耦合作用下高粘沥青老化性能的非线性预测

导读:为解决高粘沥青热氧老化预估研究不足的问题，选用辽河 90#沥青，上海昌吉型高粘改性剂制备高粘改性沥青.采用旋转薄膜烘箱对高粘改性沥青进行短期老化，测试不同高粘改性剂掺量

来源：未知发布日期：2019-09-24 17:37【大中小】

引言

高粘沥青是大空隙开级配排水沥青磨耗层（OGFC）中的关键材料，提高了沥青与集料之间的粘聚力并改善了沥青的高温和感温性能，其性能指标的好坏直接决定 OGFC 的使用性能.混合料在拌合、运输和摊铺过程中，沥青会发生不同程度的热氧老化，高温下的热氧老化在沥青老化中占有较大的比例[1].1995 年，Norman W.Garrick 认为，沥青氧化过程取决于沥青和氧气分子的相遇几率，采用非线性微分方程描述： 0 ( ) ( ) / ( 1)e ]n x t Lx L − = +− .郑南翔认为，沥青的老化过程主要是由两个官能团的接触机会决定的.根据这个假设，可以认为沥青在老化开始时刻的性能的改变率是最大的，随着老化的进行，官能团之间的接触程度越来越高，最终老化速率趋于零.国内外研究人员对沥青的老化行为进行大量的研究，但往往只是基于不同时间、不同温度或不同温度时间两种因素耦合作用，但目前针对高粘改性沥青（学者普遍认为 60℃时沥青的动力粘度在 20000 Pa⋅s 以上的沥青）在短期老化过程中不同时刻、不同掺量的老化方程的研究还处于空白.本文利用上海昌吉旋转粘度计高粘沥青进行老化试验，对老化性能指标进行预测展开研究分析.

1 试验材料

1.1 试验设计
本文采用上海昌吉旋转粘度计，监测改性剂掺入基质沥青的质量分数（以下简称掺量）为 0、4%、8%、12%、 15%.基质沥青的技术性能指标见表 1.按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2011）规定：利用旋转薄膜烘箱对其进行老化试验（RTFOT）， RTFOT 的加热温度及时间规定为 163 ℃和 5 h. 本文选择 40 min、85 min、120 min、180 min、 270 min、360 min，5 个作用时间作为老化时间，测试不同老化时间下的各掺量高粘沥青三大指标.

1.2 试验结果
按照上述试验方案对高粘沥青进行老化后三大指标试验.当改性剂掺量为 0 时，5℃延度值由于人为操作误差较大且数据离散性较高，不予采用. 不同老化时间、改性剂掺量下的老化性能指标及增量。

2 高粘沥青老化方程

2.1 基质沥青老化速率方程
目前对于沥青老化后性能指标的预测还局限于时间，温度这两个因素的研究，但是针对高粘沥青在不同时间、掺量两种因素耦合下老化的程度，沥青性能指标的预测还处于空白.

2.2 高粘沥青老化方程
通过式可以看出，基质沥青在不同时间下的老化速率呈现二次方程图形. 分析出随着改性剂掺量的增加，不同掺量下高粘沥青老化速率与基质沥青老化速率成一定非线性规律.所以将基质沥青老化速率引入影响因子 k ，具体高粘老化速率方程见式.通过影响因子 k 可以看出与基质沥青相比，不同掺量下高粘沥青的老化速率.

3 高粘沥青抗老化性能的对比评价

通过对 L ，k 含义的理解可知，LP 和 LDu 越大越好；KP ，LSp ，KSp ，和 KDu 越小越好.面对这种多个指标体系，有些指标在方案 A 表现性能指标较好，在方案 B 却表现性能不佳.对于上述问题的考虑，将多目标决策分析模型引入到高粘改性掺量决策分析中来.进行多指标评价时，存在指标权重的分配问题. 在高粘沥青老化过程中，总体趋势是软化点增大，针入度和延度降低，前者对于高温性能有利，而后者对路面的低温性能不利，因此对针入度和延度可赋予较高的重要数据的实际意义相吻合，说明所采用的的决策方法是有效的.

结论

（1）通过试验结果建立高粘沥青的短期老化预估模型，引入老化速率影响因子，将不同改性剂掺量融入于基质沥青老化规律中，提出高粘沥青老化规律，可以较为精准的预测高粘沥青在不同时间、掺量下的性能.
（2）通过高粘沥青的动态老化预估模型，运用改性剂掺量为变量，解决了迭代计算时给出初始值赋值的问题.
（3）基于层次分析法来确定高粘沥青三大指标的老化速率影响因子及老化程度指标的权重，以灰色关联度作为评判准则，对比分析不同改性剂掺量下高粘沥青的抗老化性能并推荐高粘改性剂掺量为 12%.

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耦合作用下高粘沥青老化性能的非线性预测

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