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原文传递高掺量橡胶沥青混合料关键技术研究

论文题名：	高掺量橡胶沥青混合料关键技术研究
关键词：	橡胶沥青;高掺量;路用性能;降噪功能
摘要：	在我国沥青路面面临日益提高的材料性能要求以满足交通量和轴载急剧增加、气候变化的背景下，针对当前社会对于降低交通噪声的迫切需求，结合废旧轮胎回收利用率不足所造成环境污染问题日益突出的现状，本研究立足于传统橡胶沥青混合料橡胶掺量受限以及路用性能与路用功能存在相互制约的缺陷，以提升橡胶沥青混合料的降噪功能为导向，以提高橡胶掺量为核心目标，从橡胶沥青反应机理与混合料降噪机理、高掺量橡胶沥青制备工艺、干湿复合高掺量橡胶沥青混合料设计方法、高掺量橡胶沥青混合料路用性能及降噪功能等方面展开系统研究，形成高掺量橡胶沥青混合料关键技术，为低噪声、高性能、环保型、经济性沥青路面的实际应用奠定基础。　　结合微观试验和溶解度试验，明确了橡胶沥青的反应机理，橡胶沥青主要作用机制为溶胀和降解。溶胀反应促使橡胶沥青高温性能和弹性显著增强，降解反应则会引发橡胶沥青高温性能回落和粘性增强，橡胶沥青的性质与反应阶段密切相关。对于不同的反应温度（170~230℃）和搅拌速率，胶粉都会吸收沥青中的轻质油分产生溶胀，但只有温度达到190℃时，充分溶胀的胶粉才会开始降解，即温度是影响橡胶沥青反应的关键参数。结合橡胶沥青的反应机理和轮胎-路面噪声的降噪机理，指出并改进了传统观点中橡胶沥青混合料降噪机理的不足之处，进而明确干法和湿法橡胶沥青混合料工艺的目标侧重点，湿法应测重于沥青改性，干法则聚焦于降噪。　　以复数模量、相位角和弹性恢复作为橡胶沥青降噪功能评价指标、以三大指标作为橡胶沥青路用性能评价指标以及以粘度作为橡胶沥青施工和易性控制指标，检测对比不同胶粉掺量（15~35%）、不同反应温度（170~230℃）以及不同反应时间（8~225min）下橡胶沥青的性能和功能表现，以橡胶沥青溶解度为指导，分析明确橡胶沥青性质表现随胶粉掺量和反应条件的变化规律及其内在机理，进而指导橡胶沥青制备条件的调整和优化。最终确定了高掺量橡胶沥青的制备工艺：胶粉掺量为35%，芳烃油掺量为7.5%，反应温度为230℃，反应时间为225min，搅拌速率为800r/min。在充分保障橡胶沥青施工和易性的基础上，有效改善橡胶沥青路用性能和降噪功能。　　坚持既充分发挥高掺量大粒径橡胶颗粒降噪优势，又保证混合料具备可靠的路用性能的原则，结合高掺量大粒径橡胶颗粒的材料特性，采用改进主骨架空隙填充法进行骨架密实型结构橡胶沥青混合料的级配设计，细集料的间断为橡胶颗粒提供了填充空间。考虑到橡胶颗粒与矿料难以混合均匀，并且与沥青在高温条件下接触会发生溶胀反应，对拌合工艺进行改进，增加拌和时间并增设“高温闷料”环节，充分保证橡胶沥青混合料成型后的体积稳定性和力学性能。当橡胶颗粒掺量不超过矿料质量的2.5%时，混合料实测的体积参数与设计值接近，并且骨架间隙率小于粗集料捣实状态下的间隙率，表明了设计方法对于高掺量橡胶沥青混合料设计的适用性。　　考虑到路表纹理中开口孔隙连通状态对于空气泵机制的重要影响，在构造深度指标的基础上，考虑开口孔隙的连通度，提出有效构造深度指标，作为混合料纹理降噪评价指标，结合混合料减振降噪评价指标复数模量和相位角，更加准确有效地反映混合料的降噪水平。　　试验结果显示，2.5%橡胶颗粒掺量橡胶沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性能以及减振降噪能力显著优于AC和SMA，水稳定性稍差，纹理降噪能力则与SMA表现接近，远高于AC。当去除橡胶沥青混合料中13.2mm以上粒径集料时，除高温稳定性有所下降外，低温抗裂性能、水稳定性、减振降噪以及纹理降噪能力表现出明显改善，虽然高温稳定性水平有所下降，但也保持了较高的水平，与采用SBS改性沥青的SMA混合料接近。
作者：	李树仁
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	朱湘;胡建英;张玉贞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021