一种沥青主曲线定量分析方法技术

一种沥青主曲线定量分析方法，涉及道路沥青材料性能评价领域。本发明专利技术是为了解决目前利用主曲线评价沥青性能时没有高低温具体标准，导致无法在划分出的区间内展开定量分析进而无法定量比较，导致沥青性能分析缺乏数据支持的问题。本发明专利技术包括：获取沥青样品，将沥青样品制为试样；获取试样的复数模量、损伤模量、储存模量、相位角；选取参考温度，将复数模量和相位角进行拟合并进行规划求解获取位移因子、减缩频率和主曲线最优参数组合，从而获得主曲线参数集合；选取高低温评价指标，利用主曲线参数集合获取高低温分析区域；将坐标转换后复数模量、损伤模量、储存模量进行分区并统计，利用统计结果进行评价。本发明专利技术主要用于沥青性能的评价。价。价。

【技术实现步骤摘要】
一种沥青主曲线定量分析方法


[0001]本专利技术涉及道路沥青材料性能评价领域，特别涉及一种沥青主曲线定量分析方法。

技术介绍

[0002]沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，是高黏度有机液体的一种。沥青材料是一种典型的黏弹性材料，在线性粘弹性域内，沥青材料具有简单的热流变特性，其应力
‑
应变本构关系通常用积分的形式表示。因此研究路面材料在荷载作用下的粘弹性特性成为本领域的研究重点。
[0003]目前，通常利用动态力学分析方法(Dynamic Mechanical Analysis，简称DMA)研究路面沥青材料在生产、运输、储存和维修期间的性能。根据前人的研究，粘弹性材料的力学行为对加载温度和频率有很强的依赖性；然而，实验室的加载条件是有限的，幸运的是，这一问题可以在高聚物物理学之中找到答案
‑‑
利用黏弹性材料的时温等效原理来扩大分析范围。这一想法源于对动态机械温度谱的研究，经过大量试验发现，在较低温度和较长加载时间(较低频率)下的超聚合物的松弛模量，与较短加载时间(较高频率)和较高温度下的松驰模量相似，沿时间/频率轴呈现等效替代规律。特定温度和频率下获得的模量曲线可以沿着时间轴移动，最终耦合成平滑曲线，即主曲线。
[0004]目前利用主曲线的方式主要是在大的频率或温度范围内定性的看变化趋势，认为在较低频率时复数模量较高，沥青材料具有较好的高温抗车辙性能；反之，在较高频率时复数模量较低沥青材料具有较好的低温抗裂性能。然而，什么频率范围代表低温，什么频率范围代表高温则没有一个具体标准，因此无法在划分出的区间内开展定量分析，进而无法定量比较，导致沥青性能分析的评价缺乏数据支持。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是为了解决目前利用主曲线评价沥青性能时没有高低温具体标准，导致无法在划分出的区间内展开定量分析，进而无法定量比较，导致沥青性能分析缺乏数据支持的问题，而提出了一种沥青主曲线定量分析方法。
[0006]一种沥青主曲线定量分析方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、获取n组沥青样品，并将沥青样品制作为沥青薄片试样；
[0008]其中，n≥3；
[0009]步骤二、获取沥青薄片试样的复数模量G*、损伤模量G'、储存模量G"、相位角δ；
[0010]步骤三、选取参考温度T
R
，并在参考温度T
R
下，将步骤二获取的复数模量G*和相位角δ获经过CAM模型进行拟合，同时以复数模量G*和相位角δ残差平方和总和最小为目标利用WLF方程和规划求解方法进行规划求解获取位移因子、减缩频率ω和主曲线最优参数组合
[0011]其中，f
c
、m、k、δ
m
、R
d
、f
d
、m
d
、C1、C2均为待定系数；
[0012]步骤四、将步骤一获取的所有沥青样品重复步骤一到三获取所有沥青样品主曲线参数组合P1,P2,
…
,P
n
；
[0013]步骤五、选取高温、低温评价指标，利用步骤四获得的所有沥青样品主曲线参数组合获取高温分析区域和低温分析区域：
[0014]步骤六、步骤二获取的获取沥青薄片试样的复数模量G*、损伤模量G'、储存模量G"、相位角δ经过步骤三获取的位移因子进行坐标转换后，获得位移后的复数模量相位角δ1、损伤模量G
’1和存储模量G”1
数据，将落在高低温分析区域的位移后的数据分别进行统计分析，并利用分析结果对沥青材料高低温全域综合性质进行评价。
[0015]本专利技术的有益效果为：
[0016]本专利技术综合流变学分析方法和数学统计手段，提出了沥青主曲线定量分析区域确定方法，并据此给出了沥青主曲线定量评价手段来评价沥青材料高温/低温全域综合性质；解决了沥青主曲线作为关键技术却缺乏有效定量分析手段的问题。本专利技术提出的沥青主曲线定量分析方法能够精确、灵敏的区分出沥青材料的高、低温整体性能，能够在划分出的高低温区间内开展定量分析，进而进行定量比较，为沥青的性能分析提供了有力的数据支持。
附图说明
[0017]图1为利用WLF方程平移后复数模量主曲线；
[0018]图2为利用WLF方程平移后损失模量主曲线；
[0019]图3为利用WLF方程平移后储存模量主曲线；
[0020]图4为利用WLF方程平移后相位角主曲线；
[0021]图5为实施例1高温分析域确定过程示意图。
具体实施方式
[0022]具体实施方式一：本实施方式一种沥青主曲线定量分析方法包括以下步骤：
