轮胎橡胶粉改性沥青路用性能及应用研究

摘要

由于近年来气候转暖，以及超限和超载运输的普遍存在，加之高等级公路骨架网初步建成，车辆行驶速度明显提高，我国公路路面受荷越来越多地体现出了高温、高荷载和高动水压力的特点。路面材料对高温稳定性、抗水损坏能力、低温抗裂性、耐久性等使用性能的要求都比以往有了不同程度地提高，对综合性能好的材料的需求不断增长。另一方面，经济水平跨越一定的阈值水平后，我国汽车保有量进入高速增长期，如不加以合理处置，废旧轮胎的堆积很快就会演化为严重的环境问题。轮胎橡胶难以自然降解，再生橡胶和燃烧都会造成污染。同时，轮胎橡胶的设计目标是各种极端的道路气候和荷载条件，综合性能大大优于沥青。如果能够将废旧轮胎橡胶用于提高沥青混合料的综合使用性能，将形成环境保护、废物利用和延长道路寿命的三赢局面，社会和经济效益巨大。本文的研究分为沥青和橡胶共混工艺、橡胶沥青性能指标、橡胶粉改性混合料(干法和湿法)性能和指标、橡胶颗粒和沥青共同作用机理、橡胶粉改性沥青路面设计和施工、若干橡胶粉改性沥青混合料环境相关问题等几块。首先，考虑两种主要原材料性质、共炼反应工艺流程两个方面，研究了沥青和橡胶粉共混反应和其他聚合物改性的异同，讨论了湿法工艺生产橡胶沥青的若干核心问题。而后，分别针对沥青和沥青混合料，全面评价了橡胶粉改性沥青(干法和湿法两个工艺)的路用性能。沥青试验结果证明，轮胎橡胶粉能够显著地改善沥青的高温和低温性能，特别是低温性能，可以同时提高低温柔性和抗变形能力。40目以下轮胎橡胶粉加入混合料，不会造成实际沥青用量的明显增加。轮胎橡胶粉的加入，会降低混合料的强度。但是，高温稳定性、低温抗裂性和抗水损坏性能都有不同程度地提高，表现了明显的综合改性的特征。在这些工作的基础上，本文建议了橡胶沥青和橡胶粉改性沥青混合料性能指标体系。再次，从复合材料细观层次，分析了强度和性能宏观指标表现不一致的原因，以及低温条件下柔性橡胶和脆性沥青材料共同作用的机理。较好的解释了试验研究中遇到的各种现象。研究过程中，笔者参与了在桥面铺装和旧路改造工程中的橡胶粉干法试验路工程，研究了干法施工工艺和施工控制指标问题。结合国外成果，对橡胶粉在路面工程中的应用方向和结构设计提出了建议。最后，综合国外研究成果和施工体会，讨论了橡胶粉改性沥青路面再生和环保相关问题。关键字：轮胎橡胶，橡胶粉，改性沥青，沥青路面，干法，湿法，橡胶沥青

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 概述

1.1背景和研究内容

1.2定义和起源

1.3国内外发展概况

第二章 轮胎橡胶粉及其与沥青的反应

2.1轮胎橡胶和轮胎橡胶粉的性能及指标

2.2沥青和轮胎橡胶粉的作用

2.3试验备样

2.4加工工艺的影响

2.5胶粉细度的影响

2.6胶粉掺量的影响

2.7本章小结

第三章 橡胶沥青性能评价及指标

3.1高温性能

3.1.1高温常规指标

3.1.2 高温SHRP指标

3.2低温性能

3.2.1延度

3.2.2弯曲梁流变仪(BBR)

3.2.3沥青低温直接抗拉试验(DT)

3.3老化指标

3.3.1短期老化(TFOT与RTFOT)

3.3.2模拟长期老化(PAV)

3.4橡胶沥青指标体系框架

3.5本章小结

第四章 轮胎橡胶粉改性沥青混合料的性能评价和指标

4.1试验方案

4.2橡胶粉对常规混合料设计参数的影响

4.2.1传统密级配AC101型

4.2.2多碎石间断级配SAC10

4.2.3 沥青玛蹄脂碎石SMA10

4.3橡胶粉对结构性力学指标的影响

4.3.1抗压强度

4.3.2回弹模量

4.3.3马歇尔稳定度和劈裂强度

4.4高温稳定性

4.4.1车辙试验

4.4.2沥青路面分析仪(APA)

4.5低温抗裂性能

4.5.1低温劈裂和冻融低温劈裂

4.5.2低温约束试件温度应力试验(TSRST)

4.6抗水损坏

4.6.1残留稳定度和冻融劈裂强度比

4.6.2浸水APA比

4.6.3飞散和浸水飞散

4.7沥青试验和混合料试验的验证

4.8本章小结

第五章 橡胶沥青中沥青和橡胶颗粒的作用机理

5.1高聚物改性沥青和橡胶沥青改性机理

5.2橡胶沥青及其混合料力学分析

5.2.1复合材料及其结构特点

5.2.2橡胶沥青的宏观力学指标

5.2.3橡胶沥青及其混合料的细观分析

5.3本章小结

第六章 橡胶粉改性沥青路面设计和施工

6.1橡胶沥青路面结构设计

6.2湿法工艺

6.3混合料设计

6.4拌和

6.5储存运输

6.6摊铺碾压

6.7质量检测与控制

6.8试验路工程及使用性能评价

6.9本章小结

第七章 橡胶粉改性沥青混合料与环境

7.1施工期有害排放物

7.2对道路噪声的影响

7.2.1声音和振动

7.2.2橡胶沥青与噪声、振动

7.3可再生性

7.3.1路面再生技术略述

7.3.2橡胶沥青路面的再生

本章小结

第八章 结论与进一步研究展望

8.1结论

8.2本文创新点

8.3有待进一步研究的问题

参考书目

致谢