沸石沥青混合料温拌机理与性能的研究

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1、ClassifiedIndex:U414U.D.C:625DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONPRINCIPLEANDPERFORMANCEOFZEOLITEWARMASPHALTMIXTURECandidate：YangLiyingSupervisor：Prof.TanYiqiuAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：RoadandRailwayEngineeringSchoolofTranspo

2、rtationScienceandAffiliation：EngineeringDateofDefence：December,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要温拌沥青混合料由于具有节能减排的优势和良好的路用性能，近年来开始得到大规模应用。沸石沥青混合料作为温拌技术的一种，在国外已得到应用，但在国内的研究还不深入。目前，对沸石沥青混合料温拌机理的认识还处于推测阶段，沸石作为温拌添加剂也缺乏相应的技术指标和标准，这在一定程度上限制了其应用。本文针对

3、沸石沥青混合料开展研究，采用宏观与微观相结合的手段，重点研究沸石的性质、沸石沥青混合料的温拌机理及其施工性能和路用性能。本文主要从以下方面开展工作并取得一些成果：首先，采用红外光谱分析、X射线衍射及热分析等方法，全面分析七种沸石的物理性质和含水特征，得出沸石孔结构特征及其对失水性能的影响规律，提出温拌沥青混合料用沸石的关键技术指标。开展沸石对沥青性能影响的试验研究，全面分析沸石品种与用量以及温度、时间、剪变率等因素对沥青粘度的影响，得到沸石对沥青粘度的影响规律，提出粘度变化率和有效作用时间两个指标来表征沸石对沥青粘度的影响程度和影响时间。通

4、过体视显微镜和CT扫描分析气泡在沥青表面和内部的分布状态，提出沸石在沥青中形成气泡的特征参数。其次，建立沥青-气泡两相流平板物理模型，通过数值模拟分析气液两相流的流动特性，研究气泡与沥青特征参数以及温度、流动速度等因素对流体内部结构特征以及流动摩擦阻力的影响效果和影响程度，发现气泡对沥青流动的减阻作用及其影响规律，经拌和试验验证，揭示了沸石沥青混合料温拌的机理。采用正交试验分析沸石、温度等因素对沥青-集料界面粘结强度的影响，发现温度对界面强度影响最显著，沸石品种的影响并不显著。随后，开展沸石沥青混合料拌和、压实特性与微观结构研究，针对采用不

5、同结合料的沥青混合料，通过拌和试验研究沸石对沥青混合料拌和电流的降低程度，发现以拌和电流等效为原则，沸石沥青混合料可以降低拌和温度20℃，从而证明沸石沥青混合料具有良好的和易性。采用马歇尔击实和旋转压实两种成型方式进行混合料压实性能分析，得出不同成型方式下沸石沥青混合料空隙率随温度的变化规律。试验分析养生时间对沸石沥青混合料压实效果的影响，发现沸石沥青混合料具有压实依时性，并得到沸石对沥青粘度有效作用时间与混合料可压实时间的相关关系。基于混合料的可压实时间，提出沸石中位孔径的技术要求。采用压实能量指数评价沥青混合料的压实特-I-哈尔滨工业大

6、学工学博士学位论文性，分析沸石掺量对压实能量指数的影响规律，从而提出沸石的用量范围为6~8%。采用CT扫描技术，对沸石沥青混合料的内部空隙特征进行提取与重构，发现在120℃以上成型的沸石沥青混合料具有与热拌沥青混合料相近的空隙率和内部空隙分布；当温度低于120℃时，混合料的空隙率增大，其中大空隙比例明显提高，因此，提出采用空隙率和平均空隙体积两个指标来评价沥青混合料的压实效果。最后，全面评价沸石沥青混合料的高、低温性能、水稳定性以及疲劳性能，与热拌沥青混合料对比分析发现，沸石沥青混合料的高温性能和低温性能可以达到热拌沥青混合料的水平，水稳定

7、性偏低，在高应变条件下的疲劳性能优于热拌沥青混合料。本文在沸石基本性能、沸石沥青混合料温拌机理以及沸石沥青混合料路用性能等方面开展试验研究和分析，研究成果为沸石沥青混合料的设计、施工以及工程应用提供依据。关键词：沥青混合料；温拌机理；沸石；空隙特征；减阻能力；压实特性-II-AbstractAbstractWarmasphaltmixturedevelopsrapidlythroughouttheworldinrecentyearsduetoitsadvantagessuchasloweredenergyconsumption，reduce

8、demissionandexcellentperformance.Zeolitebasedwarmmixisoneofthem,whichhasbeeninuseforyears