详情

原文传递老化对沥青-钢渣界面粘附特性的影响研究

论文题名：	老化对沥青-钢渣界面粘附特性的影响研究
关键词：	沥青老化;钢渣;拉拔试验;粘附特性;表面能理论
摘要：	近年来，环境问题越来越受到人们的关注，钢渣与废旧汽车轮胎由于得不到有效的再利用而成为棘手的问题，将废胶粉以及钢渣作为筑路材料，可以有效解决固体废物堆积占地和环境污染问题；热氧老化是沥青从生产到使用全寿命周期都会面临的问题，随着老化的加剧，沥青与集料间的粘附性逐渐失效，导致沥青路面出现开裂、松散和坑槽等病害。高海拔地区的紫外线辐照强度也远远高于平原地区，因此不仅需要研究热氧老化对沥青的影响，还需要考虑热氧、紫外老化的共同作用对沥青的影响。　　首先，对胶粉改性沥青和SBS改性沥青进行热氧老化以及热氧复合紫外老化，通过傅里叶变换红外光谱（FourierTransforminfraredspectroscopy，FTIR）分析老化对两种改性沥青的化学特性的影响；通过差示扫描量热分析（DifferentialScanningCalorimetry,DSC）和热重分析（ThermogravimetricAnalysis，TG）以及借助原子力显微镜（AtomicForceMicroscope，AFM）从物理特性上分析老化对沥青的影响。结果表明：老化使两种沥青的物理、化学性质改变，沥青发生氧化反应是主要因素。随着老化的加剧，羰基和亚砜基指数不断升高，沥青逐渐变硬而不易被软化，失重温度也随之升高，微观粘附力和粗糙度略有降低；通过对比两种沥青上述各指标可以发现，胶粉改性沥青有着更优异的抗老化能力。　　其次，分析钢渣与玄武岩在物理化学性质上的差异，通过X射线衍射法（X-RayDiffraction，XRD）和X射线荧光光谱仪（X-RayFluorescenceSpectrometer，XRF）分析两者元素组成的差异；借助混凝土孔结构测试的方法对两种集料进行孔结构分析、采用扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscope，SEM）从表观形貌分析两种集料的差异。结果表明：两者的主要成分占比截然不同，钢渣占比较高的元素依次为Ca、Fe、Si和Mg，而玄武岩占比较高的元素为Si、Al、Fe和Ca；钢渣相比于玄武岩来说，是一种多孔隙且表面粗糙的碱性集料，其碱值远大于玄武岩，并且钢渣与沥青可以形成良好锚固作用。　　然后，研究了沥青与钢渣的粘附特性。基于表面能理论，通过躺滴法测定了老化前后两种沥青、集料的接触角，并计算了表面能，结果表明：随着老化的加深，沥青的粘聚功表现出先升后降的趋势，而与钢渣的粘附功呈下降趋势；25℃下的玄武岩表面能略大于钢渣的表面能，说明玄武岩具有较好被沥青裹附的能力。基于粘附性拉拔试验，通过控制变量法分别将沥青种类、集料种类、沥青膜厚度、试验温度作为变量因素进行拉拔试验，分析老化条件下各因素对沥青-集料粘附特性的影响，结果表明：当沥青膜为400μm时，沥青与钢渣的粘附性由沥青主导，与集料种类关系不大；当沥青膜厚度为25μm时，沥青与钢渣的粘附性受沥青与钢渣的性质共同影响。沥青膜厚度为25μm时的粘附力大于沥青膜为400μm时的粘附力，试验温度降低会使粘附力增大。钢渣与胶粉改性沥青组合的拉拔试件具有更好的粘附性，并且该组合的抗老化能力也优于其他组合。　　最后，基于灰色关联分析法，将老化前后沥青、钢渣的各指标进行相关性分析，结果表明：与拉拔试验结果高度相关的指标依次为微观粘附力＞沥青与钢渣的粘附功＞沥青的粘聚功≥钢渣的表面能。　　综上所述，开展热氧以及热氧复合紫外老化条件下沥青与钢渣粘附特性的研究具有一定的现实意义。
作者：	薛志华
专业：	建筑与土木工程
导师：	王岚;郭朝阳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	内蒙古工业大学
学位年度：	2022