新—旧沥青混合体系扩散机制及宏微观特性研究

发布时间：2020-08-14 19:40

【摘要】：道路建设将消耗大量资源并产生大量废料等污染物,随着资源、能源危机的出现,如何高效率的利用废旧沥青混合料(RAP)已成为科研工作者的研究重点。大多研究考虑了材料级配、沥青标号等对再生沥青混合料性能的影响,并提出相应控制指标,但铺筑的路面仍存在早期损害问题,这是因为没有考虑到新-旧沥青间扩散作用以及扩散程度对于混合料性能的影响。因此充分认识外场作用对扩散作用的影响,深入开展扩散作用宏微观机理的研究,对准确评价及设计再生混合料具有重要理论意义。首先,为了研究新-旧沥青混合体系在不同外场作用下的扩散规律,本文分析了再生沥青混合料中新-旧沥青的存在状态,并就此选择了适合的试件制备方法;根据沥青材料显著的粘弹特性,确定了以复数剪切模量G*为新-旧沥青扩散程度的表征参数,分析了G*在不同因素下的变化规律,并采用方差分析了影响扩散的主要因素。结果表明,新-旧沥青混合体系在80℃时就可发生扩散现象,但扩散程度较小;120℃条件下扩散两小时后体系基本达到扩散平衡状态;时间、温度均对新-旧沥青间的扩散具有显著性影响,温度的影响要更为显著,基质沥青品种对扩散的影响较小;不同温度下,G*随时间变化曲线具有相同的规律,先快速增加后逐渐变缓。为了表征G*随时间变化规律,选用Fick定律作为本文扩散模型。结果表明,对于给定的扩散系数D,Fick定律的计算值与实验值能够较好的吻合,验证了沥青混合料间新-旧沥青的扩散符合Fick定律。宏观实验中所选两种基质沥青,70#沥青的扩散效果相较90#沥青好,拟采用微观实验分析两种沥青的组分、分子结构、分子大小以探究原因。分别采用薄层色谱(TLC)、傅里叶红外光谱(FTIR)以及凝胶渗透色谱技术(GPC)对90#沥青、70#沥青的组分、分子结构、分子大小进行研究。结果表明70#基质沥青胶体结构偏于溶胶型、饱和酚和芳香酚含量较高、沥青内苯环含量占比较小,分子支链数较少,均对扩散起到促进作用,这些结果也与宏观实验结果相一致;一定程度上分子结构、四组分的比例对扩散效果的影响要大于分子大小对扩散效果的影响。为了探究新-旧沥青微观扩散过程,以分子仿真手段对宏观一些列结论进行验证,采用了分子模拟技术对新-旧沥青的扩散进行仿真模拟。结果表明,采用模拟技术得到的扩散系数与模拟总时间相关;NPT系综更适合本文所研究的扩散现象;适合的模拟总时间下,温度对扩散具有显著影响,四组分扩散进旧沥青的扩散速率大小分别为芳香酚饱和酚胶质沥青质,此结论也验证了70#沥青中芳香酚和饱和酚含量较高时,向老化沥青扩散较快的结论。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414
【图文】：

状态图,旧沥青,状态,沥青

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文方法并不能保证再生剂与老化沥青扩续新-旧沥青混合体系的试验提供思路的研究，认为再生沥青中新-旧沥青状主要发生在拌和过程中，为转移以及械搅拌的作用，一部分老化沥青即发的新沥青发生混合。之后，没有发生混合的老化沥青裹附沥青的薄层，加入的新沥青又会包裹了一个复合层状结构见图 1-1：新沥青

凹槽,回收沥青,模具制作,扩散机制

主要从微观及宏观角度，研究回收沥青混合料在再生过程扩散机制。重点分析扩散时间、温度等不同因素对新-旧沥影响。为减少实验过程不可控因素对试验结果的影响，本产的 90#基质沥青、70#基质沥青作为主要原材，采用实验化沥青来进行研究。制备与模具制作件模具制作主要研究新-旧沥青体系扩散机制，因此需在室内模拟回收沥青与新沥青的“接触-扩散”过程。同时，考虑到新-旧粘弹特性将会发生显著的变化，因此拟采用动态剪切流变沥青混合体系的宏观扩散过程。为了满足 DSR 试验试件的，采用硅胶制备了专用 DSR 模具。此种硅胶固化后材质制作两种模具，凹槽深度分别为 1mm 及 2mm，如图 2-1 所

老化实验,沥青,压力,沥青老化

第 2 章材料选择与研究分析方案90#基质沥青以及 70#基质沥青的短期老化根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）T0630-2011 中规定的旋转薄膜烘箱老化实验（RTFOT）进行，在 163℃条件下，对沥青老化 75min 后，将沥青短期老化的残留物用于压力老化实验（PAV），在 100℃，21 个大气压下进行老化实验，最终得到实验室长期老化沥青，长期老化沥青老化程度相当于道路服役 7~9年后沥青混合料中沥青的老化程度。

【参考文献】