超热老化模式下浇筑式沥青混合料力学性能衰变行为及机理

Gussasphalt is one of the most successfully used materials in steel bridge deck pavement. However, it faces the worse environment and heavier traffic in our country , not only bitumen viscosity of Gussasphalt was increased , but also low-grade straight asphalt was given up due to the level of production in China.These factors all lead to higher construction temperature than normal . Fatigue failure caused by epithermal aging is prominent day by day. The 8-year service life of steel deck pavement is a sharp contrast to 20-year service life abroad. It is an important basic theory to solve fatigue failure of Gussasphalt that decay mechanism of mechanical properties of Gussasphalt under epithermal aging mode. The related research has never been done at home and abroad. The project will explain epithermal aging mechanism of Gussasphalt under "Epithermal, Hypoxic" condition and set up model of decay behaviors of mechanical properties of Gussasphalt under epithermal aging mode, and lay the theoretical foundation for improving the fatigue life. Under the epithermal aging mode, the project focuses on: micro-mechanism analysis of properties deterioration of asphalt, SBS modifier, and modified bitumen of Gussasphalt, decay behaviors of mechanical properties of bitumen and mixture and proposing prevention measures for epithermal aging of Gussasphalt.

浇筑式沥青混合料是钢桥面铺装领域应用最为成功的铺装材料之一，但我国恶劣的气候条件和重载交通对混合料高温性能提出了苛刻要求，因此我国浇筑式改性沥青粘度明显增大并且没有采用低标号直馏沥青。由此导致我国浇筑式沥青混合料施工温度明显偏高，超热老化导致的沥青混合料疲劳破坏日益凸显，使用寿命只有8年左右，这与国外长达20年的使用寿命形成了强烈的反差。超热老化模式下浇筑式沥青混合料的力学性能衰变机理是解决浇筑式沥青混凝土疲劳寿命不佳的关键基础理论，国内外相关研究一直处于空白。本项目通过阐述"超热、低氧"状态下浇筑式改性沥青超热老化机理，建立超热老化模式下浇筑式沥青混合料力学性能衰变模型，为提高浇筑式沥青混合料疲劳寿命奠定理论基础。主要研究内容为：超热老化模式下基质沥青、SBS改性剂、浇筑式改性沥青性能衰变微观机理分析、超热老化模式下浇筑式沥青及混合料力学性能衰变行为分析及超热老化防治措施研究。

采用抽提回收的方法获得经历了超热老化的浇注式改性沥青，采用动态红外光谱分析(FTIR)、热失重仪分析(TG)、凝胶渗透色谱分析（GPC）等微观分析手段对基质沥青、SBS改性剂和浇注式改性沥青分别进行了微观分析和超热老化机理研究，对不同超热温度对浇注式沥青混合料的高温性能、低温性能和组合结构疲劳性能的影响规律进行了研究，并提出了浇注式沥青超热老化的防治措施。主要研究结论如下：.（1）实验数据表明，浇注式改性沥青存在比普通沥青混合料严重很多的超热老化。.（2）通过热失重仪对不同基质沥青四组分进行分析，发现饱和分分解温度最低，饱和分含量高的基质沥青初始热分解温度低，因此浇注式沥青混合料应该采用饱和分含量偏低的基质沥青。.（3）对SBS的红外光谱进行了二维相关计算，以同步相关谱图分析SBS在超热老化过程中几个不同的波数区域特征基团的变化。.（4）运用动态红外光谱分析、GPC、TG等微观分析手段分别对浇注式改性沥青进行了超热老化机理分析。TG试验结果表明,超热温度对沥青轻质组分挥发影响显著，超热温度下轻质组分挥发速度是常规沥青老化轻质组分挥发的9倍；定量对比分析了浇注式沥青在不同老化温度和不同氧气浓度下红外光谱图羰基的生成量，试验结果表明，超热温度和氧气浓度对羰基生成量影响显著，并采用改装后的旋转薄膜烘箱进行了氧化与挥发贡献比例的性能验证。.（5）通过对不同超热老化温度下浇注式沥青混合料的静态贯入度、动态贯入度、低温应变能力以及四点弯曲小梁疲劳和独创的复合梁疲劳的对比研究，得出超热温度对浇注式沥青混合料路用性能的影响规律。.（6）采用SEBS、有机降温剂、抗氧化剂复合改性浇注式沥青，并通过红外光谱定量分析法对SEBS改性浇注式沥青的超热老化进行表征。结果表明，有机降温剂有效降低了浇注式沥青混凝土的拌和温度40℃；抗氧剂与SEBS复合改性浇注式沥青相对原浇注式沥青双键含量减少了50%，其氧化产物醚键、羰基等生成量大大降低；并通过宏观性能验证发现，在不影响浇注式改性沥青混合料高温性能和施工和易性的情况下，显著提高了浇注式沥青混合料在超热温度中的抗老化性能和疲劳寿命。