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原文传递泡沫沥青及泡沫沥青冷再生混合料技术性能研究

论文题名：	泡沫沥青及泡沫沥青冷再生混合料技术性能研究
关键词：	沥青发泡特性;疲劳性能;施工工艺;沥青冷再生;混合料技术
摘要：	对沥青路面废旧材料进行再生利用，可以有效提高资源利用率，保护生态环境，符合国家提出的发展循环经济、实现可持续发展的战略方针。因此，对沥青路面再生技术进行研究具有重要的意义。泡沫沥青是近年来兴起的一种冷再生稳定剂，用其稳定的再生混合料在材料性能、经济性以及环保性等方面具有独特的优势和发展前景。但到目前为止有关泡沫沥青冷再生混合料的材料特性、破坏机理等的研究十分有限，泡沫沥青再生混合料的设计也主要依赖于经验，这些均限制了泡沫沥青冷再生技术的推广应用。本文从泡沫沥青与泡沫沥青冷再生混合料的材料组成出发，旨在通过大量室内试验，对泡沫沥青冷再生混合料的物理力学性能以及使用性能进行系统深入的研究，以实现泡沫沥青冷再生混合料的优化设计，从而改善其各项性能，进而推动泡沫沥青冷再生技术的研究与应用。沥青发泡特性是影响泡沫沥青冷再生混合料性能的关键因素。本文选用不同等级的沥青进行发泡特性试验分析，研究沥青发泡特性的评价指标与方法、发泡剂对沥青发泡特性的影响以及沥青基本性质与其发泡特性之间的相关性。结果表明：发泡指数FI在一定范围内增大反映出沥青发泡特性的改善，但并非FI越大泡沫沥青的发泡特性就越好，FI不能代替膨胀率和半衰期两个基本指标单独用于泡沫沥青的设计与评价，而应将其作为一种辅助或补充指标，与膨胀率和半衰期相结合共同对泡沫沥青进行合理设计与评价；发泡剂可显著延长泡沫沥青的半衰期，但其对膨胀率影响较小；沥青的动力粘度指标与其发泡特性之间具有较好的相关性，PI、沥青的三大指标、密度、老化后的性质以及沥青等级等与其发泡特性之间相关性较小。通过筛分试验研究了不同条件下泡沫沥青冷拌混合料中沥青的分散性状，分析表明：设计中如不能合理控制泡沫沥青发泡特性、矿料温度、矿料级配组成以及混合料拌和水量等因素，将会造成沥青分散不均匀甚至结团现象，影响泡沫沥青冷拌混合料的相关性能；泡沫沥青均匀分散的混合料中，沥青主要裹覆<1.18mm的细集料，尤其是<0.3mm的细集料部分，形成泡沫沥青砂浆并将大粒径集料以点焊的形式粘结成整体。通过变化不同的沥青发泡特性以及矿料温度，研究其对泡沫沥青再生混合料力学性能的影响，结果表明：两因素对泡沫沥青再生混合料的ITS与UCS均具有显著影响，且沥青发泡特性的评价指标膨胀率与半衰期相比，膨胀率对再生混合料力学强度特性的影响更为显著，据此提出在沥青发泡特性的优化设计中，应偏向于按膨胀率较大相应选择最佳沥青发泡条件。水是泡沫沥青冷再生混合料关键的设计指标之一。本文设计了泡沫沥青稳定新料与旧料形成的不同类型混合料，研究泡洙沥青冷拌混合料的拌和用水量问题。分析表明：混合料的最佳拌和用水量随其组成中填料含量的增多而一定程度增大，根据研究结果推荐了不同类型及组成的泡沫沥青冷拌混合料适宜拌和用水量范围及最佳拌和用水量。矿料级配组成是影响泡沫沥青冷再生混合料性能的另一关键因素。本文设计了具有不同细料组成及不同粗料组成的泡沫沥青冷拌混合料，通过对其抗拉、抗压与抗剪等力学性能的研究发现：泡沫沥青混合料的最佳沥青用量与混合料中的填料含量密切相关，与热拌沥青混合料相比，泡沫沥青混合料具有相对较大的粉胶比；提高细料部分的密实程度可显著改善泡沫沥青冷拌混合料的各项力学性能；粗料部分组成的变化对最佳泡沫沥青用量基本无影响，对混合料的力学性能影响则较小；针对不同级配的研究结果，相应修正了Wirtgen推荐的泡沫沥青稳定材料级配范围；此外，通过研究关键筛孔的级配变异敏感性，推荐了泡沫沥青冷拌混合料施工中关键筛孔的允许波动范围。泡沫沥青再生层的强度、刚度等力学性能受多种因素影响。本文从内外因两方面对泡沫沥青再生混合料的力学性能进行了试验分析，结果表明：沥青旧料掺量、泡沫沥青与水泥用量以及温度、养生、压实方法等对泡沫沥青再生混合料的抗拉、抗压、抗剪强度以及抗压回弹模量具有显著影响；泡沫沥青再生混合料力学性能的温度敏感性低于热拌沥青混合料。永久变形性能是泡沫沥青再生结构层使用中的重要性能之一。本文采用动态压缩蠕变试验分析了不同材料组成对泡沫再生混合料永久性能的影响，结果表明：一定程度增大水泥用量、矿料组成中的细料含量以及减小泡沫沥青用量，可提高泡沫沥青再生混合料的抗变形能力；在合理设计混合料级配组成的条件下，路面各结构层均可再生利用形成变形能力满足要求的再生混合料：泡沫沥青再生混合料的抗永久变形性能优于热拌沥青混合料；此外，泡沫沥青再生混合料蠕变试验的加载段可采用Burgers模型进行理想的拟合，从而获得泡沫沥青再生混合料的相关粘弹性参数。抗疲劳性能是泡沫沥青再生混合料铺筑路面基层或底基层时必须优化设计的关键性能。本文采用间接拉伸劈裂疲劳试验分析了不同材料组成对泡沫沥青再生混合料疲劳性能的影响，分析表明：水泥在小掺量条件下增多时有助于提高再生混合料的抗疲劳性能；最佳泡沫沥青用量下再生混合料可具有良好的抗疲劳性能以及强度与变形能力；改善沥青的发泡特性可相应提高再生混合料的抗疲劳性能；二灰砂砾基层材料形成的泡沫沥青再生混合料抗疲劳性能较差，将其与面层沥青旧料混合再生后形成的混合料性能有效改善；泡沫沥青再生混合料的抗疲劳性能介于半刚性基层材料与热拌沥青混合料之间。最后本文对泡沫沥青冷再生路面的施工工艺进行了研究，提出了泡沫沥青冷再生工程的施工质量检查方法与标准，并通过工程实例的验证得出，经合理设计与施工的泡沫沥青再生层具有良好的结构承载力，可作为高等级公路的基层或底基层。
作者：	徐金枝
专业：	道路与铁道工程
导师：	郝培文
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文