季冻区工厂化废橡胶粉/SBS复合改性沥青(CR/SBSCMA)及混合料性能研究

摘要

季冻地区特殊的气候条件和不断增加的汽车荷载对沥青路面使用性能提出更高的要求，尤其是对低温抗裂和高温抗车辙要求更高。目前橡胶粉单一改性沥青存在易离析、高温黏度大以及施工质量难以控制等问题。与之相比废橡胶粉与SBS复合改性沥青（CR/SBSCMA）改善了上述问题而且混合料具有良好的路用性能，是一项兼具经济效益和社会效益的改性技术。但现场加工面临着性能变异、成本投入高及储存稳定性差等问题。在这种背景下，本文围绕季冻地区工厂化CR/SBSCMA生产、CR/SBSCMA常规性能以及流变特性、CR/SBSCMA混合料的路用性能以及力学特性、施工工艺等方面开展系统的研究。
　　首先从橡胶粉与SBS两种改性剂材料自身特点出发，通过系统分析工厂化CR/SBSCMA的材料参数和工艺参数，提出了用于工厂化CR/SBSCMA生产的关键控制参数包括橡胶粉细度、橡胶粉掺量、SBS掺量以及反应温度、发育时间等。同时通过宏观性能测试和微观形貌分析相结合的评价方法，采用针入度、软化点、延度、黏度、弹性恢复等常规性指标以及基于扫描电镜、差热分析、红外光谱等试验手段研究了CR/SBSCMA的性能与微观形貌特征。基于季冻地区气候要求及室内试验结果提出了适用于季冻地区工厂化CR/SBSCMA的技术指标。
　　基于流变学原理，对工厂化CR/SBSCMA和SBS改性沥青进行了不同温度（64℃、70℃、76℃）以及不同频率范围（0.01Hz~16Hz）内的动态剪切流变试验，以车辙因子作为评价高温性能指标分析了不同温度下两种改性沥青的高温力学特性；基于时温等效原理构建了的模量主曲线，获得了两种改性沥青在不同荷载频率作用下的力学特征。基于不同温度（-18℃、-24℃、-30℃）条件下的低温蠕变试验，分析了蠕变速率m和蠕变劲度模量S的变化规律。开展了不同温度（135℃、175℃、200℃）条件下的黏温特性分析。上述流变特性分析结果表明CR/SBSCMA具有良好的高温、低温流变特性和黏温特性。
　　为了充分发挥CR/SBSCMA混合料的性能，基于CR/SBSCMA自身特点，进行了基于魏茅茨(Wegmouth)粒子干涉理论的混合料调整矿料级配曲线研究，同时对AC和SMA两种矿料级配形式的沥青混合料开展常规的动稳定度试验、低温弯曲试验、水稳定性试验，并进行汉堡车辙试验以及低温冻断试验验证，系统地评价了CR/SBSCMA混合料的路用性能。结合季冻地区交通荷载及气候特点，提出了适用于季冻地区工厂化CR/SBSCMA混合料性能评价指标要求，为CR/SBSCMA在季冻地区的生产和应用奠定了的基础。
　　通过静态抗压强度和回弹模量试验、动态回弹模量试验以及低温蠕变柔量试验对CR/SBSCMA混合料在不同温度区域内力学特性进行了比较分析，按照时温转换法则建立了动态模量主曲线，对CR/SBSCMA在全频范围内的力学特性进行了分析，结果再次验证了工厂化CR/SBSCMA混合料高温条件下具有良好的抗永久变形能力，低温条件下具有良好的柔韧性。
　　最后通过实体工程的修筑，系统总结了CR/SBSCMA混合料的施工工艺，有效指导了CR/SBSCMA混合料在季冻地区的施工和应用。

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第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容与技术路线

第2章 季冻地区工厂化CR/SBSCMA制备工艺及性能研究

2.1 SBS及橡胶粉的性能特点

2.2 SBS与橡胶粉对沥青的改性机理分析

2.3工厂化CR/SBSCMA的制备工艺

2.4 CR/SBSCMA性能测试评价

2.5 CR/SBSCMA微观结构与性能研究

2.6本章小结

第3章 工厂化CR/SBSCMA的流变性能研究

3.1工厂化CR/SBSCMA动态剪切流变性能

3.2 工厂化CR/SBSCMA的低温流变性能

3.3工厂化CR/SBSCMA的黏温特性

3.4本章小结

第4章 季冻地区工厂化CR/SBSCMA混合料路用性能研究

4.1季冻地区路面材料性能指标要求

4.2原材料优选及技术要求

4.3 CR/SBSCMA混合料配合比优化设计

4.4工厂化CR/SBSCMA混合料路用性能研究

4.5工厂化CR/SBSCMA混合料低温性能研究

4.6工厂化CR/SBSCMA混合料水稳定性能研究

4.7 工厂化CR/SBSCMA混合料抗冻性研究

4.8工厂化CR/SBSCMA混合料抗疲劳性能研究

4.9 CR/SBSCMA混合料性能指标

4.10本章小结

第5章 季冻地区工厂化CR/SBSCMA混合料力学参数研究

5.1 CR/SBSCMA混合料抗压回弹模量

5.2 CR/SBSCMA混合料动态模量试验研究

5.3低温蠕变柔量测试及分析

5.4本章小结

第6章 季冻地区工厂化CR/SBSCMA混合料应用关键技术

6.1工程概况

6.2原材料要求

6.3工厂化CR/SBSCMA混合料生产配合比设计

6.4 工厂化CR/SBSCMA混合料现场施工关键技术

6.5施工质量检测及应用效果评价

6.6经济效益分析

6.7本章小结

结论与展望

结论

创新点

下一步工作展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

个人简历

致谢