物理硬化对沥青材料低温性能影响机理研究

物理硬化是影响沥青材料低温性能的本源之一，但目前物理硬化对沥青材料低温性能影响机理尚不明确、沥青材料低温性能的评价体系未能考虑物理硬化的影响，由此可能导致沥青材料低温性能评价结果失效。本项目系统研究了不同沥青在物理硬化作用后的低温性能演变规律，从影响沥青路面低温抗裂性能的材料性能角度提出了能够综合考虑到沥青材料模量及松弛能力的综合指标Sm，并发现综合评价指标Sm与单边缺口小梁（SENB）试验的评价指标有着很好的线性相关性。因此，在无法开展单边缺口小梁（SENB）试验时，可采用Sm作为评价指标预估沥青材料的低温抗裂性能。基于弯曲梁流变试验发现温度及物理硬化时间对沥青材料的物理硬化程度均有显著的影响。但对温度各沥青材料的物理硬化影响趋势并不一致，而是存在某一临界温度使物理硬化程度最为剧烈。发现沥青材料的物理硬化可以发生在温度高于玻璃态转化点温度条件下，表明沥青材料的物理硬化特性与PVC等高分子材料的物理硬化特性有明显的差异。通过对沥青物理硬化特性的分析发现，沥青物理硬化速率是自减速的负反馈的过程，并基于“自由体积”理论，阐明了物理硬化对沥青材料低温性能影响机理。基于时温等效原理，建立了不同物理硬化条件下的模量主曲线；通过对物理硬化后的劲度模量主曲线分析发现，物理硬化作用存在一个临界时间，当物理硬化作用时间大于临界时间t0时，时间的增加对物理硬化程度的增加就不再显著。通过对对物理硬化时间与移位因子关系曲线进行深入分析，定义了曲线的关键区间（Key zone，KZ）和从属区间（Subordinate zone，SZ）。并提出利用关键区间（Key zone，KZ）的斜率作为表征沥青材料抗物理硬化的性能指标。项目的研究成果对于沥青基材料低温条件下力学行为的研究具有重要的理论和实际意义，而且对其它高分子材料的相关研究也具有一定的推动作用。此外，项目的研究成果对于缓解沥青基材料在寒冷地区低温开裂病害具有一定的指导意义。 2100433B

物理硬化是影响沥青材料低温性能的本源之一，但目前物理硬化对沥青材料低温性能影响机理尚不明确、沥青材料低温性能的评价体系未能考虑物理硬化的影响，由此可能导致沥青材料低温性能评价结果失效。针对上述问题，本项目将从物理硬化作用下沥青材料的微观特征演变规律入手，详细分析物理硬化作用后沥青分子弛豫模态、分子构象及微观体积特征变化规律；运用断裂力学、流变力学原理，研究物理硬化作用下沥青材料宏观力学行为特征，结合微观、宏观试验结果，阐明沥青材料微观结构变化与宏观力学行为的内在联系，并构建物理硬化作用下沥青材料温度应力本构模型；基于上述结果，提出考虑物理硬化效应的沥青材料低温性能评价指标。.本项目的研究将揭示物理硬化对沥青材料低温性能影响机理，为准确评价沥青材料低温性能提供理论依据，对于研发路面低温抗裂材料具有一定的参考意义，对于路面计算力学和材料学科的发展也有一定的推动作用。

沥青以其优良的性能在公路建设中得到广泛应用，但随着国际上长寿命沥青路面设计理念的提出以及我国西部强紫外线地区公路建设的快速发展，沥青的紫外光老化问题受到广泛重视，对其防紫外光老化措施的研究已成为国内外沥青基道路材料领域的研究热点。本项目以不同类型的紫外线吸收剂与不同产地的沥青为研究对象，系统研究了紫外光吸收剂对沥青物理、流变、热氧及紫外光老化性能的影响，分析了紫外光吸收剂对沥青组成、结构的影响及其与性能变化之间的关系，探讨了紫外光吸收剂与沥青的相互作用机理。研究结果表明，紫外光吸收剂可使沥青的延度显著提高，复数剪切模量略微降低，相位角增大，对沥青低温抗裂性能有明显的改善作用。紫外光吸收剂对不同沥青的抗老化性能表现出较为复杂的影响，二者之间表现出特定的选择性。紫外光吸收剂的加入改变了沥青的化学组成与结构，表现为沥青的芳香分含量增大，胶质和沥青质含量减小，沥青表面微观形貌变得平整，相位图向单相化转变，形成了相对均一的体系，胶体结构更趋于溶胶化。对于具有优良耐老化性能的紫外光吸收剂/沥青体系，沥青在老化过程中的断链、芳缩化及氧化反应被抑制，紫外光和热老化后沥青的两相化程度不明显，沥青中沥青质分散相的缔合被抑制。研究成果对于采用紫外光吸收剂制备具有优良耐老化性能的沥青材料，提高沥青路面的耐久性具有重要的理论指导意义。 2100433B

沉淀硬化机理是因为金属材料中第二相粒子从过饱和固溶体里析出而引起应变，从而引起金属点阵的强化。造成最大强化是在形成可见的第二相粒子之前，这个阶段称为析出的孕育阶段。在这个阶段，要析出来形成第二相的原子，倾向于成群地堆积，它们与母相保持连续的共格联系，就在这个时候发生了最大的应变，从而产生了最大的强化。

沉淀硬化处理有两个作用。①消除马氏体的应力，增加韧性、塑性和耐蚀性。②通过析出金属间化合物而增加硬化效果。

不锈钢的沉淀硬化是复杂的热处理过程。研究发现，当沉淀硬化处理加热时，马氏体中的铝以Ni-Al金属间化合物的形式析出，析出的数量取决于反应的时间和温度。但是当析出群长到临界尺寸时，在两相之间形成了界面而与母相失去了共格关系，从而减弱了点阵的应变，降低了强度，这种现象叫“过时效现象” 。