橡胶颗粒和硅藻土复合改性沥青混合料破冰试验研究

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1、橡胶颗粒和硅藻土复合改性沥青混合料破冰试验研究第1章绪论1.1研究背景及研究意义我国东北地区属冰雪多发地区，冬季降雪和冰冻给交通带来极大不便。冬季桥梁温度通常较其相衔接路面温度偏低，从而导致桥面结冰时机要早于相衔接路面；而在冻结情况下，当气温回升时，桥面气温回升又滞后于相衔接路面，在路面冰层融化时桥面冰层仍部分存在[1]。此时，当车辆从路面高速行驶至桥面时极易发生事故。如何有效地解决桥面积雪结冰，减少交通事故，提高运输效率，已成为我国交通管理部门急需解决的重要问题之一。目前主要采取的手段是在降雪后及时撒布融雪剂进行除冰雪，然而，大量使用融雪剂对车辆、桥梁结构以及环境会造成

2、严重影响[2]。为此，国内外开展了多种新型环保的除冰雪技术研究，主要包括热力除冰雪技术[3]-[6]和抑制冻结铺装技术等。随着我国经济的快速发展，近年来我国汽车保有量持续快速增长，每年都有大量报废轮胎产生。2014年国内机动车保有量已超过2.55亿辆，其中汽车保有量达到1.45亿辆；废旧轮胎产生量更是有3.15亿条（1135万t），并以年均5%~6%的速度持续增长[7]。如何将作为黑色污染的废旧轮胎回收好、利用好、变废为宝，是我们面临的一个严峻问题。废旧轮胎的回收再利用有多种途径：废旧轮胎翻新作为新轮胎使用、废旧轮胎作为工业燃料利用其热能、废旧轮胎碎块作为市政建筑工程材料

3、利用、废旧轮胎胶粉用作橡胶制品填料、废旧轮胎热裂解回收油品和炭黑、废旧轮胎原形改制为器具材料等[8]。将废旧轮胎粉碎成胶粉或胶粒，应用于公路建筑行业已成为废旧轮胎处理的主要发展方向之一，其具有污染少、利用率高等优点。目前，国内相继开展了废旧橡胶颗粒在沥青混合料中应用的相关研究，并取得了一些成果，但仍然处于起步阶段。因此，开展更多相关的探索研究对于解决废旧橡胶轮胎的回收再利用问题意义深远。1.2国内外研究现状20世纪30年代，美国最早出现橡胶粉湿法改性沥青混合料的研究，其中具有代表性的是m～6.4mm的橡胶颗粒直接代替一部分骨料，加入到间断级配沥青混合料中作为磨耗层使用。这

4、是首次将橡胶颗粒替代一部分骨料赋予沥青路面以弹性性能的研究。VanKirk和JackL等[13]采用细度较高的橡胶颗粒替代一部分细集料，掺入到密级配的沥青混合料中，橡胶颗粒的掺量为不超过沥青混合料总质量的2%，该研究发现通过这种方法，可以提高沥青混合料的路用性能。美国工程兵寒冷地区工程试验室研究发现，将粒径为4.75～9.5mm的橡胶颗粒代替一部分相应粒径的骨料，加入到沥青混合料中，这种自应力弹性路面具有一定的除冰雪性能，并且对不同橡胶颗粒掺量的改性沥青混合料进行了回弹模量测试以及除冰雪性能研究[14]。随着橡胶颗粒掺量的增加，路面的破冰效果越来越明显。但是橡胶颗粒的加入

5、改变了沥青混合料的内部结构，所以沥青混合料的成型方法和耐久性还需要进一步的研究。..第2章橡胶颗粒和硅藻土复合改性沥青混合料级配组成设计2.1原材料技术性质不同气候条件下需要选用不同标号的沥青。针对吉林所属的季冻区气候，试验中选用产自盘锦的优质AH-90﹟沥青，其基本技术指标见表2.1。由试验结果可知，试验所选用沥青的各项基本技术指标均满足JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中相关要求。矿料是构成沥青混合料骨架的主要组成材料，矿料的力学性能是沥青混合料强度性能的重要指标，矿料颗粒形状影响着沥青混合料的构架，从而影响混合料的路用性能[39]。研究发现，安山岩矿

6、料与沥青之间具有优良的粘附性，同时安山岩矿料与沥青粘附层也具有较好的抗水性[40]。试验中选用优质安山岩，其筛分粒径依次为13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm，0.3mm、0.15mm、0.075mm，粗集料各项基本技术指标见表2.2，细集料各项基本技术指标见表2.3。由试验结果可知，试验所选用粗、细集料的各项指标均满足规范要求。矿粉在沥青混合料中起填充空隙、增加沥青胶浆粘结力的作用，是沥青混合料的重要组成部分。在沥青混合料中矿粉的用量虽然只占很小的一部分，但其表面积却占矿质混合料总表面积的80%以上，比表面积大，则可吸附较多的沥

7、青成分[41]。因此，矿粉的存在对于形成结构沥青、提高混合料之间的粘结力至关重要，为满足规范要求的基本力学性能提供了保证。试验中选用由优质石灰石磨制而成的矿粉，其各项基本技术指标见表2.4。..2.2硅藻土掺量及掺入方法的确定沥青改性剂可以分为两大类：有机类和无机类。SBS改性剂是有机类改性剂的代表，SBS改性剂可有效提高沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、抗老化和耐疲劳等性能，但其价格相对较高，且加工工艺较为复杂。硅藻土经常用作聚合物的填料，它具有质轻、高孔隙率、低密度和很强的吸附能力。硅藻土改性材料在与沥青相容时，改性剂微