胶粉改性沥青-集料界面效应及水的影响研究

发布时间：2021-01-11 00:56

　　胶粉改性沥青因其良好的路用性能、发展前景和环境效应,在工程中得到了广泛应用。现有的研究多聚焦于胶粉改性沥青结合料自身及其组成混合料的整体宏观性能的评价,而对胶粉改性沥青与集料颗粒之间复杂的界面交互作用行为认知尚欠,但沥青与集料的粘结处作为沥青混合料多相复合材料的薄弱点往往是导致材料整体失效的诱发点,例如,作为沥青路面常见病害类型的水损害就是由于界面处的沥青发生了剥离。因此,深入了解多环境工况下胶粉改性沥青与集料的界面交互作用对提升胶粉改性沥青与集料间界面性能具有深远的意义。本研究从多个尺度入手,对胶粉改性沥青与集料界面粘结作用的形成到破坏行为的发生进行了全过程的研究,并分析了水侵入对该过程的影响。首先,基于动态剪切流变试验研究了所用沥青胶结料的流变特性,明确了胶粉改性对不同条件状态下沥青流变特性的影响规律;然后,通过建立分子动力学模型模拟了胶粉改性沥青/集料间界面的分子行为,探究了界面粘结作用的分子机制,最后,通过圆盘拉伸（DCT）试验分析了界面的破坏过程及特性,采用图像处理方法厘清并量化了不同破坏特征模式,同时考虑了水浸入对不同尺度界面行为及性能的影响。为探究胶粉改性沥青在高低温、疲... 

【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

界面的空间结构[16]

随着世界汽车产业的大力发展,各国对于轮胎的需求量逐年快速增长[26],但是由于轮胎自身较强的耐久性以及较大的体积,造成它在报废后成为大量难以处理的废物来源之一[27]。早在1960年,胶粉就已经成为第二大类路面材料并得到广泛应用[28],根据美国制造商协会的数据表明,2017年全美废旧轮胎中有8%被用于土木工程领域。在沥青混合料中的应用主要通过两种方式实现,第一种是将废旧轮胎通过一种特定的机器剪切成不同尺寸大小的橡胶碎屑后,用作外加剂用于改性沥青性能,随后将与集料进行拌合形成混合料,这种方法被称为湿法。此外,另一种常用方式为胶粉代替矿料组成加入集料中,随后与沥青拌合形成混合料的干法。其中湿法过程中,胶粉会发生溶胀现象,如下图所示:在该过程中,沥青中的轻质组分会被胶粉吸收,发生溶胀现象,胶粉体积增大为原来的两到三倍,在高温作用下形成类似胶体的结构,需要注意的是该过程为物理过程而非化学反应[29,30]。其次,湿法制备胶粉改性沥青的过程中的能量消耗和环境作用情况都可达到较为满意的状态,同时有研究表明胶粉改性沥青的能源消耗量和温室气体排放量一般都较小[2],对环境有极其重要的意义。此外,采用胶粉改性沥青对路面的降噪作用更进一步表明了它具有环境可持续性[11]。在我国,胶粉改性沥青的应用种类主要包括高掺量胶粉改性沥青(通常胶粉含量大于35%)[31],温拌胶粉改性沥青[32]和复合胶粉改性沥青[33,34]。为了提升胶粉改性沥青的性能,解决其黏度过高的问题,可采用胶粉预处理的手段,主要包括化学方法和物理方法。最常见的方法为添加TOR交联剂促进橡胶颗粒和沥青中沥青质组分上硫原子的相互作用,有效提升胶粉改性沥青的低温性能[35,36]。此外,还可通过添加聚磷酸(PPA)和层状双氢氧化物(LDHs)的方法促进胶粉发生物化反应,使其结构分布更均匀,达到降黏效果[37,38]。物理方法的目的是提升胶粉与沥青间的相容性,增强沥青的流动性,通常在高温高压环境下,对胶粉进行活化处理,使其表面光滑度和分散性得到提升,也有研究者发现通过超声装置活化后的胶粉与基质沥青间的相容性得到了显著提升[10,39]。

本研究获取的来源于两种不同集料的DCT断面图像如下图所示:从图中可观察到两种不同石料的颜色主要为(a)中偏青绿色的A集料和(b)中偏红色的B集料,如果采用上述提到的二值法处理图像得到的结果如下图所示,由于集料颜色差异较大,所以仅通过二值法中对颜色仅有的两种处理结果难以辨别出断面图中颜色丰富的集料部分,尝试采用二值法得到的结果如下图所示:


本文编号：2969750