[01353829]改性沥青材料稳定及老化特性的演变

本项目属于土木建筑科学技术领域。近年来,我国高速公路平稳发展,到2015年底高速公路通车总里程达到12.5万公里,但是随着经济的高速发展,交通量和车辆荷载都迅猛增加,加之原有高速公路设计施工的理念落后,养护管理体系不成熟以及环境的影响导致路面的使用性能衰减较快,使用寿命较短。根据调查我国超过92%的沥青路面平均寿命周期大约是7～8年,比美国和加拿大道路的平均寿命降低了一半。这对道路的经济效益和社会效益造成了影响。因此,本项目通过理论分析和试验研究对不同环境作用下沥青路面的稳定和老化的演变进行了系统的研究。本项目的10篇代表性论文的他引次数241次,SCI他引92次。主要科学发现如下： 1、改性沥青材料的稳定性及老化 本项目利用界面层理论分析了SBS改性沥青热储存性能差异的原因,提出了反应性共混改性的方法并提高了SBS改性沥青的热储存稳定性。同时从机理上说明了改性剂形成的交联网络,提高了改性沥青的弹性和抗变形的能力。美国威斯康辛麦迪逊大学T.Mandal等人肯定了本项目提出的提高SBS改性沥青热储存稳定性的方法;此外,研究发现紫外线可以造成沥青严重的老化,并研发了丁苯橡胶改性沥青,有效地增强了沥青抗强紫外线老化的能力。同时揭示了紫外线光老化下沥青混合料相对弱的抗破裂性能,提出了提升沥青材料基本性能的方法。长安大学马骉教授认可本项目提出的在高海拔地区紫外线老化效应对沥青的影响。武汉理工大学余建英教授在多篇论文中对本项目提出的紫外线老化效应对沥青混合料性能的影响给予了正面肯定。 2、改性沥青材料的稳定性及老化演变 本项目通过数字图像处理技术,发现沥青混合料均匀性与性能的变异性之间存在相关性。提出了控制沥青混合料组成结构的均匀性对控制性能变异性的概念;研究了车辙试验的评价参数：车辙深度、蠕变率和相对变形,建立了三个参数对沥青混合料车辙联合评价的方法,并实现了对现场的实际预测。美国密歇根理工大学教授、《Journal of Materials in Civil Engineering》副主编Z. You 在文章中对沥青路面永久变形的三阶段模型给予了肯定,并通过逐步回归法对其进行验证,结果表明两者有很好的相关性;另外,利用了基于点预估法和蒙特卡罗法来评价沥青路面疲劳性能,并发现了可靠度分析是一种有效分析方法。伊朗阿米尔卡比尔理工大学F. M. Nejad在文章中对本项目提出的利用可靠度分析方法对掺RAP橡胶沥青混合料疲劳特性的研究给予了充分肯定,认为所用到的蒙特卡洛方法能有效地估计疲劳寿命。 3、改性沥青材料的稳定性及老化特征演变模型 利用智能神经网络模型从热方式、反应时间、沥青分子结构及沥青强度等因素建立了沥青材料的老化预测模型,有效地评价了路面的长期服役性能;使用了多孔介质模型来模拟沥青材料的粘弹性界面,建立了相关的粘弹性模型评价沥青路面在荷载作用下的粘弹性行为;基于复合材料细观力学方法建立了沥青混凝土多相的两层嵌入式细观力学模型,反映了各组成材料在沥青混凝土中所起的力学作用,为路面的长期使用性能提供了理论基础。伊朗K.N.Toosi理工大学机械工程教授M.Shariyat肯定了快速多极子边界元法对于分析沥青材料弱界面二维线性粘弹性的有效性。