基于dma方法的橡胶沥青粘弹特性和高温性能研究

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1、基于DMA方法的橡胶沥青粘弹特性和高温性能研究第一章绪论1.1课题研究背景据中国橡胶工业协会废旧橡胶综合利用分会统计结果显示，我国无害化回收废旧轮胎率仅为60%，而发达国家该项数据可达90%以上。在废旧轮胎综合利用方面，我国已初步形成旧轮胎翻新再制造，废轮胎生产再生橡胶、橡胶粉和热解四大业务板块。现有轮胎翻新企业约1000家、再生橡胶企业约1500家、橡胶粉和热解企业约100家。2012年，我国轮胎翻新产量仅为2300万条，翻新率不足5%，而发达国家轮胎翻新比例在45%以上；再生橡胶产量约270万吨，橡胶粉产量约20万吨，废旧轮胎的翻新率、回收率和利用率都处于较低水平。我国

2、废旧轮胎综合利用产业发展远不能适应当前严峻的资源环境形势的要求。在目前，我国轮胎翻新技术尚不成熟的条件下，合理扩大废旧胶粉利用是最为行之有效的处理方式。废旧橡胶轮胎的粉碎后利用是交通行业利用较为广泛的方法。粉碎的方法分为常温粉碎法、低温粉碎法、超微细粉碎法和特殊粉碎法。考虑粉碎后的橡胶粉性能，国内外多采用常温粉碎法。按每只大车轮胎约重50kg，小车轮胎约重8kg，按每只轮胎的产粉率70%左右，每万平方米的橡胶沥青路面抗滑表层（4cm）约使用12吨橡胶粉，约合消耗350条大车轮胎或者2100条小车轮胎，约合17吨废旧橡胶轮胎。据《2012年公路水路交通运输行业发展统计公报》[

3、2]相关统计数据显示，发展至2012年年末，我国公路里程总计达423.75万公里，公路密度为44.14公里/百平方公里，等级公路所占比例显著增高，其中高速公路里程为9.62万公里。同时，预计至2015年末，我国基础设施建设将大幅度提高，届时我国公路总里程将达到450万公里，而高速公路里程则肯定突破10万公里大关。仅仅从路面养护方面考虑，按沥青路面占公路总面积50%计算，每10年大修罩面一次（按5m宽估计），每年将消耗190万吨左右废旧轮胎。再加上新建路面和城市道路使用，每年的废旧轮胎消耗量将远远超过200万吨。废旧橡胶粉用于沥青改性技术中不仅能有效的改善沥青路面路用性能和达

4、到降噪的效果，还能提高废旧轮胎的无害化利用率至少20%，接近发达国家水平，带来的经济效益和社会效益极为显著，同时对处理黑色污染及其有利，给环境保护带来极大好处。..1.2国内外研究现状沥青路面承受着动、静荷载的作用，车辆荷载对路面的作用已经呈现出较为复杂的状态，同时加上外部气候条件和自重的耦合作用，使得沥青路面在一种复杂的动、静态荷载和不同温度、环境下工作。车辆作用可以用正弦波重复作用荷载进行模拟，单一蠕变和重复蠕变可以模拟路面在自重和重复荷载下的应力松弛行为。动态力学分析方法可以实现以上各种路面使用过程的荷载、温度状况，得到沥青材料的动态力学参数，比如沥青及其混合料的复数

5、模量、复数粘度和相位角等等，也可以通过各种模型、理论计算或拟合公式得到沥青及其混合料的粘弹性能指标车辙因子、零剪切粘度等等，对沥青材料及其混合料进行较为系统的粘弹性能的研究。动态力学分析（DMA）方法在高分子材料尤其是复合材料领域应用较为广泛。由于动态力学测试对粘弹性材料的分子运动极为敏感而显示出许多静态方法所没有的优点。动态力学方法只需要很少的样品就可以在较宽的温度或频率（时间）范围内进行试验，因此可以在较短的时间内获得材料动态力学参数的温度谱和频率谱，同时有效减小了由于平行试样造成的试验结果变异性。此外，动态力学分析（DMA）方法可以分析高分子材料的相态结构的变化情况以

6、及粘性性能和弹性性能变化情况，并且结果更为准确。动态力学分析还可评价高分子材料高温、低温性能，研究高分子聚合物的相容性，复合材料界面特性和分子的运动机理等[5-7]。第二章橡胶沥青的DMA方法研究2.1DMA方法测试原理及设备DMA主要作用是研究粘弹性材料在周期性外力作用下应力-应变关系的力学行为，其主要目的是在一定温度和频率范围内，分析粘弹性材料在周期性荷载作用下粘弹参数的变化情况。而橡胶沥青是典型的粘弹性材料，橡胶沥青的实际使用条件与DMA研究粘弹性材料的前提条件是一致的。在路面工程中橡胶沥青承受一定温度（-40℃~70℃），一定频率（10-2s车辆速度和几年到几十年自

7、重蠕变）条件下的周期性车辆荷载的作用。因此，DMA方法相对于静态力学方法在使用原则上更为适合研究橡胶沥青的粘弹性能。但是，DMA方法所使用的仪器设备为DSR，DSR试验因为样品量很少，对试样极为敏感，导致橡胶沥青DSR试验数据的变异系数达到30%以上。相容性好的均相聚合物DSR试验的变异水平可以控制在4%以内。因此如何设计试验方案和条件，控制橡胶沥青的DSR试验数据的变异水平在5%左右是本章的重点研究内容。由于橡胶沥青DSR试验数据变异系数过高，国内外对橡胶沥青的粘弹性能研究较少，仅利用静态力学方法对橡胶沥青的粘弹