橡膠顆粒和硅藻土復(fù)合改性瀝青混合料破冰試驗研究

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1、橡膠顆粒和硅藻土復(fù)合改性瀝青混合料破冰試驗研究第1章緒論1.1研究背景及研究意義我國東北地區(qū)屬冰雪多發(fā)地區(qū)，冬季降雪和冰凍給交通帶來極大不便。冬季橋梁溫度通常較其相銜接路面溫度偏低，從而導(dǎo)致橋面結(jié)冰時機要早于相銜接路面；而在凍結(jié)情況下，當(dāng)氣溫回升時，橋面氣溫回升又滯后于相銜接路面，在路面冰層融化時橋面冰層仍部分存在[1]。此時，當(dāng)車輛從路面高速行駛至橋面時極易發(fā)生事故。如何有效地解決橋面積雪結(jié)冰，減少交通事故，提高運輸效率，已成為我國交通管理部門急需解決的重要問題之一。目前主要采取的手段是在降雪后及時撒布融雪劑進(jìn)行除冰雪，然而，大量使用融雪劑對車輛、橋梁結(jié)構(gòu)以及環(huán)境會造成

2、嚴(yán)重影響[2]。為此，國內(nèi)外開展了多種新型環(huán)保的除冰雪技術(shù)研究，主要包括熱力除冰雪技術(shù)[3]-[6]和抑制凍結(jié)鋪裝技術(shù)等。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來我國汽車保有量持續(xù)快速增長，每年都有大量報廢輪胎產(chǎn)生。2014年國內(nèi)機動車保有量已超過2.55億輛，其中汽車保有量達(dá)到1.45億輛；廢舊輪胎產(chǎn)生量更是有3.15億條（1135萬t），并以年均5%~6%的速度持續(xù)增長[7]。如何將作為黑色污染的廢舊輪胎回收好、利用好、變廢為寶，是我們面臨的一個嚴(yán)峻問題。廢舊輪胎的回收再利用有多種途徑：廢舊輪胎翻新作為新輪胎使用、廢舊輪胎作為工業(yè)燃料利用其熱能、廢舊輪胎碎塊作為市政建筑工程材料

3、利用、廢舊輪胎膠粉用作橡膠制品填料、廢舊輪胎熱裂解回收油品和炭黑、廢舊輪胎原形改制為器具材料等[8]。將廢舊輪胎粉碎成膠粉或膠粒，應(yīng)用于公路建筑行業(yè)已成為廢舊輪胎處理的主要發(fā)展方向之一，其具有污染少、利用率高等優(yōu)點。目前，國內(nèi)相繼開展了廢舊橡膠顆粒在瀝青混合料中應(yīng)用的相關(guān)研究，并取得了一些成果，但仍然處于起步階段。因此，開展更多相關(guān)的探索研究對于解決廢舊橡膠輪胎的回收再利用問題意義深遠(yuǎn)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20世紀(jì)30年代，美國最早出現(xiàn)橡膠粉濕法改性瀝青混合料的研究，其中具有代表性的是m～6.4mm的橡膠顆粒直接代替一部分骨料，加入到間斷級配瀝青混合料中作為磨耗層使用。這

4、是首次將橡膠顆粒替代一部分骨料賦予瀝青路面以彈性性能的研究。VanKirk和JackL等[13]采用細(xì)度較高的橡膠顆粒替代一部分細(xì)集料，摻入到密級配的瀝青混合料中，橡膠顆粒的摻量為不超過瀝青混合料總質(zhì)量的2%，該研究發(fā)現(xiàn)通過這種方法，可以提高瀝青混合料的路用性能。美國工程兵寒冷地區(qū)工程試驗室研究發(fā)現(xiàn)，將粒徑為4.75～9.5mm的橡膠顆粒代替一部分相應(yīng)粒徑的骨料，加入到瀝青混合料中，這種自應(yīng)力彈性路面具有一定的除冰雪性能，并且對不同橡膠顆粒摻量的改性瀝青混合料進(jìn)行了回彈模量測試以及除冰雪性能研究[14]。隨著橡膠顆粒摻量的增加，路面的破冰效果越來越明顯。但是橡膠顆粒的加入

5、改變了瀝青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以瀝青混合料的成型方法和耐久性還需要進(jìn)一步的研究。..第2章橡膠顆粒和硅藻土復(fù)合改性瀝青混合料級配組成設(shè)計2.1原材料技術(shù)性質(zhì)不同氣候條件下需要選用不同標(biāo)號的瀝青。針對吉林所屬的季凍區(qū)氣候，試驗中選用產(chǎn)自盤錦的優(yōu)質(zhì)AH-90﹟瀝青，其基本技術(shù)指標(biāo)見表2.1。由試驗結(jié)果可知，試驗所選用瀝青的各項基本技術(shù)指標(biāo)均滿足JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中相關(guān)要求。礦料是構(gòu)成瀝青混合料骨架的主要組成材料，礦料的力學(xué)性能是瀝青混合料強度性能的重要指標(biāo)，礦料顆粒形狀影響著瀝青混合料的構(gòu)架，從而影響混合料的路用性能[39]。研究發(fā)現(xiàn)，安山巖礦

6、料與瀝青之間具有優(yōu)良的粘附性，同時安山巖礦料與瀝青粘附層也具有較好的抗水性[40]。試驗中選用優(yōu)質(zhì)安山巖，其篩分粒徑依次為13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm，0.3mm、0.15mm、0.075mm，粗集料各項基本技術(shù)指標(biāo)見表2.2，細(xì)集料各項基本技術(shù)指標(biāo)見表2.3。由試驗結(jié)果可知，試驗所選用粗、細(xì)集料的各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。礦粉在瀝青混合料中起填充空隙、增加瀝青膠漿粘結(jié)力的作用，是瀝青混合料的重要組成部分。在瀝青混合料中礦粉的用量雖然只占很小的一部分，但其表面積卻占礦質(zhì)混合料總表面積的80%以上，比表面積大，則可吸附較多的瀝

7、青成分[41]。因此，礦粉的存在對于形成結(jié)構(gòu)瀝青、提高混合料之間的粘結(jié)力至關(guān)重要，為滿足規(guī)范要求的基本力學(xué)性能提供了保證。試驗中選用由優(yōu)質(zhì)石灰石磨制而成的礦粉，其各項基本技術(shù)指標(biāo)見表2.4。..2.2硅藻土摻量及摻入方法的確定瀝青改性劑可以分為兩大類：有機類和無機類。SBS改性劑是有機類改性劑的代表，SBS改性劑可有效提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗老化和耐疲勞等性能，但其價格相對較高，且加工工藝較為復(fù)雜。硅藻土經(jīng)常用作聚合物的填料，它具有質(zhì)輕、高孔隙率、低密度和很強的吸附能力。硅藻土改性材料在與瀝青相容時，改性劑微