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原文传递基于微观特征的建筑再生集料强化及其沥青混凝土性能研究

论文题名：	基于微观特征的建筑再生集料强化及其沥青混凝土性能研究
关键词：	建筑再生集料;沥青混凝土;复合强化;微观结构;宏观性能
摘要：	从废旧建筑混凝土破碎得到的再生集料是一种多物相结构材料，其制备的沥青混合料存在油石比增加、路用性能衰减等问题，难以在沥青路面结构中推广应用。目前，再生集料沥青混合料（Recycledaggregateasphaltmixture，简称RAAM）研究多集中于再生集料掺量对其性能影响，针对再生集料性能强化及RAAM中薄弱界面过渡区研究关注度不足。为此，本论文围绕强化前后再生集料对RAAM路用性能及薄弱界面过渡区影响展开试验研究，并验证强化后RAAM应用在沥青路面中、下面层结构中的可行性。　　首先，通过检测各档粒径范围建筑再生集料密度、吸水率、压碎值、磨耗值、含泥量与沥青粘附性等基本性能指标，分析建筑再生集料与天然集料性能差异；并采用研磨试验磨耗建筑再生集料，明确了附着水泥砂浆对其颗粒体基础力学性能的影响；针对建筑再生集料基础性能表征，选择离散程度较大的吸水率、压碎值作为强化后建筑再生集料性能量化的主要指标。　　其次，选用钠水玻璃、乳化沥青、渗透型防水剂、水性聚氨酯对建筑再生集料进行强化处理，采用SEM扫描电镜、EDS能谱分析强化前后集料微观形貌和元素分布特征。结果表明：钠水玻璃强化因酸性集料表面和干缩裂缝的存在，集料吸水率较高、与沥青粘附性差；乳化沥青有效降低集料吸水率、压碎值，但填充砂浆孔隙中的破乳沥青耐高温性较差，易出现集料粘连成块，吸水率、压碎值二次升高现象；渗透型防水剂填充砂浆细微孔隙形成交错基面，集料吸水率接近满足技术规范要求；“渗透型防水剂+水性聚氨酯”复合强化效果最好，集料吸水率与压碎值降低至1.05%与16.9%，且与沥青具有较好粘附性，基本性能接近天然集料。　　再次，对“渗透型防水剂+水性聚氨酯”复合强化前后RAAM进行级配设计与路用性能试验，并采用X-rayCT获取荷载作用下混合料微观破碎状况，分析复合强化集料对RAAM性能的影响。结果表明：质量转化法可消除RAAM级配设计偏差问题，强化后RAAM最佳油石比为4.0%，较强化前降低0.4%；强化后RAAM动稳定度、低温抗裂性和水稳定性能显著提升，其路用性能接近天然集料沥青混合料；RAAM中裂缝损伤集中出现在水泥砂浆与水泥砂浆-沥青胶浆界面间，复合强化后RAAM未出现破碎裂纹，复合强化方式有效提升了建筑再生集料自身强度及其粘附性。　　最后，采用纳米压痕、SEM扫描电镜和EDS能谱对强化前后RAAM各物相及水泥砂浆-沥青胶浆薄弱界面过渡区微观力学参数和形貌、元素表征，从微观角度分析RAAM宏观性能变化机理。结果表明：强化前RAAM界面过渡区弹性模量为8.77GPa，厚度为30μm，靠近界面过渡区的水泥砂浆相疏松多孔，具有丰富孔隙裂纹，界面过渡区有5μm左右缝隙结构；强化后RAAM界面过渡区弹性模量为11.16GPa，厚度为20μm，靠近界面过渡区水泥砂浆相形成致密结构，孔隙裂纹和缝隙结构基本消失；界面过渡区可通过主体元素含量鉴别，界面过渡区C、O、Ca、Si主元素含量介于水泥砂浆相、沥青胶浆相之间，EDS“线扫描”模式分析得到界面过渡区厚度分别为30μm、17μm，与纳米压痕试验结果具有较好一致性；水泥砂浆及缝隙裂纹被渗透材料致密填充、薄弱界面过渡区厚度变小及其模量提高是RAAM路用性能得以改善的本质原因。
作者：	娄宁
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	胡靖;章世祥
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022