【摘要】：隨著我國公路建設與養(yǎng)護的高速發(fā)展,到2013年末全國公路總里程已達435.62萬公里,公路養(yǎng)護里程425.14萬公里,全國等級公路里程375.56萬公里,二級及以上公路里程52.44萬公里,其中高速公路里程達10.44萬公里。因此,加快推進節(jié)能減排、低碳環(huán)保的溫拌(Warm Mix Asphalt,WMA)與再生溫拌瀝青混合料(Warm Mix Asphalt with Reclaimed Asphalt Pavement,RAP-WMA)研究、應用與推廣意義重大。目前國內(nèi)所進行的溫拌瀝青混合料技術研究尚處在室內(nèi)試驗與理論分析初期,雖然已完成了一些試驗路段,但因各種條件與原因的限制,在瀝青路面的設計、施工中大規(guī)模地應用溫拌或再生溫拌瀝青混合料來取代熱拌瀝青混合料(Hot Mix Asphalt,HMA)的案例仍然鮮見,各種溫拌添加劑對瀝青性能的影響、與瀝青的相溶性和作用機理以及溫拌瀝青混合料的設計方法、生產(chǎn)溫度的確定,溫拌與再生溫拌瀝青混合料的路用性能、用于路面結構設計計算用的材料參數(shù)等尚未達到一個工程共識,仍需進行大量的深入研究才能得以實現(xiàn)。本文以節(jié)省資源、保護環(huán)境和減少投資為目的,結合湖南省科學技術廳重點項目“瀝青路面溫拌再生技術研究(2011SK2022)”等課題,對溫拌與再生溫拌瀝青混合料展開系統(tǒng)深入的室內(nèi)試驗、理論分析,進一步完善其設計理論與工程應用技術。本文首先通過對國內(nèi)外溫拌技術的系統(tǒng)調研和分析,選取有代表性的添加劑型溫拌技術作為研究對象,對溫拌添加劑對瀝青結合料的高、低溫性能以及對瀝青PG分級的影響進行系統(tǒng)深入的研究。進而對含溫拌添加劑的溫拌瀝青結合料的針入度與PG分級高溫等級的關系進行初步研究與分析,以期進一步探索分析溫拌添加劑與瀝青相互作用的機理以及加入不同溫拌添加劑后的溫拌瀝青所表現(xiàn)出的性能的差異性。同時,采用差示掃描量熱分析、熱失重分析與原子力顯微鏡分析等方法,對摻加不同類型溫拌添加劑的溫拌瀝青的熱性能與微觀結構進行研究,為溫拌添加劑與瀝青的作用機理研究奠定一定的基礎。其次,通過對溫拌瀝青混合料與常規(guī)熱拌瀝青混合料的主要路用性能及其施工工藝的深入研究,指出了兩種技術的異同,并基于其異同,深入研究了相應的配合比設計方法,結果表明溫拌瀝青混合料配合比設計的技術指標、混合料的礦料級配以及對原材料的技術要求可與熱拌瀝青混合料一致。但是,由于瀝青混合料的黏彈性特點,溫度的不同會對瀝青混合料的性能產(chǎn)生較大的差異,要達到或不低于熱拌瀝青混合料的使用性能,溫拌瀝青混合料生產(chǎn)溫度的確定是關鍵。為此,系統(tǒng)地試驗研究了采用傳統(tǒng)的瀝青黏度-溫度關系來確定溫拌瀝青混合料的拌和、壓實溫度,和結合了混合料空隙率-溫度關系的“等黏度-等體積”原則來確定溫拌瀝青混合料拌和、壓實溫度的兩種方法,得出了后者更符合實際的結論。此外,本文還應用“等黏度-等體積”原則,對溫拌瀝青混合料的使用性能、路面結構設計計算用的材料性能參數(shù)等進行了系統(tǒng)的室內(nèi)試驗研究。進而應用相應的研究成果設計和鋪筑了不同結構組合的溫拌瀝青混合料試驗路段,并對該試驗路段的經(jīng)濟與社會效益進行了計算與分析。最后,利用溫拌瀝青混合料的研究成果與結論,結合再生與溫拌的技術優(yōu)勢,對舊路面瀝青混合料進行再生溫拌。從再生溫拌瀝青結合料與再生溫拌瀝青混合料的配合比設計、生產(chǎn)溫度的確定、使用性能以及路面結構設計用材料參數(shù)等方面進行了系統(tǒng)的室內(nèi)試驗研究。數(shù)據(jù)分析結果表明:“等黏度-等體積”原則同樣適合于再生溫拌瀝青混合料,證明了該原則具有普適性;舊路面瀝青材料摻量對再生溫拌瀝青混合料的使用性能的影響存在差異化,但其技術指標均滿足現(xiàn)行相關技術規(guī)范的要求。
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混合料類型 出料溫度（℃） 攤鋪溫度（℃） 初壓溫度（℃） 終壓溫度（℃）普通瀝青混合料 160±5 ≥150 ≥140 ≥110SBS改性瀝青混合料 180±5 ≥160 ≥150 ≥120SEAM混合料 140±5 ≥130 ≥120 ≥110表 2.9 SEAM 溫拌添加劑基本技術指標最大粒徑（mm） 硫磺含量（%） 灰分含量（%） 比重（g/cm3）≤5 ≥97 ≤3 1.9～2.0需要說明的是，Shell 公司早期開發(fā)了作為增強劑與煙霧抑制劑的 PLUS 添加劑與 SEAM 配合使用，本文的研究使用了 PLUS 添加劑。最近 Shell 公司把 PLUS添加劑與 SEAM 完全融合在一起制成產(chǎn)品，其商品名稱為 Thiopave。為有效甄別各種溫拌添加劑對瀝青結合料及 WMA 路用性能的影響，本文采用了四種溫拌添加劑，分別為 Sasobit、EC120、Aspha-min、SEAM，圖 2.1 為四種添加劑樣品形態(tài)。

c）Aspha-min 顆粒 d）SEAM 顆粒續(xù)圖 2.1 四種溫拌添加劑樣品形態(tài)2.2 原材料性能溫拌添加劑的加入會影響瀝青的性質，進而影響瀝青混合料的路用性能。本節(jié)主要探討溫拌添加劑對瀝青性能的影響，為 WMA 相對 HMA 路用性能的差異提供瀝青性質變化的根據(jù)。室內(nèi)試驗采用 70# A 級道路石油瀝青與 I-D 級 SBS 聚合物改性瀝青兩種瀝青，Sasobit 與 EC120 兩種溫拌添加劑。室內(nèi)試驗研究溫拌添加劑對瀝青性能影響沒有采用 Aspha-min 與 SEAM，是因為這兩種添加劑使用時都是直接加入瀝青混合料中，是瀝青混合料添加劑。除兩種凈瀝青，，溫拌添加劑 Sasobit 與 EC120 摻量分別為 1%、2%、3%、4%、5%，共制備了 24 種瀝青。摻溫拌添加劑的瀝青試樣按照 JTG E20 規(guī)程 T0602 瀝青試樣準備方法‖制備，先將瀝青分別加熱到拌和溫度，再加入瀝青質量 1%、2%、3%、4%及 5%的 Sasobit、EC120，然后攪拌 30min 備
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U414


本文編號：2544267