[0023]步骤一、获取n≥3组沥青样品和每个沥青样品的老化状态，并将沥青样本按照老化状态以浇筑的方式制取为沥青薄片试样；
[0024]不同组别的沥青样品为不同类型的沥青，若要分析沥青的老化状态，不同老化状态下同一种沥青可以视为两个不同组别；
[0025]所述浇筑的试件尺寸按照沥青类型确定：对于无颗粒效应沥青，如基质沥青、SBS改性沥青和SBR改性沥青，采用试件尺寸为Φ25mm
×
1mm；对于有颗粒效应沥青，如橡胶沥青和生物油改性橡胶沥青，采用试件尺寸为Φ25mm
×
2mm；
[0026]步骤二、获取沥青薄片试样的复数模量G*、损伤模量G'、储存模量G"、相位角δ，包括以下步骤：
[0027]步骤二一、对沥青薄片试样进行频率扫描，获得沥青薄片试样在各温度T和加载频率下f
r
的剪切应力响应数值τ0、应变响应数值γ0、相位角δ：
[0028]所述沥青薄片试样进行频率扫描，在仪器条件允许的情况下，应使用尽可能大的温度范围和频率范围；所述加载频率范围为0.1Hz～30Hz；温度范围为4℃～76℃；
[0029]步骤二二、根据步骤二一获取的剪切应力响应数值τ0、应变响应数值γ0、相位角δ获取复数模量G*：
[0030][0031]其中，i是虚数，t是加载时间；
[0032]步骤二三、根据步骤二二获得的复数模量G*获取损失模量G'和存储模量G"：
[0033]G
′
＝|G
*
|cosδ(2)
[0034]G
″
＝|G
*
|sinδ(3)
[0035]步骤三、选取参考温度T
R
，并在参考温度T
R
下，将步骤二获取的复数模量G*和相位角δ获经过CAM模型进行拟合，同时以复数模量G*和相位角δ残差平方和总和最小为目标利用WLF方程和EXCEL规划求解功能模块进行规划求解获取位移因子、减缩频率ω和主曲线最优参数组合
[0036]所述参考温度按照需求选取，通常选用常温25℃或路面服役最高温度60℃作为参考温度；
[0037][0038][0039][0040本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沥青主曲线定量分析方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：步骤一、获取n组沥青样品，并将沥青样品制作为沥青薄片试样；其中，n≥3；步骤二、获取沥青薄片试样的复数模量G*、损伤模量G'、储存模量G"、相位角δ；步骤三、选取参考温度T
R
，并在参考温度T
R
下，将步骤二获取的复数模量G*和相位角δ获经过CAM模型进行拟合，同时以复数模量G*和相位角δ残差平方和总和最小为目标利用WLF方程和规划求解功能方法进行规划求解获取位移因子、减缩频率ω和主曲线最优参数组合其中，f
c
、m、k、δ
m
、R
d
、f
d
、m
d
、C1、C2均为待定系数；步骤四、将步骤一获取的所有沥青样品重复步骤一到三获取所有沥青样品主曲线参数组合P1,P2,
…
,P
n
；步骤五、选取高温、低温评价指标，利用步骤四获得的所有沥青样品主曲线参数组合获取高温分析区域和低温分析区域：步骤六、步骤二获取的获取沥青薄片试样的复数模量G*、损伤模量G'、储存模量G"、相位角δ经过步骤三获取的位移因子进行坐标转换后，获得位移后的复数模量相位角δ1、损伤模量G
′1和存储模量G
″1数据，将落在高低温分析区域的位移后的数据分别进行统计分析，并利用分析结果对沥青材料高低温全域综合性质进行评价获得评价结果。2.根据权利要求1所述的一种沥青主曲线定量分析方法，其特征在于：所述步骤一中将沥青样本制作为沥青薄片试样采用浇筑的方式；所述浇筑的试件尺寸根据沥青类型确定，具体为：对于无颗粒效应沥青：试件尺寸为Φ25mm
×
1mm；对于有颗粒效应沥青：试件尺寸为Φ25mm
×
2mm。3.根据权利要求1或2所述的一种沥青主曲线定量分析方法，其特征在于：所述步骤二中获取沥青薄片试样的复数模量G*、损伤模量G'、储存模量G"、相位角δ，包括以下步骤：步骤二一、对沥青薄片试样进行频率扫描获得沥青薄片试样在预设温度范围和预设加载频率范围下的剪切应力响应数值τ、应变响应数值γ、相位角δ；步骤二二、根据步骤二一获取的剪切应力响应数值τ0、应变响应数值γ0、相位角δ获取复数模量G*：其中，i是虚数，t是加载时间；步骤二三、根据步骤二二获得的复数模量G*获取损失模量G'和存储模量G"：G
′
＝|G
*
|cosδ(2)G
″
＝|G
*
|sinδ(3)。4.根据权利要求3所述的一种沥青主曲线定量分析方法，其特征在于：所述步骤二一中所述的预设温度范围为：4℃～76℃，预设加载频率范围为：0.1Hz～30Hz。5.根据权利要求3所述的一种沥青主曲线定量分析方法，其特征在于：所述步骤三中选
取参考温度T
R
，并在参考温度T
R
下，将步骤一获取的复数模量G*和相位角δ获经过CAM模型进行拟合，同时以复数模量G*和相位角δ残差平方和总和最小为目标利用WLF方程和EXCEL规划求解功能模块进行规划求解获取位移因子、减缩频率ω和主曲线最优参数组合公式如下：公式如下：公式如下：ω
r
＝ω
×
α
T
(T)(7)其中，f
r
是加载频率，I是常数，f是特定频...

【专利技术属性】
技术研发人员：任志彬，谭忆秋，徐慧宁，王伟，李济鲈，黄兰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：