沥青混合料氧化老化微观力学模型的研究

本项目通过X-射线计算机断层扫描技术，重构沥青混合料的三维结构，基于菲克第二定律模拟氧气在沥青混合料内的扩散，然后利用氧气扩散的结果，通过化学动力学模型来计算沥青玛蹄脂内每一点随着时间生成的羰基面积。最后基于羰基数量信息修改沥青玛蹄脂的材料特性，并分析材料力学特性随着时间的变化对沥青混合料整体力学响应的影响。沥青混合料氧化老化微观力学模型有助于揭示氧气在混合料微观结构内的扩散现象及路面深度方向的扩散规律，从微观角度观察破坏的发生及演变，以完善基于氧气扩散-反应原理的路面结构氧化老化模型，更深入地理解氧化老化导致的破坏行为和机理。 2100433B

近年来越来越多的事实证明沥青路面中存在氧化老化，沥青混合料氧化老化贯穿于沥青路面整个寿命周期。现阶段对沥青老化的化学机理研究得比较透彻，但基于微观结构沥青混合料氧化老化行为与机理的研究却非常有限。本项目拟构建沥青混合料的三维微观结构，将模型导入有限元软件，利用菲克第二定律模拟氧气的扩散过程。基于傅立叶变换红外光谱试验和化学动力学建立羰基的生成速率模型。通过动态力学分析仪和动态剪切流变仪建立羰基面积与沥青粘结料粘弹特性、沥青玛蹄脂的粘弹特性的关系模型。利用每一年的氧气扩散结果，结合羰基生成速率模型计算得到沥青玛蹄脂中各个单元的羰基面积，从而赋予沥青玛蹄脂中每个单元不同的粘弹特性。对沥青混合料进行虚拟动态模量测试和间接拉伸测试，研究氧化老化对沥青混合料整体力学响应的影响。研究成果为探索沥青混合料氧化老化机理,预测沥青路面的氧化老化行为、优化沥青路面的设计奠定基础。

针对水泥沥青砂浆(cement asphalt mortar简称CA砂浆)的固化过程、微观结构对其力学性能的影响问题开展研究。从水泥的水化、乳化沥青的破乳两个过程及二者的相互作用入手，研究CA砂浆的固化过程及固休机理，分析固化过程对CA砂浆力学性能的影响；基于微观力学及界面力学，分析CA砂浆固化体的微观结构，并建立微观结构模型及其表征参数，分析微观结构与宏观力学性能的对应关系；基于粘弹性本构理论，结合微观模型表征参数，建立CA砂浆的力学分析模型及粘弹性本构方程；在本构方程的基础上，结合数值方法，分析CA砂浆的粘弹性力学行为，并通过实验结果进行验证。.该项目可以深入揭示CA砂浆宏观力学性能的微观机理、及对力学性能影响的敏感性因素，从而为CA砂浆的性能设计提供理论依据；本项目的研究成果对于其它先进水泥基复合材料力学性能的研究具有一定的参考价值，对于材料学科及粘弹性理论的发展具有一定的推动作用。

玻璃化转变是凝聚态物理领域的重要课题。本项目将以胶体为模型体系，采用现代显微技术，通过软物质物理实验来研究玻璃化转变的微观结构－动力学性质关系。研究的主体思想是：（1）设计制备新型软球胶体模型体系，突破传统硬球模型过于简化而不能准确描述真实原子体系的限制；（2）配合摄像显微数据采集技术和粒子跟踪数据处理程序，来量化玻璃中胶体粒子的微观位置及其随时间的变化，从而直观和精确地研究玻璃化转变过程中体系的微观结构演变、动力学变化、协同重组区和粒子串（簇）的形成和动力学不均一性等重要物理量；（3）通过物理化学手段调控胶体粒子的软硬度，得到软硬度对玻璃物理性质的影响，并探索国际前沿模拟工作中发现的软球团蔟玻璃和软球玻璃反复融化等独特的玻璃态物理现象。本研究结果不但可以与现有理论模型和计算机模拟结果进行定量比较，加深对玻璃化转变本质的理解，而且有望为调控胶体粒子的软硬度来设计玻璃材料提供指导。

姓名:周益春 郑学军著

作者简介:

作品:《材料的宏微观力学性能》2100433B