文摘

摘要弹性回复的适用性(弹性)实验asphalt-rubber (AR)绑定了定量评估。力学模型,基于粘弹性本构关系和粒子包含理论,是发展。面包屑橡胶(CR)之间的界面分离颗粒和沥青与威布尔分析了应力集中造成的统计方程。基于路面不平度激励,vehicle-road耦合振动模型分析的影响,建立了车辆荷载对路面变形。AR绑定不同铬粒子大小评估使用扫描电子显微镜(SEM)成像和准备测试弹性回复(弹性)。结果表明,更大的内应力引起的伸展长度越长AR绑定的弹性恢复试验从弹性实验获得十倍,导致沥青和CR颗粒之间的界面分离。因此,一些铬粒子的弹性性质与高模量没有反映,导致测试值低于实际值。与CR粒度的降低,提高了界面分离的弹性恢复试验由于强烈的物质交换和界面粘结强度的提高。AR粘合剂的毫米级的压缩变形的弹性实验更接近实际路面的变形。弹性的实验时间(120分钟)据报道小于弹性恢复(200分钟- 230分钟)。 This study shows that the resilience experiment has a significant advantage in assessing the elastic property of the AR binder.

1。介绍

修饰符的使用对提高沥青路面的性能一直是研究人员感兴趣的领域(1- - - - - -3]。Asphalt-rubber (AR)是由面包屑橡胶(CR)添加到沥青。基于“增大化现实”技术能解决环境问题产生的废轮胎、改善道路沥青的性能通过使用铬粒子的有效属性(4,5]。目前,研究人员正在更多关注的改性机理和生产配方基于“增大化现实”技术(4- - - - - -9研究,几乎没有基于“增大化现实”技术的评价体系。因此,评价体系还没有统一的世界各地的基于“增大化现实”技术。然而,核心评价指标主要包括针(锥)渗透,弹性回复(弹性),粘度和软化点(10]。

弹性恢复(弹性)是一个重要的指标来评估弹性AR粘结剂的性能,还有一些区别这两个评价机制。弹性恢复试验主要是用来确定AR的弹性回复粘合剂经过长时间的延伸。相比之下,韧性实验是用来评估回弹恢复压缩后的基于“增大化现实”技术的粘合剂。弹性复苏25°C以下SBS改性沥青评价体系主要用于基于“增大化现实”技术的中国地方技术标准(11]。然而,美国(ASTM D6114-19 [12],D5329-15 [13]),南非,和意大利选择弹性评估基于“增大化现实”技术的粘结剂(14]。探索弹性复苏(弹性)的适用性实验AR绑定非常重要的准确评估基于“增大化现实”技术的弹性性质和推广其应用程序。

有有限的弹性恢复(弹性)的实验研究。Dasek et al。15]研究了CR改性沥青的弹性性质由两个弹性回复(弹性)的实验中,这些测试方法被认为是有效的。杨et al。10]表明,弹性实验应该被用来评估基于“增大化现实”技术的弹性特性绑定由于铬粒子的存在。刘的发现和李16)证实,韧性更适合评估基于“增大化现实”技术的弹性特性绑定,可以更好地描述在小规模的弹性性能。郝et al。11]提出的弹性恢复试验反映了弹性恢复能力AR绑定,而韧性实验反映了压缩恢复能力基于“增大化现实”技术的绑定,这是更有效地描述基于“增大化现实”技术的混合物的弹性性质。王(14]的实验结果表明,弹性不影响应力集中在CR粒子,适当更科学、合理。尽管已经取得了显著的进展在弹性实验研究的基于“增大化现实”技术的绑定,仍有一些局限性。大多数这些研究只进行了使用简单的弹性回复(弹性)实验或定性分析AR绑定。研究的适用性研究弹性回复(弹性)实验从CR AR绑定修改机制和理论分析观点是稀疏的。

结合弹性回复的CR改性机理和检测原理(弹性)实验中,基于粘弹性本构关系和力学模型颗粒夹杂复合材料理论了。威布尔统计方程用于分析沥青和铬粒子的界面分离的两个实验。结合SEM观察,CR为界面分离粒度的影响模型。路面不平度激励的基础上,这两个评价指标的适用性探讨与实际道路变形计算使用MATLAB vehicle-road耦合振动方程。弹性恢复(弹性)AR绑定不同的CR实验粒子大小进行了验证理论分析的正确性。本文提供了一种理论依据和理由使用弹性评估基于“增大化现实”技术的绑定。

2。实验

2.1。材料

沥青在这项研究是一个与70年纯沥青粘结剂渗透年级从LuZheng获得公司在中国。周围磨CR # 20日# 30日# 40、60 #,# 80网由华谊兄弟公司在中国被用来准备AR绑定。给出了主要技术参数表1和2。

