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原文传递长大隧道路面多孔彩色冷拌环氧沥青混合料开发及性能研究

论文题名：	长大隧道路面多孔彩色冷拌环氧沥青混合料开发及性能研究
关键词：	公路隧道;筑路材料;改性沥青;纳米技术
摘要：	我国是一个山脉多、水域宽的国家，随着我国公路交通事业的发展，公路建设将面临越来越多高山深壑等复杂的自然环境，由于公路隧道能够克服高程障碍，缩短线路长度，减小坡度和曲率，得到了广泛的应用，并一直呈逐年递增的发展趋势。在公路隧道中，长大隧道所占的比例越来越高，在长大隧道内铺设普通热拌沥青混合料会有很多“软肋”，如施工期间的烟尘大、能耗高、运营期间的水损害、使用耐久性、防火灾以及行车安全性问题等都无疑限制了普通热拌沥青混合料在公路隧道路面铺装中的应用。本研究主要内容包括：　　⑴根据公路隧道内的特殊使用环境开展路面结构与材料研究，制备出一种超支化聚合物表面修饰纳米改性剂粒子，采用傅里叶红外光谱(FTIR)及热失重分析(TG)表征该体系的微观分子结构，证明实现了超支化聚合物表面共价修饰纳米改性剂粒子。将超支化修饰纳米改性剂粒子对环氧树脂进行增韧改性，并结合相容剂、复配常温固化剂体系，与脱色沥青复合制各出一种具有优异力学性能及低温韧性、适合隧道路面铺装的冷拌环氧沥青胶结料。通过二维相关红外光谱技术阐释了其固化机理为环氧基首先与复配固化剂体系中的协同固化剂ZW-2发生不完全固化反应，形成部分凝胶网络，之后在25℃恒温下，继续与基础固化剂CW-1的胺基反应，生成羟基和醚键，最后再与羟基反应生成不同结构的醚键;运用非等温DSC差热扫描量热法技术研究了冷拌环氧沥青体系的固化反应动力学，通过Kissinger和Ozawa两种模型对体系的活化能进行计算，该体系的固化动力学行为符合自催化模型，实验结果与Sesták-Berggren模型理论计算结果相一致。　　⑵通过对多孔沥青混合料设计方法的分析，结合室内试验研究结果，从设计的各个关键指标出发，对多孔彩色冷拌环氧沥青混合料的配合比和最佳沥青用量进行设计和试验，提出了多孔彩色冷拌环氧沥青混合料的耐久性设计目标，采用目标空隙率为20％，最终确定多孔彩色冷拌环氧沥青混合料的最佳油石比和级配组成，为其应用推广提供了数据参考:同时通过分析不同色粉用量下多孔彩色冷拌环氧沥青混合料的马歇尔稳定度变化规律可知，色粉对混合料马歇尔稳定度的影响十分微小，可忽略不计;对冷拌环氧沥青混合料的高温性能、低温性能、疲劳性能和水稳定性能进行了室内试验分析，表明其具有优异的路用性能，且施工工艺简单可控;通过氧指数、烟密度、约束燃烧试验得出，相对于普通改性沥青和高粘改性沥青，冷拌环氧沥青具有较高的氧指数和较低的烟密度等级，同等燃烧条件下，多孔彩色冷拌环氧沥青混合料比普通改性沥青混合料和高粘沥青混合料燃烧质量损失与结构破坏小，说明冷拌环氧沥青具有较好的阻燃性能;其在生产和施工过程中实现了真正的零排放，是目前最为环保的混合料生产方式之一，在保证施工质量的同时确保了施工人员的身体健康。　　⑶比较分析视觉功效原理的隧道彩色路面行车安全性评价方法，阐述了基于反应时间的视觉功效法可以用来评价隧道照明环境下路面色彩对视觉功效的影响。以三种不同路面颜色为研究对象，对比了不同背景亮度、视标对比度和偏心角对驾驶员在中间视觉状态下反应时间的影响，表明驾驶员反应时间与路面颜色、背景亮度、视标对比度和视标偏心角有关，随着背景亮度的增大和视标对比度的增大，驾驶员的反应时间减小，反应速度越快;随着视标偏心角增大，反应时间会增大，即反应速度变慢。在各种试验情况下，当隧道路面采用绿色时，相比黑色与红色路面受试者反应时间最短，反应速度最快，可以提升对行车过程中的突发事件的反应能力，提高隧道行车安全性。　　⑷通过研究隧道内多孔彩色冷拌环氧沥青混合料的施工技术，发现其施工工艺简单可控，具有良好的应用推广前景。本文将高分子材料、道路工程、色彩学、交通安全等学科结合，建立隧道路面研究设计方案和设置方法，填补了该方面的研究空白，为其推广应用提供了理论依据和技术支持，可更好的推动我国公路隧道建设的发展及技术进步。
作者：	张毅
专业：	土木工程；桥梁与隧道工程
导师：	蒋树屏
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文