【摘要】：隨著化石燃料能源———煤和石油等的消耗量日益增加,酸雨已成為全球性的環(huán)境問題之一,由此引起的瀝青路面病害——礦料質(zhì)地軟化、磨光、瀝青混合料泛油、松散及坑槽等破壞日漸嚴重,導(dǎo)致瀝青路面耐久性降低。然而對于酸雨引起瀝青路面破壞機理研究,無論是國內(nèi)還是國外都是極為有限的。基于現(xiàn)有的研究水平,通過構(gòu)建化學熱力學、動力學參數(shù)模型,深入探討酸雨侵蝕乳化瀝青機理和破壞速率的問題；運用微觀、宏觀手段,利用化學反應(yīng)推導(dǎo)方法,分析礦質(zhì)材料在酸雨溶液干-濕循環(huán)作用下性能衰變的規(guī)律及破壞機理；提出簡單有效的酸雨侵蝕破壞瀝青混合料性能衰變的評價方法與技術(shù)指標；結(jié)合瀝青、礦質(zhì)材料破壞研究,經(jīng)過短、中、長期酸雨溶液干濕循環(huán),分析瀝青混合料侵蝕破壞發(fā)展過程,提出破壞模型。通過該項目研究,對于預(yù)防和控制此類破壞的發(fā)生、開發(fā)防治酸雨侵蝕破壞的瀝青路面新材料提供重要的理論指導(dǎo)。(1)通過干濕循環(huán)浸泡試驗?zāi)M酸雨對瀝青的腐蝕作用,研究了不同PH值酸雨和不同腐蝕周期對瀝青技術(shù)性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。試驗結(jié)果表明：經(jīng)過酸雨干濕循環(huán)浸泡后,瀝青的針入度增大,粘度和軟化點和延度下降,使得瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性變差。在酸雨浸泡過程中,瀝青與硫酸發(fā)生了酯化反應(yīng)和烷基化反應(yīng)生成了鏈更長的異構(gòu)烷烴,使得瀝青中的飽和分含量增加。瀝青中的羧酸類和酚類等酸性物質(zhì)在酸雨中發(fā)生了一定的溶解和電離,導(dǎo)致瀝青中的膠質(zhì)含量下降。瀝青中的硫醚類、硫醇類化合物在酸雨的作用下發(fā)生了氧化縮合反應(yīng),生成了亞砜類化合物和二硫化物,瀝青質(zhì)的含量增加。(2)通過室內(nèi)試驗?zāi)M酸雨對石灰?guī)r、玄武巖、花崗巖三種集料的腐蝕,發(fā)現(xiàn)三種集料均出現(xiàn)了質(zhì)量損失,壓碎值和磨耗值上升,與瀝青的粘附性下降。通過掃描電子顯微鏡(SEM)試驗以及X射線衍射試驗揭示了酸雨對集料的腐蝕機理：酸雨中的酸性物質(zhì)硫酸和硝酸等與礦料中的碳酸鈣、堿性氧化物等發(fā)生反應(yīng),生成溶解性較好的硫酸鹽和硝酸鹽等物質(zhì),反應(yīng)會使礦質(zhì)集料的成份流失,質(zhì)量下降,空隙率增大,物理力學性質(zhì)下降。(3)對經(jīng)酸雨浸泡后的三種瀝青混合料的回收瀝青進行組分分析、紅外光譜分析和熱重分析,發(fā)現(xiàn)酸雨會破壞瀝青的組分,改變?yōu)r青中四組分的相對含量,酸性物質(zhì)會與集料中的成分發(fā)生反應(yīng),生成羧酸類物質(zhì),這些酸類可以與集料中的低價氧化物反應(yīng)生成乳化劑,瀝青膜被水剝離,導(dǎo)致瀝青混合料發(fā)生嚴重的侵蝕破壞。
[Abstract]:With the increasing consumption of fossil fuel energy, coal and oil, acid rain has become one of the global environmental problems, resulting in asphalt pavement diseases-material texture softened, polished, asphalt mixture flooding, loose and pothole damage is becoming more and more serious, resulting in reduced durability of asphalt pavement. However, the research on the failure mechanism of asphalt pavement caused by acid rain is very limited both at home and abroad. Based on the existing research level, the mechanism and failure rate of acid rain erosion emulsified asphalt are deeply discussed by constructing chemical thermodynamics and kinetic parameter model, and the performance decay law and failure mechanism of mineral materials under the action of dry and wet cycle of acid rain solution are analyzed by means of microcosmic and macroscopical means and chemical reaction derivation method. A simple and effective evaluation method and technical index for the performance decay of asphalt mixture damaged by acid rain erosion are put forward. Combined with the study of asphalt and mineral material destruction, through the dry and wet cycle of short, medium and long term acid rain solution, the development process of asphalt mixture erosion and failure is analyzed, and the failure model is put forward. Through the research of this project, it provides important theoretical guidance for preventing and controlling the occurrence of this kind of damage and developing new materials for preventing and controlling acid rain erosion damage. (1) the corrosion effect of acid rain on asphalt is simulated by dry and wet cycle immersion test, and the effects of different PH value acid rain and different corrosion cycle on the technical performance and microstructure of asphalt are studied. The experimental results show that after soaking in acid rain dry and wet cycle, the penetration of asphalt increases, and the viscosity, soften point and ductility decrease, which makes the high temperature stability and low temperature crack resistance of asphalt worse. In the process of acid rain immersion, the esterification and alkylation of asphalt with sulfuric acid resulted in the formation of isomer alkane with longer chain, which increased the content of saturated components in asphalt. Acid substances such as carboxylic acids and phenols in asphalt dissolve and ionize in acid rain to a certain extent, which leads to the decrease of colloid content in asphalt. Thioether and mercaptan compounds in asphalt were oxidized and condensed under the action of acid rain to form sulfoxide compounds and disulfide, and the content of asphaltene increased. (2) the corrosion of limestone, basalt and granite aggregates by acid rain was simulated by laboratory test, and it was found that the mass loss, crushing value and wear value of the three aggregates increased, and the adhesion to asphalt decreased. The corrosion mechanism of acid rain to aggregate was revealed by scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The acid substance sulfuric acid and nitric acid in acid rain reacted with calcium carbonate and alkaline oxide in mineral material to form sulfate and nitrate with good solubility. The reaction would make the composition of mineral aggregate lose, the mass decrease and the void ratio increase. The physical and mechanical properties decreased. (3) the composition analysis, infrared spectrum analysis and thermogravimetric analysis of the recovered asphalt of three kinds of asphalt mixtures immersed in acid rain showed that acid rain would destroy the components of asphalt, change the relative content of four components in asphalt, and the acid substances would react with the components in the aggregate to form carboxylic acids, which could react with the low price oxides in the aggregate to form emulsifiers. The asphalt film is peeled off by water, which leads to serious erosion and damage of asphalt mixture.
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U414

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本文編號：2504934