膠粉改性瀝青因其良好的路用性能、發(fā)展前景和環(huán)境效應,在工程中得到了廣泛應用。現有的研究多聚焦于膠粉改性瀝青結合料自身及其組成混合料的整體宏觀性能的評價,而對膠粉改性瀝青與集料顆粒之間復雜的界面交互作用行為認知尚欠,但瀝青與集料的粘結處作為瀝青混合料多相復合材料的薄弱點往往是導致材料整體失效的誘發(fā)點,例如,作為瀝青路面常見病害類型的水損害就是由于界面處的瀝青發(fā)生了剝離。因此,深入了解多環(huán)境工況下膠粉改性瀝青與集料的界面交互作用對提升膠粉改性瀝青與集料間界面性能具有深遠的意義。本研究從多個尺度入手,對膠粉改性瀝青與集料界面粘結作用的形成到破壞行為的發(fā)生進行了全過程的研究,并分析了水侵入對該過程的影響。首先,基于動態(tài)剪切流變試驗研究了所用瀝青膠結料的流變特性,明確了膠粉改性對不同條件狀態(tài)下瀝青流變特性的影響規(guī)律;然后,通過建立分子動力學模型模擬了膠粉改性瀝青/集料間界面的分子行為,探究了界面粘結作用的分子機制,最后,通過圓盤拉伸（DCT）試驗分析了界面的破壞過程及特性,采用圖像處理方法厘清并量化了不同破壞特征模式,同時考慮了水浸入對不同尺度界面行為及性能的影響。為探究膠粉改性瀝青在高低溫、疲... 

【文章來源】：長安大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：157 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

界面的空間結構[16]

隨著世界汽車產業(yè)的大力發(fā)展,各國對于輪胎的需求量逐年快速增長[26],但是由于輪胎自身較強的耐久性以及較大的體積,造成它在報廢后成為大量難以處理的廢物來源之一[27]。早在1960年,膠粉就已經成為第二大類路面材料并得到廣泛應用[28],根據美國制造商協(xié)會的數據表明,2017年全美廢舊輪胎中有8%被用于土木工程領域。在瀝青混合料中的應用主要通過兩種方式實現,第一種是將廢舊輪胎通過一種特定的機器剪切成不同尺寸大小的橡膠碎屑后,用作外加劑用于改性瀝青性能,隨后將與集料進行拌合形成混合料,這種方法被稱為濕法。此外,另一種常用方式為膠粉代替礦料組成加入集料中,隨后與瀝青拌合形成混合料的干法。其中濕法過程中,膠粉會發(fā)生溶脹現象,如下圖所示:在該過程中,瀝青中的輕質組分會被膠粉吸收,發(fā)生溶脹現象,膠粉體積增大為原來的兩到三倍,在高溫作用下形成類似膠體的結構,需要注意的是該過程為物理過程而非化學反應[29,30]。其次,濕法制備膠粉改性瀝青的過程中的能量消耗和環(huán)境作用情況都可達到較為滿意的狀態(tài),同時有研究表明膠粉改性瀝青的能源消耗量和溫室氣體排放量一般都較小[2],對環(huán)境有極其重要的意義。此外,采用膠粉改性瀝青對路面的降噪作用更進一步表明了它具有環(huán)境可持續(xù)性[11]。在我國,膠粉改性瀝青的應用種類主要包括高摻量膠粉改性瀝青(通常膠粉含量大于35%)[31],溫拌膠粉改性瀝青[32]和復合膠粉改性瀝青[33,34]。為了提升膠粉改性瀝青的性能,解決其黏度過高的問題,可采用膠粉預處理的手段,主要包括化學方法和物理方法。最常見的方法為添加TOR交聯劑促進橡膠顆粒和瀝青中瀝青質組分上硫原子的相互作用,有效提升膠粉改性瀝青的低溫性能[35,36]。此外,還可通過添加聚磷酸(PPA)和層狀雙氫氧化物(LDHs)的方法促進膠粉發(fā)生物化反應,使其結構分布更均勻,達到降黏效果[37,38]。物理方法的目的是提升膠粉與瀝青間的相容性,增強瀝青的流動性,通常在高溫高壓環(huán)境下,對膠粉進行活化處理,使其表面光滑度和分散性得到提升,也有研究者發(fā)現通過超聲裝置活化后的膠粉與基質瀝青間的相容性得到了顯著提升[10,39]。

本研究獲取的來源于兩種不同集料的DCT斷面圖像如下圖所示:從圖中可觀察到兩種不同石料的顏色主要為(a)中偏青綠色的A集料和(b)中偏紅色的B集料,如果采用上述提到的二值法處理圖像得到的結果如下圖所示,由于集料顏色差異較大,所以僅通過二值法中對顏色僅有的兩種處理結果難以辨別出斷面圖中顏色豐富的集料部分,嘗試采用二值法得到的結果如下圖所示:


本文編號：2969750