水泥瀝青復(fù)合砂漿的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)行為研究

針對水泥瀝青復(fù)合砂漿（CA砂漿）組分材料之間膠結(jié)固化機(jī)理及微觀結(jié)構(gòu)、本構(gòu)方程及其粘彈性力學(xué)行為三個(gè)方面開展研究，完成了項(xiàng)目計(jì)劃的研究內(nèi)容。從CA砂漿固化過程中體系的粘度、膠漿平均粒徑、乳化瀝青的聚集過程及固化體系電阻率隨時(shí)間變化的角度，深入揭示了CA砂漿的固化過程及其固化機(jī)理。CA砂漿的早期固化過程分為溶解期、誘導(dǎo)期及凝結(jié)硬化期三個(gè)階段，而長期固化過程分為0-7d的快速固化期及7-28d的穩(wěn)定固化期兩個(gè)階段。同時(shí)研究了乳化劑類型、用量及乳化瀝青對水泥水化的影響規(guī)律。乳化劑及乳化瀝青對水泥不僅存在緩凝作用，同時(shí)還會(huì)減小水泥的后期水化度。研究了CA砂漿的微觀結(jié)構(gòu)及孔隙結(jié)構(gòu)特征，建立了CA砂漿微觀結(jié)構(gòu)模型，提出了二級分散系的概念，根據(jù)第二級分散系的結(jié)構(gòu)特征，將CA砂漿劃分為水泥基CA砂漿及瀝青基CA砂漿兩種類型。根據(jù)CA砂漿的微觀結(jié)構(gòu)特征，提出了描述CA砂漿粘彈性力學(xué)行為的力學(xué)模型，結(jié)合試驗(yàn)研究建立了CA砂漿的本構(gòu)方程?；诒緲?gòu)方程分析了溫度及材料配比等因素對CA砂漿粘彈性力學(xué)行為的影響規(guī)律。水泥基CA砂漿力學(xué)性能受溫度的影響較小，其相位角基本不隨溫度和頻率的變化而變化。瀝青基CA砂漿具有明顯的溫度敏感性，溫度對CA砂漿復(fù)模量的影響體現(xiàn)為低溫性能接近但高溫性能對溫度十分敏感。A/C（CA砂漿中瀝青與水泥的質(zhì)量比）對CA砂漿力學(xué)性能的影響規(guī)律為低溫性能受A/C影響較小，而高溫性能受A/C影響顯著。通過對三元件分?jǐn)?shù)導(dǎo)數(shù)模型的參數(shù)分析表明，CA復(fù)合膠漿在25℃時(shí)粘性成分比例最大，此時(shí)損失模量與儲(chǔ)存模量比值最大。通過WLF方程研究了CA砂漿的時(shí)溫等效特性，得到了不同A/C比CA砂漿粘彈性力學(xué)參數(shù)的主曲線。分析了CA砂漿的蠕變特性，修正伯格斯模型能夠較好的模擬其蠕變行為。CA砂漿的模量、強(qiáng)度及破壞能均隨著溫度的升高及A/C的增加而減小。CA砂漿在重復(fù)荷載作用初期模量衰減較快，重復(fù)荷載作用使得CA砂漿的粘性成分降低而彈性成分升高。在一定范圍內(nèi)，可以通過適當(dāng)提高A/C值來增強(qiáng)CA砂漿的疲勞性能。分析了水對CA砂漿力學(xué)特性的影響規(guī)律，研究了CA砂漿的阻尼特性及其影響因素。

針對水泥瀝青砂漿(cement asphalt mortar簡稱CA砂漿)的固化過程、微觀結(jié)構(gòu)對其力學(xué)性能的影響問題開展研究。從水泥的水化、乳化瀝青的破乳兩個(gè)過程及二者的相互作用入手，研究CA砂漿的固化過程及固休機(jī)理，分析固化過程對CA砂漿力學(xué)性能的影響；基于微觀力學(xué)及界面力學(xué)，分析CA砂漿固化體的微觀結(jié)構(gòu)，并建立微觀結(jié)構(gòu)模型及其表征參數(shù)，分析微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能的對應(yīng)關(guān)系；基于粘彈性本構(gòu)理論，結(jié)合微觀模型表征參數(shù)，建立CA砂漿的力學(xué)分析模型及粘彈性本構(gòu)方程；在本構(gòu)方程的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值方法，分析CA砂漿的粘彈性力學(xué)行為，并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。.該項(xiàng)目可以深入揭示CA砂漿宏觀力學(xué)性能的微觀機(jī)理、及對力學(xué)性能影響的敏感性因素，從而為CA砂漿的性能設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)；本項(xiàng)目的研究成果對于其它先進(jìn)水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能的研究具有一定的參考價(jià)值，對于材料學(xué)科及粘彈性理論的發(fā)展具有一定的推動(dòng)作用。

目前改性瀝青聚合物多采用橡膠、樹脂與熱塑性彈性體，與瀝青主要通過物理改性實(shí)現(xiàn)，聚合物在瀝青中以顆粒、絲狀和網(wǎng)絡(luò)狀等分散形式存在，這種絲狀和網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)在荷載與溫度作用下容易發(fā)生破壞。本研究以熱固性環(huán)氧樹脂作為瀝青改性劑，固化后的環(huán)氧樹脂可以形成不可逆空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予環(huán)氧瀝青材料優(yōu)異路用性能。本課題研究環(huán)氧瀝青的微觀結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，分析環(huán)氧瀝青的相逆轉(zhuǎn)與相分離特征，建立組分配比與相逆轉(zhuǎn)二維圖，構(gòu)建環(huán)氧瀝青的微觀結(jié)構(gòu)模型與細(xì)觀力學(xué)模型，并對環(huán)氧瀝青性能進(jìn)行預(yù)測。本研究成果為環(huán)氧瀝青材料研究與開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)，并可以有效指導(dǎo)環(huán)氧瀝青材料設(shè)計(jì)、構(gòu)建與優(yōu)化。 2100433B

近年來越來越多的事實(shí)證明瀝青路面中存在氧化老化，瀝青混合料氧化老化貫穿于瀝青路面整個(gè)壽命周期?，F(xiàn)階段對瀝青老化的化學(xué)機(jī)理研究得比較透徹，但基于微觀結(jié)構(gòu)瀝青混合料氧化老化行為與機(jī)理的研究卻非常有限。本項(xiàng)目擬構(gòu)建瀝青混合料的三維微觀結(jié)構(gòu)，將模型導(dǎo)入有限元軟件，利用菲克第二定律模擬氧氣的擴(kuò)散過程?；诟盗⑷~變換紅外光譜試驗(yàn)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)建立羰基的生成速率模型。通過動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀和動(dòng)態(tài)剪切流變儀建立羰基面積與瀝青粘結(jié)料粘彈特性、瀝青瑪蹄脂的粘彈特性的關(guān)系模型。利用每一年的氧氣擴(kuò)散結(jié)果，結(jié)合羰基生成速率模型計(jì)算得到瀝青瑪蹄脂中各個(gè)單元的羰基面積，從而賦予瀝青瑪蹄脂中每個(gè)單元不同的粘彈特性。對瀝青混合料進(jìn)行虛擬動(dòng)態(tài)模量測試和間接拉伸測試，研究氧化老化對瀝青混合料整體力學(xué)響應(yīng)的影響。研究成果為探索瀝青混合料氧化老化機(jī)理,預(yù)測瀝青路面的氧化老化行為、優(yōu)化瀝青路面的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。