yàn)溫度要求保持恒溫20，并且保持1小時(shí)以上。加載初期位移速度控制在10mm/min，軸向應(yīng)力達(dá)到0.1MPa后，保持荷載1200s。將進(jìn)行了不同紫外光照時(shí)間的試件進(jìn)行單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。（1）未老化的瀝青砂的應(yīng)變值較大，隨著老化時(shí)間的增加，瀝青砂的變形越來(lái)越小，因?yàn)槔匣瘯r(shí)間越長(zhǎng)瀝青砂的勁度模量越大，應(yīng)變值就越小。（2）老化 4 個(gè)月之前， 應(yīng)變值隨著老化時(shí)間的增加明顯變小，

9、 但在紫外光老化照射4 個(gè)月之后， 隨著老化時(shí)間的增加， 應(yīng)變值的變化幅度減小。表明紫外光老化對(duì)瀝青砂的影響在其接受紫外光照的初期比較明顯， 達(dá)到某個(gè)老化程度后，影響越來(lái)越小， 趨于穩(wěn)定。 3. 紫外光老化瀝青砂的粘彈性參數(shù)研究Burgers模型是目前應(yīng)用的最為廣泛的粘彈性力學(xué)模型，能較好的反映瀝青砂漿的粘彈特性4，能夠描述蠕變的第一階段和第二階段5，Burgers模型比廣義Maxwell模型更能準(zhǔn)確表達(dá)瀝青混合料的本構(gòu)關(guān)系6，能反映瞬時(shí)彈性應(yīng)變、粘彈性應(yīng)變和粘性流動(dòng)應(yīng)變，將粘性流動(dòng)應(yīng)變描述為加載時(shí)間的線性函數(shù)7，因此本文選用Burgers模型描述瀝青砂粘彈性能。3.1 瀝青砂粘彈性參數(shù)擬合結(jié)

10、果及分析。在對(duì)Burgers模型的參數(shù)進(jìn)行擬合的過(guò)程中，參數(shù)初始值E0和0的選取是重要的一步。因?yàn)槌跏贾档倪x取如果與參數(shù)的實(shí)際值偏離太多，會(huì)造成迭代不收斂，或者造成迭代次數(shù)過(guò)多致使計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)8，9。為了使獲得的參數(shù)值與實(shí)際相符，參數(shù)初始值的選取就非常重要。本文采用一種計(jì)算的方法求得Burgers模型參數(shù)初始值，該方法分以下幾步：3.1.3 采用Matlab對(duì)多項(xiàng)式方程聯(lián)立求解，就可以唯一的確定其他三個(gè)參數(shù)E2，1、2的值，把求得的四個(gè)參數(shù)值作為所需輸入的參數(shù)初始值。（1）采用分段擬合法10得到瀝青砂在不同紫外光照時(shí)間下的粘彈性參數(shù)值，如表4，并繪制了四個(gè)參數(shù)隨老化時(shí)間的變化曲線圖，如圖2所示

11、。上式表明可以用粘彈性參數(shù)和紫外光照時(shí)間相結(jié)合，用于評(píng)價(jià)瀝青砂在不同老化時(shí)間下的紫外光老化程度。4. 結(jié)論（1）本文通過(guò)單軸壓縮蠕變實(shí)驗(yàn)得到蠕變曲線，據(jù)此對(duì)Burgers模型本構(gòu)方程中的參數(shù)進(jìn)行擬合，從而確定了表述不同老化時(shí)間的瀝青砂粘彈性參數(shù)，分析了粘彈性參數(shù)隨老化程度的變化規(guī)律為隨著老化時(shí)間的增加， 四個(gè)參數(shù)都在增加， 應(yīng)變相應(yīng)減小。因?yàn)?E1 ， E2 和 2 和永久變形無(wú)關(guān)， 1影響瀝青砂的永久變形，結(jié)果顯示1 隨老化時(shí)間增加。（2）對(duì)Burgers模型四參數(shù)和老化時(shí)間進(jìn)行擬合，把擬合結(jié)果代人蠕變公式，得到蠕變?nèi)崃亢屠匣瘯r(shí)間的關(guān)系式J（h）。（3）瀝青混合料和瀝青砂具有相似的壓縮變形和

12、蠕變變形曲線，對(duì)瀝青砂材料的基于蠕變?cè)囼?yàn)和Burgers模型參數(shù)得到和紫外光老化簡(jiǎn)單關(guān)系，可以用來(lái)作為研究瀝青混合料紫外光老化的依據(jù)。Reference1 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能M. 北京：人民交通出版社，2001.2 虞將苗.瀝青混合料老化模擬試驗(yàn)方法與驗(yàn)證研究J.公路交通科技，2005（10）.3 王志臣. 基于細(xì)觀力學(xué)的瀝青混合料黏彈性能研究D. 大連海事大學(xué)碩士論文，2011.4 李曉軍， 江麗華. 瀝青砂漿粘彈特性試驗(yàn)與模型參數(shù)分析 J. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011 （3） .5 蔡宜洲， 葉永. 瀝青砂粘彈特性實(shí)驗(yàn)研究 J. 工程力學(xué)， 2010（1） .6 陳靜云， 周

