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填料对沥青胶浆高低温性能的多维影响及性能预测模型构建

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代道路工程领域，沥青混合料作为主要的路面材料被广泛应用，其性能优劣直接关乎道路的使用品质与寿命。而沥青胶浆，作为沥青混合料的关键组成部分，由沥青与填料组成，虽在沥青混合料中占比相对较小，却在很大程度上决定着混合料的性能。沥青胶浆在沥青混合料里起着粘结集料颗粒、填充空隙的关键作用，是影响沥青混凝土路面性能的核心因素之一。

在实际的道路使用过程中，沥青路面需要承受车辆荷载的反复作用，同时还要经受不同温度环境的考验。高温时，沥青胶浆若性能不佳，会导致路面出现车辙、拥包等病害，影响行车舒适性与安全性；低温时，沥青胶浆的性能不足则易引发路面开裂，水分通过裂缝渗入基层，进一步加速道路结构的损坏，缩短道路使用寿命。因此，深入研究沥青胶浆的性能，尤其是其高低温性能，具有重要的现实意义。

填料作为沥青胶浆的重要组成部分，对沥青胶浆的高低温性能有着显著影响。不同种类的填料，由于其物理和化学特性各异，如粒径大小、硬度、化学成分等，在与沥青相互作用时，会使沥青胶浆表现出不同的性能。通过研究填料对沥青胶浆高低温性能的影响，可以为合理选择填料种类和确定填料最佳掺量提供科学依据，从而优化沥青胶浆的性能，提高沥青混合料的高低温性能，减少道路病害的发生。

此外，对沥青胶浆性能进行准确预测在工程实践中具有重要的指导价值。传统的通过大量试验来确定沥青胶浆性能的方法，不仅耗费大量的人力、物力和时间，而且难以全面考虑各种因素对性能的综合影响。而建立有效的性能预测模型，能够在设计阶段快速准确地预测沥青胶浆在不同条件下的性能，为道路工程的设计、施工和维护提供有力的技术支持，有助于合理规划工程成本，提高工程质量和效率。

1.2国内外研究现状

国内外众多学者在填料对沥青胶浆高低温性能影响及性能预测方面开展了大量研究工作。

在填料对沥青胶浆高低温性能影响的研究中，学者们针对不同类型的填料展开了广泛探讨。在矿物填料方面，研究发现石灰石、大理石、玄武岩等天然矿石制成的填料，因化学成分、晶体结构和物理性质的差异，对沥青胶浆性能的改善效果各不相同。例如，某些富含硅酸盐的矿物填料能够提高沥青的粘度和温度稳定性；而具有特殊表面性质的矿物填料，则能增强与沥青的相互作用，进而提升沥青胶浆的力学性能。在工业废料填料领域，有研究将粉煤灰、矿渣等工业废料作为填料应用于沥青胶浆中，发现它们在一定程度上可以改善沥青胶浆的性能，同时实现工业废料的资源化利用，具有良好的经济效益和环境效益。对于纤维类填料，如木质素纤维、聚酯纤维等，它们的加入可以增强沥青胶浆的韧性和抗裂性能，尤其在低温条件下，能有效减少路面裂缝的产生。

在沥青胶浆性能预测方面，早期主要采用经验公式和半经验公式进行预测，但这些方法往往受到诸多限制，预测精度较低。随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，越来越多的研究者开始运用机器学习、神经网络等方法建立性能预测模型。例如，有研究运用人工神经网络强大的学习和预测能力，建立以粉胶比、温度、角速度为输入参数，以复数模量为输出参数的神经网络预测模型，为快速准确地预测沥青胶浆的复数模量提供了新途径。此外，还有学者采用支持向量机、遗传算法等优化算法与机器学习模型相结合的方式，进一步提高了性能预测的精度和可靠性。

尽管国内外在该领域取得了一定的研究成果，但仍存在一些不足与空白。部分研究仅针对单一类型的填料进行研究，缺乏对多种填料综合作用的系统分析；对于填料与沥青之间的微观相互作用机制，尚未完全明确；在性能预测方面，现有的预测模型大多基于实验室数据建立，在实际工程应用中的适应性和可靠性还有待进一步验证。因此，有必要开展更深入的研究，以填补这些研究空白，完善该领域的理论和技术体系。

1.3研究内容与方法

本研究将全面深入地探讨常见填料对沥青胶浆高低温性能的影响。选取石灰岩矿粉、水泥和消石灰这三种在道路工程中广泛应用的常见填料，运用先进的高温动态剪切流变仪（DSR）与低温弯曲梁流变仪（BBR）进行试验。通过改变粉胶比、温度、频率等因素，系统研究不同填料在这些因素影响下的高低温性能变化规律。同时，尝试用水泥部分或全部替代石灰岩矿粉，研究不同水泥替代比例、不同粉胶比的沥青胶浆高低温性能情况，从高低温性能角度确定水泥替代矿粉的最佳比例，为道路工程中填料的选择和应用提供科学依据。

在研究掺加Sasobit温拌添加剂对矿粉填料沥青胶浆的影响时，根据相关研究，将Sasobit掺量设定为沥青质量的3％。采用石灰岩矿粉作为填料，设置粉胶比为0.6、0.9、1.2，运用DSR和BBR来深入研究掺加Sasobit对沥青胶浆高低温性能的影响。从高低温性能角度出发，提出掺加Sasobi