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原文传递溶剂型冷拌冷铺沥青混合料力学特性演化及性能提升技术

论文题名：	溶剂型冷拌冷铺沥青混合料力学特性演化及性能提升技术
关键词：	溶剂型冷拌冷铺沥青混合料;混合料;集料粒径;力学特性;演化规律;热稳定性
摘要：	溶剂型冷拌冷铺沥青混合料，具有适用温度范围广、便于储存运输、成本低等诸多优点，能够有效减少拌和过程中能源资源的消耗和污染性烟尘的排放，符合可持续发展的理念，是未来发展的必然趋势之一。但是目前冷拌冷铺沥青混合料仍没有形成完善的设计理论与评价指标，早期强度低、强度生成慢、水稳定性差问题普遍存在。为此，本文从溶剂型冷拌冷铺沥青出发，对比分析了沥青养生前后成分与结构上的差异，揭示了混合料的强度生成机理。然后从沥青、胶浆、胶砂、混合料几个不同层次对力学特性演化规律展开研究，在此基础上，提出合理的混合料性能提升技术，并结合室内试验与实际工程加以验证。　　通过一系列的材料检测技术，对比分析了沥青养生前后成分与结构上的差异。试验结果表明，与未养生沥青相比，养生后沥青的官能团种类不变，数量增加，小分子量成分减少而大分子量成分增加，表面形态由蛛网状光滑结构逐渐变为山峰状粗糙结构。挥发物成分检测结果表明，养生过程的实质是稀释剂组分挥发的物理变化过程。随着稀释剂组分的减少，沥青表现为粘度增大，热稳定性提升，在混合料层面表现为强度的增长。　　根据提出的拟合模型对沥青及胶浆的力学特性演化规律进行了分析。基于广义的Sigmoidal模型提出适用于不同层次力学特性的拟合模型，明确模型中参数的确定方法。采用旋转粘度试验确定了沥青在不同养生温度条件下表观粘度随养生时间的变化规律，验证了力学特性拟合模型在沥青层面的适用性较好。采用动态剪切流变试验确定不同粉胶比的胶浆在不同养生温度、不同养生时间条件下复数模量和相位角的主曲线，对比分析了粉胶比、养生温度及养生时间对复数模量和相位角主曲线的影响。利用移位因子得到不同类型胶浆在25℃的复数模量主曲线，分析了加载频率1Hz与10Hz对应的复数模量随养生温度与养生时间的变化规律，验证了力学特性拟合模型在胶浆层面的适用性较好。　　根据提出的拟合模型对胶砂及混合料的力学特性演化规律进行了分析。提出了胶砂小梁成型与测试方法，研究了两种胶砂在不同养生温度与养生时间条件下弯拉强度的变化规律，验证力学特性拟合模型在胶砂层面的适用性较好。提出溶剂型冷拌冷铺沥青混合料的配合比设计方法，研究了四种级配混合料在不同养生温度与养生时间条件下劈裂强度的变化规律，验证了力学特性拟合模型在混合料层面的适用性较好。　　采用离差标准化方法将不同层次的力学特性归一化，对比分析了集料粒径与混合料级配对力学特性增长速度的影响。结果表明，从结合料到混合料层面，随着集料粒径的增大，AC级配混合料的力学特性增长速度下降，LB级配混合料的力学特性增长速度提升。在相同的研究层面，LB级配的力学特性增长速度比AC级配更快。　　提出溶剂型冷拌冷铺沥青混合料性能评价方法，对混合料的初始强度及水稳定性进行评价。马歇尔稳定度与冻融劈裂试验结果表明，现有冷拌沥青混合料初始强度与水稳定性不满足路用性能需求。采用改善填料和添加外加剂的措施实现混合料性能的优化，室内试验和实际工程的结果表明，填料使用水泥，并在沥青中添加2%的水性环氧树脂的LB级配混合料是较为合理的性能提升方案。
作者：	范雷
专业：	交通运输工程
导师：	易军艳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021