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原文传递基于蚝壳固废利用的沥青混合料路用性能研究

论文题名：	基于蚝壳固废利用的沥青混合料路用性能研究
关键词：	蚝壳粉;沥青混合料;配合比设计;路用性能;动态模量主曲线
摘要：	生蚝在加工处理和食用的过程中，会产生大量的废弃生蚝壳，目前废弃生蚝壳在道路方面的应用研究比较少，国内对道路新建和改造成高等级路面的需求日益增加，此时寻找新型道路材料以及降低资源消耗成为当下趋势。根据矿粉的物理指标，按照自制技术将生蚝壳磨成符合粒径要求的细粉以此作为填料。从沥青混合料实际应用出发，对蚝壳粉的物理化学特性进行详细研究，最终以提升沥青混合料的性能为目标，通过蚝壳粉沥青混合料和白云岩沥青混合料的路用性能对比试验，进行蚝壳粉沥青混合料综合评价。　　（1）通过对生蚝的产量分布进行调查，发现蚝壳粉原材料产量巨大，加工再利用成本低，再利用XRD、光学电子扫描显微镜、低温氮吸附试验等试验对比蚝壳粉和白云岩矿粉之间的物理化学性能，研究发现，蚝壳粉相比较白云岩而言表观密度小8.67%，比表面积增大5.9%，亲水系数降低了43%，表面呈偏碱性，蚝壳粉还拥有更丰富的孔隙结构，作为填料能与沥青紧密地结合，初步验证了蚝壳粉作为沥青混合料填料的可行性。　　（2）从规范的AC-13级配的各档筛孔中，选择9.5mm、4.75mm、2.36mm以及0.075mm4个重要筛孔，以及它们的水平结合考虑到不同的油石比，利用正交试验，将蚝壳粉沥青混合料的级配进行优化。经极差分析法与方差分析法的评价，分析发现，9.5mm通过率对马歇尔试验指标的稳定度有最大影响，矿料间隙率受到2.36mm通过率显著影响，而油石比则会直接决定着空隙率、流值以及沥青饱和度，并确定了符合马歇尔指标的蚝壳粉沥青混合料AC-13的级配范围，再根据矿料级配结合不同油石比进行马歇尔试验，分析马歇尔试验的各项指标，确定蚝壳粉沥青混合料和白云岩沥青混合料的最佳油石比为4.9%和5%。　　（3）根据确定的蚝壳粉、白云岩沥青混合料的级配范围进行拟定最终合成曲线和确定最佳油石比，对两种沥青混合料高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性的性能研究，并比较蚝壳沥青混合料与普通沥青混合料之间的性能，结果表明，由于蚝壳粉的掺入，在矿料和级配类型相同的情况下，蚝壳沥青混合料的动稳定度与白云岩矿粉沥青混合料相比，其动稳定性提升了36.9%，而且其相对变形相比较下减少12.3%，高温稳定性得到明显改善；蚝壳粉沥青混合料的残留稳定度和抗拉强度比相比较白云岩沥青混合料而言分别增加8.5%和5.4%，蚝壳粉水稳定性也是相当优异；但通过小梁弯曲试验发现其最大弯拉应变降低了3.9%，说明蚝壳粉沥青混合料的低温性能略微降低，但仍能满足规范标准。　　（4）通过对蚝壳粉沥青混合料（AC-13）的动态模量与相位角的研究，可以更好地反映出它的黏弹性特征，从而有助于对其沥青混合料的结构、设计及维护，并且有助于它的应用在道路建设中。结果表明，动态模量极为受温度的影响，并且具有明显的应力依赖性。当温度5℃和20℃时，两种沥青混合料的相位角随着频率增加会出现显著的降低，在温度40℃时，相位角的变化规律正好相反。通过拟合Sigmoidal主曲线，发现它们之间的相关性大于0.99，相关性很高。当温度上升或者频率下降，动态模量会显著降低。此外，在20Hz的时候，在5℃时蚝壳粉沥青混合料的性能相比较增加了5.9%；而在20℃，40℃时的动态模量分别提高7.7%、7.8%，这说明和白云岩沥青混合料相比，蚝壳粉沥青混合料的力学性能有一定提升。　　综上所述：蚝壳粉替代白云岩作为沥青混合料填料方面具有很好的优势及应用前景，蚝壳粉沥青混合料相较下有较大的抗车辙能力和抗水损坏性性能提升，通过蚝壳粉沥青的动态模量研究，分析其力学特性，还通过动态模量主曲线预测其宽频率的动态模量变化规律，研究成果具有一定的工程应用价值。
作者：	周波
专业：	交通运输
导师：	杨博
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023