物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機(jī)理研究

物理硬化是影響瀝青材料低溫性能的本源之一，但目前物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機(jī)理尚不明確、瀝青材料低溫性能的評價體系未能考慮物理硬化的影響，由此可能導(dǎo)致瀝青材料低溫性能評價結(jié)果失效。本項(xiàng)目系統(tǒng)研究了不同瀝青在物理硬化作用后的低溫性能演變規(guī)律，從影響瀝青路面低溫抗裂性能的材料性能角度提出了能夠綜合考慮到瀝青材料模量及松弛能力的綜合指標(biāo)Sm，并發(fā)現(xiàn)綜合評價指標(biāo)Sm與單邊缺口小梁（SENB）試驗(yàn)的評價指標(biāo)有著很好的線性相關(guān)性。因此，在無法開展單邊缺口小梁（SENB）試驗(yàn)時，可采用Sm作為評價指標(biāo)預(yù)估瀝青材料的低溫抗裂性能?；趶澢毫髯冊囼?yàn)發(fā)現(xiàn)溫度及物理硬化時間對瀝青材料的物理硬化程度均有顯著的影響。但對溫度各瀝青材料的物理硬化影響趨勢并不一致，而是存在某一臨界溫度使物理硬化程度最為劇烈。發(fā)現(xiàn)瀝青材料的物理硬化可以發(fā)生在溫度高于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化點(diǎn)溫度條件下，表明瀝青材料的物理硬化特性與PVC等高分子材料的物理硬化特性有明顯的差異。通過對瀝青物理硬化特性的分析發(fā)現(xiàn)，瀝青物理硬化速率是自減速的負(fù)反饋的過程，并基于“自由體積”理論，闡明了物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機(jī)理?；跁r溫等效原理，建立了不同物理硬化條件下的模量主曲線；通過對物理硬化后的勁度模量主曲線分析發(fā)現(xiàn)，物理硬化作用存在一個臨界時間，當(dāng)物理硬化作用時間大于臨界時間t0時，時間的增加對物理硬化程度的增加就不再顯著。通過對對物理硬化時間與移位因子關(guān)系曲線進(jìn)行深入分析，定義了曲線的關(guān)鍵區(qū)間（Key zone，KZ）和從屬區(qū)間（Subordinate zone，SZ）。并提出利用關(guān)鍵區(qū)間（Key zone，KZ）的斜率作為表征瀝青材料抗物理硬化的性能指標(biāo)。項(xiàng)目的研究成果對于瀝青基材料低溫條件下力學(xué)行為的研究具有重要的理論和實(shí)際意義，而且對其它高分子材料的相關(guān)研究也具有一定的推動作用。此外，項(xiàng)目的研究成果對于緩解瀝青基材料在寒冷地區(qū)低溫開裂病害具有一定的指導(dǎo)意義。 2100433B

物理硬化是影響瀝青材料低溫性能的本源之一，但目前物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機(jī)理尚不明確、瀝青材料低溫性能的評價體系未能考慮物理硬化的影響，由此可能導(dǎo)致瀝青材料低溫性能評價結(jié)果失效。針對上述問題，本項(xiàng)目將從物理硬化作用下瀝青材料的微觀特征演變規(guī)律入手，詳細(xì)分析物理硬化作用后瀝青分子弛豫模態(tài)、分子構(gòu)象及微觀體積特征變化規(guī)律；運(yùn)用斷裂力學(xué)、流變力學(xué)原理，研究物理硬化作用下瀝青材料宏觀力學(xué)行為特征，結(jié)合微觀、宏觀試驗(yàn)結(jié)果，闡明瀝青材料微觀結(jié)構(gòu)變化與宏觀力學(xué)行為的內(nèi)在聯(lián)系，并構(gòu)建物理硬化作用下瀝青材料溫度應(yīng)力本構(gòu)模型；基于上述結(jié)果，提出考慮物理硬化效應(yīng)的瀝青材料低溫性能評價指標(biāo)。.本項(xiàng)目的研究將揭示物理硬化對瀝青材料低溫性能影響機(jī)理，為準(zhǔn)確評價瀝青材料低溫性能提供理論依據(jù)，對于研發(fā)路面低溫抗裂材料具有一定的參考意義，對于路面計算力學(xué)和材料學(xué)科的發(fā)展也有一定的推動作用。

瀝青以其優(yōu)良的性能在公路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，但隨著國際上長壽命瀝青路面設(shè)計理念的提出以及我國西部強(qiáng)紫外線地區(qū)公路建設(shè)的快速發(fā)展，瀝青的紫外光老化問題受到廣泛重視，對其防紫外光老化措施的研究已成為國內(nèi)外瀝青基道路材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本項(xiàng)目以不同類型的紫外線吸收劑與不同產(chǎn)地的瀝青為研究對象，系統(tǒng)研究了紫外光吸收劑對瀝青物理、流變、熱氧及紫外光老化性能的影響，分析了紫外光吸收劑對瀝青組成、結(jié)構(gòu)的影響及其與性能變化之間的關(guān)系，探討了紫外光吸收劑與瀝青的相互作用機(jī)理。研究結(jié)果表明，紫外光吸收劑可使瀝青的延度顯著提高，復(fù)數(shù)剪切模量略微降低，相位角增大，對瀝青低溫抗裂性能有明顯的改善作用。紫外光吸收劑對不同瀝青的抗老化性能表現(xiàn)出較為復(fù)雜的影響，二者之間表現(xiàn)出特定的選擇性。紫外光吸收劑的加入改變了瀝青的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為瀝青的芳香分含量增大，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量減小，瀝青表面微觀形貌變得平整，相位圖向單相化轉(zhuǎn)變，形成了相對均一的體系，膠體結(jié)構(gòu)更趨于溶膠化。對于具有優(yōu)良耐老化性能的紫外光吸收劑/瀝青體系，瀝青在老化過程中的斷鏈、芳縮化及氧化反應(yīng)被抑制，紫外光和熱老化后瀝青的兩相化程度不明顯，瀝青中瀝青質(zhì)分散相的締合被抑制。研究成果對于采用紫外光吸收劑制備具有優(yōu)良耐老化性能的瀝青材料，提高瀝青路面的耐久性具有重要的理論指導(dǎo)意義。 2100433B

沉淀硬化機(jī)理是因?yàn)榻饘俨牧现械诙嗔Ｗ訌倪^飽和固溶體里析出而引起應(yīng)變，從而引起金屬點(diǎn)陣的強(qiáng)化。造成最大強(qiáng)化是在形成可見的第二相粒子之前，這個階段稱為析出的孕育階段。在這個階段，要析出來形成第二相的原子，傾向于成群地堆積，它們與母相保持連續(xù)的共格聯(lián)系，就在這個時候發(fā)生了最大的應(yīng)變，從而產(chǎn)生了最大的強(qiáng)化。

沉淀硬化處理有兩個作用。①消除馬氏體的應(yīng)力，增加韌性、塑性和耐蝕性。②通過析出金屬間化合物而增加硬化效果。

不銹鋼的沉淀硬化是復(fù)雜的熱處理過程。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沉淀硬化處理加熱時，馬氏體中的鋁以Ni-Al金屬間化合物的形式析出，析出的數(shù)量取決于反應(yīng)的時間和溫度。但是當(dāng)析出群長到臨界尺寸時，在兩相之間形成了界面而與母相失去了共格關(guān)系，從而減弱了點(diǎn)陣的應(yīng)變，降低了強(qiáng)度，這種現(xiàn)象叫“過時效現(xiàn)象” 。