摘要
矿粉作为沥青胶浆的主要组成部分，自身性质的优劣将直接影响沥青胶浆性能的好坏，继而对沥青混合料力学性能产生一定影响。为了研究矿粉性质及其与沥青胶浆性能的关系，各国学者开展了大量工作，但由于矿粉颗粒粒度较小且极易凝聚成团，难以对矿粉形态特性进行定量表征，使得矿粉形态特性与沥青胶浆性能之间的关系仍不明确。目前针对矿粉形态特性研究多基于扫描电子显微镜影像技术，但无法定量描述其不同量化指标。为了解决上述问题，本文通过自主开发的矿粉样品载片法，借助数字图像技术对矿粉形态特性进行了定量表征，并在矿粉基本性质基础上进一步研究了矿粉形态特性对沥青胶浆性能的影响规律。 采用相同的研磨工艺和筛分法制备了十二种矿粉，测试了其基本性质。对于任一岩性矿粉，其亲水系数均小于1，且随着粒度的减小，密度和孔隙率逐渐降低，比表面积逐渐增大；与玄武岩矿粉相比，石灰岩矿粉（CaO含量较高）和花岗岩矿粉（SiO2含量较高）颗粒具有较丰富的褶皱，微观结构较复杂。 创建了矿粉单颗粒均匀分布载片法，借助数字图像技术对矿粉形态特性进行了定量表征和评价。结果表明，对于任一岩性矿粉，随着粒度的减小，轮廓形状越来越规则，棱角性和表面纹理越来越不丰富；对于相同粒度范围的矿粉，花岗岩矿粉相比于石灰岩矿粉和玄武岩矿粉具有较规则的轮廓形状以及较丰富的棱角性和表面纹理；采用形状因子、棱角性特性评价指标AI1和分形维数更能分别体现矿粉岩性和粒度范围的变化对其轮廓形状特性、棱角性特性和表面纹理特性的敏感性。 在矿粉基本性质基础上，研究了矿粉形态特性对矿粉与沥青界面性能的影响规律及其关联关系。结果表明，与玄武岩矿粉相比，石灰岩矿粉和花岗岩矿粉颗粒排列堆积状态及其表面形貌不利于高温沥青的快速浸润，界面区分布着微小孔洞或细微孔隙，褶皱和凸起较多；在沥青和矿粉体积分数一定条件下，矿粉单位体积比表面积越大，SiO2含量越低、轮廓形状越规则、棱角性越不丰富，矿粉与沥青界面性能越好，而矿粉表面纹理特性对矿粉与沥青界面性能的影响并不显著；矿粉与沥青界面性能与矿粉比表面积和轮廓形状特性关联性较好，而与矿粉其它性质关联性较差。 构建了分数阶导数动态粘弹性模型，通过对沥青胶浆在不同试验温度条件下的动态剪切流变试验结果拟合分析确定了拟合参数，明确了其物理意义，并将矿粉综合形态特性与拟合参数进行了关联分析。结果表明，构建的分数阶导数动态粘弹性模型能精确可靠地描述沥青胶浆在不同试验温度条件下的动态剪切流变性能；采用轮廓形状较规则和棱角性较丰富的石灰岩矿粉或采用棱角性和表面纹理较丰富的花岗岩矿粉制备的沥青胶浆有助于提高其高温抗变形能力；沥青胶浆温度敏感性与矿粉综合轮廓形状特性和综合棱角性特性关联性较好，而与矿粉综合表面纹理特性关联性较差。 构建了分数阶导数Burgers蠕变损伤模型，通过对沥青胶浆低温弯曲蠕变劲度试验结果拟合分析确定了拟合参数，提出分别采用损伤因子和松弛时间作为评价沥青胶浆低温蠕变损伤行为和低温应力松弛能力的指标，并将矿粉综合形态特性与损伤因子和松弛时间进行了关联分析。结果表明，构建的分数阶导数Burgers蠕变损伤模型与沥青胶浆低温弯曲蠕变劲度试验结果吻合性好，精确度高；在蠕变加载中前期，石灰岩矿粉综合轮廓形状特性和综合棱角性特性或花岗岩矿粉综合轮廓形状特性和综合表面纹理特性对损伤因子起主要作用，而在蠕变加载中后期，石灰岩矿粉综合轮廓形状特性和综合表面纹理特性或花岗岩矿粉综合棱角性特性和综合表面纹理特性对损伤因子起主要作用；在蠕变加载过程中，松弛时间与矿粉综合轮廓形状特性关联性较差，而与矿粉综合表面纹理特性关联性较好。
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