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原文传递冰雪地区橡胶颗粒沥青混合料应用技术的研究

论文题名：	冰雪地区橡胶颗粒沥青混合料应用技术的研究
关键词：	冰雪地区;橡胶颗粒;沥青混合料;成型工艺;配合比设计
摘要：	冰雪地区路面行车安全问题一直是困扰道路交通部门的难题，寻求科学有效的路面抑制冰雪技术成为研究的重点。橡胶颗粒沥青混合料是将废旧橡胶轮胎破碎成一定形状和粒径的颗粒，以骨料的形式直接添加于沥青混合料中，用以代替部分集料而形成的新型沥青混合料。由于具有高弹特性的橡胶颗粒的存在，改变了橡胶颗粒沥青路面表面冰雪层的受力状态和冰雪与路面的粘结状态，使橡胶颗粒沥青路面能够有效地抑制路面积雪结冰，从而为季节性冰冻地区的抑制路面冰雪问题提供了新的解决方案。而且，随着废旧橡胶轮胎污染问题的日趋严重，其回收利用技术日益成为研究热点，而橡胶颗粒沥青混合料的应用为废旧橡胶轮胎回收利用提供了有效途径。但是长期以来，对橡胶颗粒沥青混合料技术还缺乏系统的研究。　　为此，本论文就橡胶颗粒的技术性质、橡胶颗粒沥青混合料组成设计方法、成型工艺及其除冰雪性能等问题，对橡胶颗粒沥青混合料应用技术进行了系统研究。论文的主要研究工作如下：　　⑴橡胶颗粒技术性质的研究。从橡胶颗粒的形状特性、表面特性和力学特性角度入手，分析了橡胶颗粒的技术性质对橡胶颗粒沥青混合料压实特性、体积特性、弹性变形特性和耐久性能等的影响，并最终确定出沥青混合料用橡胶颗粒的技术指标要求。　　研究结果表明，橡胶颗粒的形状特性和力学特性对混合料的性能影响较大，随细长扁平颗粒含量的减小，硬度的增大，混合料的压实特性、体积特性和使用的耐久性增强；橡胶颗粒的表面特性的差异对混合料性能有一定影响，但其影响并不显著。　　⑵橡胶颗粒沥青混合料级配组成设计方法的研究。对橡胶颗粒沥青混合料组成材料的配比范围、级配组成设计方法、最佳沥青用量的确定方法等进行了研究。　　首先，采用多目标的星点设计—效应面法，确定了混合料中粗集料、橡胶颗粒和粗橡胶颗粒的配比范围；在此基础上，运用体积设计法进行了混合料配合比设计；针对橡胶颗粒沥青混合料组成材料的特点，提出修正的马歇尔法用于橡胶颗粒沥青混合料最佳沥青用量的确定，在考察常规马歇尔体积指标的基础上，增加飞散损失率这一评价指标；最后，进行了混合料路用性能验证。　　⑶橡胶颗粒沥青混合料成型工艺的研究。对原材料加热温度、材料投放顺序、拌和温度、拌和时间、成型温度以及成型方法等对混合料性能的影响进行了研究，并通过室外试验路段的铺筑研究了橡胶颗粒沥青路面的碾压工艺。　　研究结果表明，橡胶颗粒沥青混合料的原材料加热温度及拌和、成型温度应较普通沥青混合料提高10～20℃，具体温度根据沥青品种确定；在拌和过程中，应首先将橡胶颗粒与石料进行干拌，时间控制在25～35s，然后依次加入沥青和矿粉分别拌和90s；混合料的室内成型工艺宜采用振动与马歇尔击实的组合方法；并且需要在70～85℃条件下进行二次成型；相应的路面施工须采用两阶段碾压施工工艺。　　⑷橡胶颗粒沥青路面除冰雪性能的研究。首先对橡胶颗粒沥青路面的除冰雪机理进行了研究；然后采用数值模拟试验方法对橡胶颗粒分布层位、橡胶颗粒掺量、温度、上面层厚度及基层结构类型等不同的情况下路面表面冰层的受力情况进行了分析，确定了橡胶颗粒沥青路面除冰雪性能的影响因素及相应的影响规律；对橡胶颗粒沥青路面的除冰雪效果的评价方法和评价指标进行了研究；进行了室内除冰雪效果试验研究；并最终确定了橡胶颗粒沥青路面除冰雪性能的适用范围。　　研究结果表明，路面表面冰层的破坏主要是由剪切破坏引起的；橡胶颗粒的掺加，改变了路面的变形特性和冰雪与路面的接触状态，在荷载作用下，橡胶颗粒周围的应力集中、冰雪层与路面变形的不协调以及界面粘结强度降低的共同作用，使橡胶颗粒沥青路面具有了除冰雪性能。橡胶颗粒沥青路面的除冰雪效果受橡胶颗粒分布层位、掺量、橡胶颗粒沥青混合料面层厚度、冰层厚度、基层类型和温度等的影响；温度低于-12℃或冰层厚度大于9mm时，其抑制冰雪效果丧失。　　⑸实体工程的铺筑和性能观测分析。在室内研究的基础上，铺筑了试验路，对室内研究成果进行了验证。通过试验路使用性能的观测，证明了橡胶颗粒沥青混合料良好的使用效果和推广应用价值。
作者：	周纯秀
专业：	道路与铁道工程
导师：	谭忆秋
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文