13、長(zhǎng)紅， 王哲人. 瀝青混合料蠕變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)處理與粘彈性計(jì)算 J. 東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007 （6） .7 徐世法. 表征瀝青及瀝青混合料高低溫蠕變性能的流變學(xué)模型 J. 力學(xué)與實(shí)踐， 1992 （1） .8 張肖寧.瀝青與瀝青混合料的粘彈力學(xué)原理及應(yīng)用M.北京： 人民交通出版社，2006.9 黃曉明，朱湘.瀝青路面設(shè)計(jì)M. 北京： 人民交通出版社， 2002.10 田莉，胡霞光，劉玉，沙愛(ài)民.瀝青瑪蹄脂粘彈性模型參數(shù)分段線性擬合法J.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2009（2）.1619-2737（2014）07-09-751作者簡(jiǎn)介 夏芳（1968-），男，籍貫：河南汝南人，學(xué)歷：本科，工學(xué)學(xué)

14、士，職稱(chēng)：高級(jí)工程師。主要研究方向：道路施工及路基處理技術(shù)。 3. 紫外光老化瀝青砂的粘彈性參數(shù)研究Burgers模型是目前應(yīng)用的最為廣泛的粘彈性力學(xué)模型，能較好的反映瀝青砂漿的粘彈特性4，能夠描述蠕變的第一階段和第二階段5，Burgers模型比廣義Maxwell模型更能準(zhǔn)確表達(dá)瀝青混合料的本構(gòu)關(guān)系6，能反映瞬時(shí)彈性應(yīng)變、粘彈性應(yīng)變和粘性流動(dòng)應(yīng)變，將粘性流動(dòng)應(yīng)變描述為加載時(shí)間的線性函數(shù)7，因此本文選用Burgers模型描述瀝青砂粘彈性能。3.1 瀝青砂粘彈性參數(shù)擬合結(jié)果及分析。在對(duì)Burgers模型的參數(shù)進(jìn)行擬合的過(guò)程中，參數(shù)初始值E0和0的選取是重要的一步。因?yàn)槌跏贾档倪x取如果與參數(shù)的實(shí)際值

15、偏離太多，會(huì)造成迭代不收斂，或者造成迭代次數(shù)過(guò)多致使計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)8，9。為了使獲得的參數(shù)值與實(shí)際相符，參數(shù)初始值的選取就非常重要。本文采用一種計(jì)算的方法求得Burgers模型參數(shù)初始值，該方法分以下幾步：3.1.3 采用Matlab對(duì)多項(xiàng)式方程聯(lián)立求解，就可以唯一的確定其他三個(gè)參數(shù)E2，1、2的值，把求得的四個(gè)參數(shù)值作為所需輸入的參數(shù)初始值。（1）采用分段擬合法10得到瀝青砂在不同紫外光照時(shí)間下的粘彈性參數(shù)值，如表4，并繪制了四個(gè)參數(shù)隨老化時(shí)間的變化曲線圖，如圖2所示。上式表明可以用粘彈性參數(shù)和紫外光照時(shí)間相結(jié)合，用于評(píng)價(jià)瀝青砂在不同老化時(shí)間下的紫外光老化程度。4. 結(jié)論（1）本文通過(guò)單軸壓縮

16、蠕變實(shí)驗(yàn)得到蠕變曲線，據(jù)此對(duì)Burgers模型本構(gòu)方程中的參數(shù)進(jìn)行擬合，從而確定了表述不同老化時(shí)間的瀝青砂粘彈性參數(shù)，分析了粘彈性參數(shù)隨老化程度的變化規(guī)律為隨著老化時(shí)間的增加， 四個(gè)參數(shù)都在增加， 應(yīng)變相應(yīng)減小。因?yàn)?E1 ， E2 和 2 和永久變形無(wú)關(guān)， 1影響瀝青砂的永久變形，結(jié)果顯示1 隨老化時(shí)間增加。（2）對(duì)Burgers模型四參數(shù)和老化時(shí)間進(jìn)行擬合，把擬合結(jié)果代人蠕變公式，得到蠕變?nèi)崃亢屠匣瘯r(shí)間的關(guān)系式J（h）。（3）瀝青混合料和瀝青砂具有相似的壓縮變形和蠕變變形曲線，對(duì)瀝青砂材料的基于蠕變?cè)囼?yàn)和Burgers模型參數(shù)得到和紫外光老化簡(jiǎn)單關(guān)系，可以用來(lái)作為研究瀝青混合料紫外光老化的

