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原文传递基于声发射的硅藻土改性透水沥青混合料力学及低温性能研究

论文题名：	基于声发射的硅藻土改性透水沥青混合料力学及低温性能研究
关键词：	透水沥青混合料;硅藻土;低温抗裂性;水稳定性;声发射
摘要：	随着城市化的发展，虽然通过铺设大量密级配的沥青路面解决了交通出行方面的问题，但该种路面对城市水循环、雨水自然沉降和地下水位高度造成了负面影响，容易引起城市洪涝灾害、地下水位降低和污染地下水资源等问题。透水沥青混合料是建设海绵城市的重要路面材料，广泛应用于停车场和轻交通荷载路面。与密级配沥青路面相比，开级配透水沥青磨耗层（OGFC）的空隙率较高，能够减少地表雨水径流、补充地下水、吸收交通噪声和提高路面抗滑性。但是用于铺设OGFC的透水沥青混合料有着力学性能不足、低温性能较差和耐久性不满足路面使用年限等问题。因此沥青路面材料相关的研究者通过对透水沥青混合料进行改性来解决以上问题，希望在不影响其渗透能力的同时，提高透水沥青混合料的强度、低温抗裂性和耐久性。　　硅藻土是天然沉积形成的无机矿物质，在我国吉林长白山有大量储备，二级硅藻土产品在近些年逐渐被用于建筑施工材料的研究中。与矿粉相比，硅藻土的比表面积更大并具有多孔结构，因此用于沥青混合料中可以吸附更多的自由沥青形成结构沥青，并且硅藻土的密度要低于矿粉，还具有耐磨、绝缘、吸热和有吸附性等物理性质，作为填料有着比矿粉更好的表现。此外，硅藻土也是天然环保的无污染产品，可以促进可持续发展。硅藻土作为无机改性剂，制备改性沥青的工艺较简单且易于储存，改性后的沥青能够提高沥青结合料之间的粘度并改善透水沥青混合料的低温抗裂性能。　　本文依托吉林省科技厅的“严寒地区生态绿色透水路面材料研究与应用”项目，基于高寒季节冻土地区的路面施工要求，研究了硅藻土改性沥青的基本性能、硅藻土改性透水沥青混合料的力学性能和低温性能和基于声发射的低温劈裂过程中微裂缝的产生及宏观断裂行为研究。本文旨在研究硅藻土的掺量变化对沥青和透水沥青混合料的力学性能以及低温性能有何影响，开发一种在保证渗透性能满足要求的同时又兼具一定的强度和抗低温开裂能力的硅藻土透水沥青混合料。本文的主要研究内容如下：　　（1）利用高速剪切仪制备了5%、10%和15%的硅藻土含量的改性沥青，进行了针入度、软化点和延度的三大指标测定，测定了25℃的沥青弹性恢复性能，还测定了沥青的旋转粘度并给出了施工中的拌合和压实温度。并基于延度试验进行了低温测力延度试验，通过计算测力延度指标来综合评价不同含量的硅藻土改性沥青的低温性。结果表明10%的硅藻土改性沥青的低温性能最好。　　（2）确定了透水沥青混合料的级配，以等体积的硅藻土代替矿粉，在最佳油石比下成型马歇尔标准试件。之后对马歇尔试件进行了、体积特征、水稳定性和低温抗裂性等试验。结果表明，掺量为10%的硅藻土改性透水沥青混合料的水稳定性最好，15%硅藻土含量的透水沥青混合料的低温抗裂性最佳。　　（3）通过低速位移控制提供稳定的荷载，使试件在加载初期产生稳定扩展的微裂缝，利用声发射采集加载过程中的多种声发射特征信息，通过基于RA和AF的变化关系来区分断裂模式的主导变化。并根据b值研究，发现15%的硅藻土改性透水沥青混合料容易形成宏观裂缝，综合考虑10%的硅藻土的沥青混合料的低温抗裂性最佳。
作者：	刘航
专业：	道路与铁道工程
导师：	刘寒冰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022