2.2。制备的基于“增大化现实”技术的绑定

准备使用的湿法是基于“增大化现实”技术的绑定。# # # 20日,30日,40岁,60 #,# 80网CR(沥青的重量的20%)是与基础沥青混合准备AR绑定。AR绑定是通过添加CR基础沥青,是融化在80 - 90°C。手动搅拌5分钟完成有效分散CR基准沥青,然后使用高速混合机混合(大约1000 rpm)在180°C (±5°C)为45分钟,按照ASTM D6114-19 [12]。

2.3。实验方法

的影响来分析细CR粒子界面分离,基于“增大化现实”技术的绑定与40 #,# 60岁,范# 80网CR观察使用量子FEG 250后对GB / T 16594 - 08年度(17]。AR绑定测试弹性恢复使用沥青延性和韧性25°C计(悉德- 4508 g - 1)和数字渗透计(悉德- 2801 l)符合NB / SH / T 0737 - 14 (18]和ASTM D5329-15 [13),分别。

3所示。力学模型在弹性恢复(弹性)的实验

在本节中,力学模型的开发探索弹性回复的适用性(弹性)AR粘结剂的实验。图1显示了图解插图检测机制的弹性回复(弹性)的实验。图显示的黄色颗粒CR粒子。弹性恢复试验主要用于评估AR粘合剂的弹性回复后再拉伸变形(10厘米),而韧性试验是用于评估回弹恢复压缩变形后的基于“增大化现实”技术的粘结剂(约1厘米)。

基于“增大化现实”技术的粘结剂是一种固液两相材料,基本沥青是一种典型的粘弹性的身体。然而,由于潜在的CR粒子吸收的光组件沥青在反应过程中,它不再是一个纯粹的弹性体。为了简化分析,CR被视为粘弹性的身体是谁的模量高于基础沥青。由于弹性复原的实验过程是在恒速(18),标本内的应变是线性增加。使用开尔文模型分析加载过程中,铬粒子的弹性模量和阻尼和基础沥青被表示为l₁,η₁,l₀,η₀分别如图2(一个)。应力-应变关系, ,如图2 (b)。

根据Eshebly包容的理论(19),Mori-Tanaka的均匀化理论(20.,21), 在哪里铬粒子的压力;是基础沥青的压力;是外部压力;外部压力;之间的区别是和 ; 之间的区别是基础沥青和应变 ; 之间的区别是和 ; 之间的区别是基础沥青的应变和铬粒子的应变;Eigenstrain;c₁和c₀铬粒子的体积含量和基础沥青,分别;年代是Eshelby张量矩阵的性质相关物质和颗粒形状;和一个_我是一个常数。

根据方程(1通过方程()4),

根据(1)和(5),

根据(6), 在哪里 和

上述分析是针对标本变形在多个方向的空间。实验进展的弹性回复(弹性)是单向张力,参数在一个方向只考虑进一步简化分析。让 ,在哪里拉伸长度和吗是原样品的长度。然后,(7可以转换成)

当是常数,可以看出压力在粒子增加线性拉伸的长度吗 。与此同时,这个方程也可以用来分析压缩弹性实验的进展。拉伸和压缩的变形是大约10厘米,1厘米,分别根据(9),压力在CR粒子的弹性恢复试验大约十倍弹性实验。因此,与弹性实验相比,可能会出现更严重的应力集中在弹性恢复试验中,这可能会导致界面分离的CR粒子和基础沥青。威布尔统计模型可以用来描述界面分离的累积概率(21]: 在哪里CR粒子压力和吗年代₀和米分别是规模和形状参数。因为它是很难确定的准确值年代₀和米,图3显示了超然概率曲线与共同的价值观21通过MATLAB计算。可以看出当粒子压力是十倍的差异,很容易出现分离最终(概率达到1)铬粒子间和基础沥青的弹性恢复试验,而很少分离发生在韧性实验。

图4直观地说明了铬粒子的分离过程和基础沥青的弹性恢复试验。如图4(一),CR粒子和基础沥青同时承受压力的开始,也没有脱离发生在标本。如图4 (b),由于弹性模量的差异,胶粘剂与拉伸长度的增加,发生故障和相应的应力转移的CR颗粒减少。从图也很明显4 (c)当标本显示完整的超然,CR粒子已经失去了转移压力的能力在这个实验中,相邻基础沥青所取代。换句话说,一些氯丁橡胶的高弹性粒子不能被探测到由于脱离,导致实验结果的价值低于实际值。因此,弹性恢复试验不可能准确确定AR绑定的弹性性质与弹性实验。

