详情

原文传递基于离散元法的废旧沥青混合料结团率研究

论文题名：	基于离散元法的废旧沥青混合料结团率研究
关键词：	废旧沥青混合料;结团率;离散元法;EDEM软件;仿真优化试验;设备工作参数
摘要：	随着国家不断倡导绿色低碳可持续发展，废旧沥青混合料（RAP）的再生利用逐渐成为我国发展绿色交通产业的重要途径。路面再生技术的显著影响因素是RAP自身性质，与原生矿料相比较，由于旧沥青路面使用年限、交通荷载量、养护历史等参差不齐，不同来源的RAP质量和特性错综复杂，此外铣刨方式、破碎程度、筛分分档的精密性等预处理方式不同，RAP中存在大量结团体颗粒，不仅使得RAP旧集料物理特性和旧沥青性质发生变异，而且RAP较高的结团率会使旧料级配产生较大的变异，对再生沥青混合料路用性能产生影响。　　基于此，本文借助离散元法在沥青混合料中的适用特性，通过离散元EDEM软件对旧料的生产过程进行模拟分析，研究RAP在铣刨、破碎、筛分不同阶段下的结团率，分析各阶段结团率下RAP级配的变异程度，并对每个阶段进行仿真优化试验，在保证RAP旧料自身结构不受破坏的基础上，得到机械设备适宜工作参数和方式，降低RAP结团率，提高旧料生产工作效率。最后，对各阶段优化后工作参数下所生产的RAP旧料，通过抽提、筛分试验来验证结团率，分析旧料结团体中颗粒粒径分布情况，并结合路用性能试验对比常用参数和优化参数下生产的RAP旧料在高、低温和水稳定性能的具体表现，验证仿真模拟的优化参数具有指导性。相关研究内容和结论如下所述：　　（1）通过分析离散元法的理论基础、基本假设和求解过程来研究离散元法的适用特性，同时对三维离散元EDEM仿真软件的求解步骤和适用特性进行研究，研究表明离散元EDEM软件中的接触模型能够描述沥青混合料的粘结状态，适用于沥青混合料的仿真模拟。　　（2）先后建立了旧沥青路面、铣刨转子、破碎机和振动筛离散元模型，通过EDEM软件对旧沥青路面铣刨、破碎机破碎铣刨料和振动筛筛分旧料等过程进行仿真模拟。通过分析仿真模型特征发现各阶段中颗粒堆积会影响设备工作效率，破碎阶段对RAP颗粒间的粘结破坏作用较强。通过数值分析计算得到各阶段的旧料结团率，结果表明预处理各阶段中铣刨料结团率普遍在80%以上，结团率较高，经破碎后结团率显著降低，再经筛分后旧料结团率为25%。　　（3）通过采用级配偏离度、级配变化度和最大级配偏离度来评价设备在常用参数下各阶段的RAP级配变异程度，研究表明铣刨料级配变异程度最高，经破碎筛分后RAP级配变异性最小。通过仿真优化试验对各预处理阶段的设备工作参数进行了优化，研究表明铣刨阶段各影响因子对RAP结团率的影响程度分别为：铣刨深度、前进速度、铣刨转速，为了防止破坏RAP自身结构和原级配，适宜的铣刨机工作参数为：各面层分层铣刨、铣刨转速为180r/min、前进速度为4m/min；RAP经二次破碎后结团率显著降低，破碎效率提高，但通过筛分试验发现二次破碎后的旧料级配会发生细化，为了防止破坏原路面初始级配，应降低锤头转子功率；20°筛网倾角下结团率和整体通过率都表现良好，有利于提高RAP筛分效率。　　（4）通过室内抽提筛分试验验证仿真模拟与实际生产中铣刨、破碎、筛分阶段的旧料结团率是否一致，结果表明各阶段旧料的结团率与仿真模拟试验结果基本一致。通过研究结团体中的颗粒粒径分布情况，结果表明旧料结团颗粒的形成大部分是以小一档粒径的集料作为主体，上面附着其它粒径集料；粒径为9.5mm及以上的RAP旧料结团颗粒的质量都超过了50%，粒径为4.75mm的RAP旧料结团率最低；在细集料中，粒径为0.075mm的RAP旧料也容易发生结团。通过将设备在常用工作参数和优化后的工作参数生产的RAP旧料分别进行不同掺量的路用性能试验，结果表明，优化后的工作参数生产的旧料质量提升，结团率下降，在一定程度上会影响再生沥青混合料的高温稳定性能，提高再生混合料的低温抗裂性能和水稳定性能。
作者：	黄银彪
专业：	交通运输
导师：	刘福明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023