稻壳灰对沥青及沥青混合料的性能影响研究

发布时间：2020-11-07 12:57

　　 稻壳是一种十分充足的农业废料,控制稻壳燃烧条件制得的稻壳灰具有无定形二氧化硅含量高、比表面积大和多孔等特征,具有很高的活性。可考虑将其作为沥青改性剂改善基质沥青及其混合料的性能。但如何得到最有利于沥青改性的稻壳灰,以及如何制备改性沥青是稻壳灰改性沥青研究的关键性问题。因此,本文旨在通过正交试验研究总结高活性稻壳灰及稻壳灰改性沥青的制备工艺,并评价稻壳灰对沥青混合料路用性能的影响。此外,利用制备工艺的优化,最大限度减弱稻壳灰对沥青低温性能的不利影响。通过借鉴其他固体改性剂改性沥青制备工艺,确定保温消泡环节参数,并对预混保温环节进行控制变量研究,初步探索稻壳灰改性沥青的制备工艺。研究表明:改性沥青在135℃保温1h即可充分消泡。此外,预混保温环节可使稻壳灰在沥青中分散更均匀,提高改性沥青性能,10min就可达到目的。为得到活性稻壳灰的最佳制备工艺,综合考虑燃烧设备、升温速度、冷却速度、焚烧温度、焚烧时间和研磨时间等因素。并借助稻壳灰的平均颗粒粒径、比表面积、二氧化硅晶态和二氧化硅含量,以及将稻壳灰掺入沥青后的沥青三大指标和旋转黏度,对焚烧温度、焚烧时间和研磨时间进行正交试验研究。研究表明:将稻壳放入马弗炉中由室温升至700℃焚烧2h,焚烧完毕后直接将稻壳灰从炉中拿出,散落在托盘里室温冷却,最后在立式方形行星球磨机中湿磨15min即可得到高活性稻壳灰。该稻壳灰可以在最大限度减弱对沥青低温性能不利影响的同时,提高其高温性能。在初步提出稻壳灰改性沥青制备工艺的基础上,利用正交试验对高速剪切环节的四个影响因素:剪切时间、剪切温度、剪切速率和稻壳灰掺量进行优化。研究表明:将高活性稻壳灰过0.075mm筛,筛底按沥青质量的3%掺入沥青预混,放入150℃的恒温烘箱中保温10min。之后在150℃的恒温条件下以5000r/min的剪切速率剪切沥青10min。最后将改性沥青放入恒温烘箱中135℃消泡1h,即可完成稻壳灰改性沥青制备。该改性沥青可在最大限度减弱稻壳灰对沥青低温性能的不利影响的同时,提高其高温性能。最后,通过马歇尔稳定度试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验和低温弯曲试验,对比研究了稻壳灰改性沥青与基质沥青混合料的力学性能、水稳定性、高温性能和低温性能。研究表明:稻壳灰可提高沥青混合料的强度、抗变形能力、水稳定性和高温稳定性。虽然稻壳灰会轻微降低沥青混合料的低温抗裂性,但其仍能满足实际工程的使用需求。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U414
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 活性稻壳灰
        1.2.1 微观结构
        1.2.2 活性影响因素
    1.3 稻壳灰改性沥青
        1.3.1 制备工艺
        1.3.2 改性机理
        1.3.3 沥青性能
        1.3.4 沥青混合料性能
    1.4 论文研究内容及技术路线
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 技术路线
2 活性稻壳灰制备工艺
    2.1 试验方案设计
    2.2 最佳活性稻壳灰制备工艺
        2.2.1 极差分析
        2.2.2 方差分析
    2.3 本章小结
3 稻壳灰改性沥青制备工艺
    3.1 试验方案设计
    3.2 稻壳灰改性沥青制备工艺最优化
        3.2.1 极差分析
        3.2.2 方差分析
    3.3 本章小结
4 稻壳灰改性沥青混合料路用性能研究
    4.1 沥青混合料配合比设计
        4.1.1 矿料配合比设计
        4.1.2 确定最佳油石比
    4.2 水稳定性
    4.3 高温性能
    4.4 低温性能
    4.5 本章小结
5 结论
    5.1 结论
    5.2 进一步研究的问题
参考文献
致谢

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本文编号：2873980