数据5(一个)和5 (b)显示基于“增大化现实”技术的原理图标本不同铬粒子大小相同(内容)。它可以清楚地看到,CR颗粒和沥青之间的接触面积增加而减少铬粒子的大小。一方面,接触面积的增加加剧了CR颗粒和沥青之间的反应,从而提高材料界面和减少沥青和CR之间的弹性模量的差异,减少应力集中。此外,接触面积的增加提高CR颗粒和沥青之间的粘结面积,这意味着提高界面粘结强度。因此,CR粒度的降低,铬颗粒之间的界面分离和提高沥青的弹性恢复试验。

4所示。实验结果

4.1。观察的基于“增大化现实”技术的绑定

图6与不同的CR粒子大小显示了基于“增大化现实”技术的绑定。可以观察到明显的CR粒子在AR绑定20 #和# 30 CR。CR微粒分布在AR绑定与40 #,# 60 CR也可以观察到。然而,CR粒子不能观察到AR与# 80 CR宏观上绑定。SEM图像的基于“增大化现实”技术绑定40 #,# 60,和# 80 CR如图7。在CR图像显示的灰色颗粒粒子。图7(一)表明,AR粘合剂# 40 CR有许多明显的灰色颗粒指示不同的固液两相特性。CR粒度的降低,固液两相特征逐渐减弱。在图7 (c),两阶段连续混合结构体系由沥青和CR形成是由于严重的反应,表明强烈的物质交换发生,在基础沥青和CR粒子不再独立,这是符合先前的发现发表在文献[22]。因此,CR颗粒之间的界面分离和沥青可以提高通过减少铬粒子的大小。这个观点的理论分析部分3。

4.2。实验结果为弹性恢复(弹性)

数据8和9显示的基于“增大化现实”技术的绑定# 20 - 80 CR实验过程中弹性恢复在180°C(弹性)。可以看出,基于“增大化现实”技术绑定20 #,# 30、40 #,和# 60 CR有明显漏洞(银洞白色圆圈所示)拉伸弹性恢复试验的过程,而只有一些裂缝发生在# 80 CR的基于“增大化现实”技术的绑定,如图9,没有明显的漏洞和裂缝AR绑定在弹性实验。可以直观地看到,弹性回复实验的分离现象是严重的多,在弹性实验。结果表明,拉伸长度多条件下的弹性恢复试验,基于“增大化现实”技术的绑定与粗CR更容易出现应力集中,导致铬粒子的界面分离和沥青容易,随后出现的漏洞。没有明显的漏洞,和裂缝出现在AR绑定在弹性实验。实验结果与理论分析是一致的3。值得一提的是,只有洞和裂缝表面的标本可以观察到,它是合理的推测,许多看不见的裂缝和孔洞内生成标本在弹性恢复试验。

直观地分析弹性复苏的实验进展(弹性)AR绑定,基于“增大化现实”技术的原理图绑定之前和之后的拉伸(压缩)如图10。图10 ()表明铬颗粒均匀分布在沥青拉伸,和界面结合。拉伸的基于“增大化现实”技术的粘合剂,应力集中发生在标本由于弹性模量的差异。当内部压力高于沥青和CR颗粒之间的界面粘结强度,界面分离开始,裂缝和孔洞出现在标本。孔生成在AR绑定时,CR粒子在图(红色颗粒10 (b))位于洞地区不再转移压力。最终失去承载力。因此,附近的沥青熊拉伸变形及随后的弹性恢复,如图10 (b)。这表明一些铬粒子的弹性性质与高模量不能测试实验图(红色颗粒10 (b)),导致测试值低于实际值。换句话说,这种实验方法不能准确反映CR和沥青的弹性性质。压缩变形小的弹性实验,因此难以确定界面剥离应力集中造成的基于“增大化现实”技术的绑定,沥青的弹性性质和CR可以反映。因此,弹性实验可能更适合评估基于“增大化现实”技术的绑定,特别是对AR与粗CR粒子绑定。由于区别这两个检测机制,它是没有意义的比较弹性复原实验的结果和弹性实验(23]。因此,它不分析了。

值得注意的是,弹性的实验时间(120分钟)显著低于弹性回复(200分钟- 230分钟)根据规定在ASTM D5329-15 [13)和NB / SH / T 0737 - 14 (18],显示有用的弹性实验而言,节省实验时间。

5。车辆荷载对路面变形的影响

弹性回复的目的(弹性)实验评估基于“增大化现实”技术的粘合剂的弹性性质。良好的弹性特性可以有效地减少道路材料的残余变形和提高抗开裂[14,24]。然而,沥青路面在实际的服务过程中,值得决定是否有必要使用这么长的伸展长度(10厘米)的弹性恢复试验来评估基于“增大化现实”技术的粘合剂的弹性性质。在本节中,根据路面不平度激励,路面变形引起的车辆与不同过载条件下计算了在不同路面等级vehicle-road耦合振动模型和有限元模型的适用性评估弹性恢复(弹性)实验AR绑定。