17、依據(jù)。Reference1 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能M. 北京：人民交通出版社，2001.2 虞將苗.瀝青混合料老化模擬試驗(yàn)方法與驗(yàn)證研究J.公路交通科技，2005（10）.3 王志臣. 基于細(xì)觀力學(xué)的瀝青混合料黏彈性能研究D. 大連海事大學(xué)碩士論文，2011.4 李曉軍， 江麗華. 瀝青砂漿粘彈特性試驗(yàn)與模型參數(shù)分析 J. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011 （3） .5 蔡宜洲， 葉永. 瀝青砂粘彈特性實(shí)驗(yàn)研究 J. 工程力學(xué)， 2010（1） .6 陳靜云， 周長(zhǎng)紅， 王哲人. 瀝青混合料蠕變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)處理與粘彈性計(jì)算 J. 東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007 （6） .7 徐世法. 表

18、征瀝青及瀝青混合料高低溫蠕變性能的流變學(xué)模型 J. 力學(xué)與實(shí)踐， 1992 （1） .8 張肖寧.瀝青與瀝青混合料的粘彈力學(xué)原理及應(yīng)用M.北京： 人民交通出版社，2006.9 黃曉明，朱湘.瀝青路面設(shè)計(jì)M. 北京： 人民交通出版社， 2002.10 田莉，胡霞光，劉玉，沙愛(ài)民.瀝青瑪蹄脂粘彈性模型參數(shù)分段線性擬合法J.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2009（2）.1619-2737（2014）07-09-751作者簡(jiǎn)介 夏芳（1968-），男，籍貫：河南汝南人，學(xué)歷：本科，工學(xué)學(xué)士，職稱(chēng)：高級(jí)工程師。主要研究方向：道路施工及路基處理技術(shù)。 3. 紫外光老化瀝青砂的粘彈性參數(shù)研究Burgers模型是目前應(yīng)用

19、的最為廣泛的粘彈性力學(xué)模型，能較好的反映瀝青砂漿的粘彈特性4，能夠描述蠕變的第一階段和第二階段5，Burgers模型比廣義Maxwell模型更能準(zhǔn)確表達(dá)瀝青混合料的本構(gòu)關(guān)系6，能反映瞬時(shí)彈性應(yīng)變、粘彈性應(yīng)變和粘性流動(dòng)應(yīng)變，將粘性流動(dòng)應(yīng)變描述為加載時(shí)間的線性函數(shù)7，因此本文選用Burgers模型描述瀝青砂粘彈性能。3.1 瀝青砂粘彈性參數(shù)擬合結(jié)果及分析。在對(duì)Burgers模型的參數(shù)進(jìn)行擬合的過(guò)程中，參數(shù)初始值E0和0的選取是重要的一步。因?yàn)槌跏贾档倪x取如果與參數(shù)的實(shí)際值偏離太多，會(huì)造成迭代不收斂，或者造成迭代次數(shù)過(guò)多致使計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)8，9。為了使獲得的參數(shù)值與實(shí)際相符，參數(shù)初始值的選取就非常重要

20、。本文采用一種計(jì)算的方法求得Burgers模型參數(shù)初始值，該方法分以下幾步：3.1.3 采用Matlab對(duì)多項(xiàng)式方程聯(lián)立求解，就可以唯一的確定其他三個(gè)參數(shù)E2，1、2的值，把求得的四個(gè)參數(shù)值作為所需輸入的參數(shù)初始值。（1）采用分段擬合法10得到瀝青砂在不同紫外光照時(shí)間下的粘彈性參數(shù)值，如表4，并繪制了四個(gè)參數(shù)隨老化時(shí)間的變化曲線圖，如圖2所示。上式表明可以用粘彈性參數(shù)和紫外光照時(shí)間相結(jié)合，用于評(píng)價(jià)瀝青砂在不同老化時(shí)間下的紫外光老化程度。4. 結(jié)論（1）本文通過(guò)單軸壓縮蠕變實(shí)驗(yàn)得到蠕變曲線，據(jù)此對(duì)Burgers模型本構(gòu)方程中的參數(shù)進(jìn)行擬合，從而確定了表述不同老化時(shí)間的瀝青砂粘彈性參數(shù)，分析了粘彈性參數(shù)隨老化程度的變化規(guī)律為隨著老化時(shí)間的增加， 四個(gè)參數(shù)都在增加， 應(yīng)變相應(yīng)減小。因?yàn)?E1 ， E2 和 2 和永久變形無(wú)關(guān)， 1影響瀝青砂的永久變形，結(jié)果顯示1 隨老化時(shí)間增加。（2）對(duì)Burgers模型四參數(shù)和老化時(shí)間進(jìn)行擬合，把擬合結(jié)果代人蠕變公式，得到蠕變?nèi)崃亢屠匣瘯r(shí)間的關(guān)系式J（h）。（3）瀝青混合料和瀝青砂具有相似的壓縮變形和蠕變變形曲線，對(duì)瀝青砂材料的基于蠕變?cè)囼?yàn)和Burgers模型參數(shù)得到和紫外光老化簡(jiǎn)單關(guān)系，可以用來(lái)作為研究瀝青混合料紫外光老化的依據(jù)。Reference1 沈金安