5.1。Vehicle-Road耦合振动模型

由汽车工业广泛的实验和分析表明,该季度汽车模型很成功地预测车辆的垂直振动加速度,和不需要构建一个自由multidegree模型(25]。所示的模型数据11和12。

振动系统的动力学方程如下: 在哪里米_年代悬架系统的质量;米_t是nonsuspension系统质量;k_年代悬架系统刚度;k_t是nonsuspension系统刚度;y_年代和y_t悬架系统的垂直位移和nonsuspension系统,分别;和y_r表面粗糙度是垂直位移激励的道路。额外的随机动态载荷路面上的车辆如下:

动态负荷系数如下: 在哪里P₀= (米_年代+米_t)和F(t)_马克斯是最大的附加动载荷。

5.2。仿真模型

目前,研究人员通常用功率谱密度(PSD)代表的道路表面粗糙度(25]。ISO / TC 108 / SCN67(草案表示道路表面粗糙度)的方法(26)和7031 GB(不规则路面车辆vibration-describing方法)27)提出了分类根据PSD的道路表面粗糙度。表3显示了几何平均粗糙度系数G₀不同路面等级(28]。

由于路面粗糙度的不确定性,很难用一个分析公式计算加载的必经之路。因此,它是一个很好的方法来使用软件生成激发函数根据不同等级的路面。基于线性滤波白噪声激励的模拟是目前使用最广泛的方法之一。在时域数学模型如下: 在哪里f₀= 0.0628 Hz低截止频率(29日];n₀= 0.1米⁻¹参考空间频率;G₀糙度系数;u行驶速度;和(t)是随机白噪声。

根据方程(10)通过(14),系统通过在MATLAB仿真软件,模拟和模型如图13。根据路面模型,加载引起的车辆有不同的过载条件下不同路面等级可以计算。中型汽车作为分析对象,和结构参数如表所示4(30.]。

5.3。仿真结果

图14显示了路面载荷的仿真结果(F(t)_马克斯+P₀)引起的中型车,不同过载条件下(0 - 80%),以30 m / s的速度在不同路面等级(一个- - - - - -H)。可以观察到路面荷载逐渐增加而减少道路等级和过载条件的恶化。

根据路面载荷的仿真结果,分析了路面变形引起的车辆使用有限元分析软件。轮胎和路面之间的接触面积是0.0672米²(31日),轮胎的总数是4。路面加载的结果导入到有限元分析软件计算出路面变形。为了简化模型,路面与弹性模量设置为弹性体E= 1400 Mpa和密度ρ= 2400公斤米⁻³(32]。压力设置在轮胎和路面之间的接触表面,而底部的路面被认为是完全约束。模型验证了网格独立性。计算结果如图15和16。

如数据所示15和16,可以大大提高路面应力和道路变形减少道路等级、车辆超载问题严重。然而,即使在最坏的情况(80%过载和H级路面)、路面变形约0.3毫米。这与文献[中的结果一致31日,33,34]。因此,相比之下,更长的伸展长度(10厘米)的弹性恢复试验,检测机制的毫米级压缩回弹恢复弹性实验更接近实际路面的荷载条件。

6。摘要和结论

摘要粒子包含理论和开尔文模型被用来分析AR粘结剂的分离过程在弹性恢复(弹性)实验中,vehicle-road耦合振动模型和有限元法被用来获取路面变形。进行了相关实验验证理论分析。得出韧性有很大的优势在评估AR绑定的弹性性质。总结了主要的发现和结论给出如下:(1)伸展长度越长AR绑定的弹性复原实验容易产生更大的内应力标本,获得十倍的韧性实验,导致严重的应力集中。CR颗粒和沥青之间的界面分离发生在标本,并生成洞摧毁AR粘合剂的连续性。因此,一些CR与高模量粒子不能被测试在弹性复原实验,导致实验结果低于实际值。AR绑定的毫米级的压缩变形的弹性实验很难受到铬粒子的影响,表明真正的弹性特性的基于“增大化现实”技术的含沥青粘结剂和CR准确。(2)与CR网格数量的增加,弹性模量之间的差异减少沥青和CR,这是由增强材料的界面,和沥青之间的接触面积,提高CR。这导致减少应力集中和界面粘结强度的增强,分别,提高界面分离的弹性恢复试验。因此,它只适用于评价材料的近似单相的身体。(3)即使是在最坏的情况(80%过载和H级路面),路面的实际压缩变形低于1毫米,这是接近基于“增大化现实”技术的力状态绑定测试的弹性实验。(4)弹性的实验时间(120分钟),远小于弹性复苏(200分钟- 230分钟),这有助于节省时间和降低复杂性。

数据可用性

使用的实验数据支持这些调查研究。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关这项研究的出版物。

确认

这项工作是支持的基础研究基金为中央大学、冠心病(批准号300102251711),中国学术委员会(批准号202006560027)。