【摘要】：由于自然環(huán)境和車輛荷載形成的瀝青路面早期表面破損,可以通過適時的加熱修復(fù),以延長路面使用壽命。為了提高瀝青路面的微波加熱修復(fù)效率,大幅節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本,本研究提出了集料表面磁損耗增強(qiáng)原理,并采用三種增強(qiáng)方式對瀝青混合料進(jìn)行了微波加熱效率的研究。分別對瀝青混合料中各個成分進(jìn)行改性處理,采用化學(xué)共沉淀法對普通玄武巖細(xì)集料和粗集料分別進(jìn)行改性處理;采用共沉淀法對含鐵量25%左右的普通鋼渣進(jìn)行改性處理;采用羰基鐵粉作為磁損耗吸波劑、炭黑作為電損耗吸波劑、瀝青作為基質(zhì)制備吸波材料對瀝青進(jìn)行改性處理。在此基礎(chǔ)上,對制備的吸波材料樣品分別進(jìn)行XRD物相分析和微波加熱測試,結(jié)果表明改性鋼渣和改性玄武巖細(xì)集料表面成功生成了磁性納米Fe3O4,平均晶粒徑分別為22nm和30nm。在微波加熱2min內(nèi),改性玄武巖細(xì)集料(MF)和改性玄武巖粗集料(MC)上升的溫度幾乎是普通玄武巖細(xì)集料(BF)和普通玄武巖粗集料(BC)的兩倍,且MF的溫度略高于MC;改性鋼渣的溫度較普通鋼渣高出40℃。將吸波材料分別摻入到瀝青混合料中以AC-13C級配制備成馬歇爾試件和車轍板后,采用自由空間法測試了2-4GHz頻率范圍內(nèi)的電磁參數(shù),并使用紅外熱像儀和紅外測溫儀分別測試其在微波加熱2min過程中的溫度變化。結(jié)果表明改性玄武巖粗集料瀝青混合料(MCAM)、改性玄武巖細(xì)集料瀝青混合料(MFAM)、改性鋼渣瀝青混合料(MSAM)和羰基鐵粉炭黑改性瀝青混合料(AM CIP/CB)的復(fù)介電常數(shù)實部??相較于普通瀝青混合料(BAM)分別增加了11.3%、11.3%、10.6%、1.89%;復(fù)介電常數(shù)虛部??分別增加了12.79%、12.72%、12.74%和4.41%;復(fù)磁導(dǎo)率實部??分別增加了30%、28.7%、27.3%和5.27%。四種改性瀝青混合料在微波加熱過程中溫度隨時間是呈線性增長的,且試件內(nèi)部溫度比表面溫度在同一時刻高8-13℃左右。MCAM、MFAM、MSAM和AM CIP/CB的表面溫度升溫速率分別為0.4364、0.4564、0.4356和0.4162,相較BAM的升溫速率分別提高了70.9%、78.8%、70.6%和63%。采用瀝青混凝土板模擬微波加熱,選擇2.5cm、5cm、7.5cm、10cm和15cm深度處測試其平面上的溫度場,并采用CST軟件對其電磁場和溫度場進(jìn)行模擬,結(jié)果顯示,在微波加熱15min的過程中,同一深度的水平面上不同微波加熱時間下的溫度差異大部分小于8℃,微波加熱在瀝青混凝土板的水平方向具有較好的均勻性。瀝青混凝土板在深度方向的溫度是先升高后降低,且試件底部的溫度會略低于表面和中部的溫度,其中10cm深度處的溫度最高,四種改性瀝青混凝土板在此處的溫度均超過120℃,滿足實際路面養(yǎng)護(hù)的要求。CST軟件模擬的結(jié)果顯示溫度場的分布與微波能量損耗密度有關(guān),即損耗密度越大,溫度越高;本文采用的模型中溫度最高的深度是距模型表面11cm深度處的平面�？烧J(rèn)為微波加熱在瀝青混凝土板中相較常規(guī)加熱方式,具有良好的均勻性和恰當(dāng)?shù)募訜嵘疃�。采用三點(diǎn)彎曲破壞試驗和三點(diǎn)彎曲疲勞試驗評價了改性玄武巖粗集料瀝青混合料(MCAM)、改性玄武巖細(xì)集料瀝青混合料(MFAM)、改性前鋼渣瀝青混合料(USAM)、改性鋼渣瀝青混合料(MSAM)、羰基鐵粉炭黑改性瀝青混合料(AM CIP/CB)和普通瀝青混合料(BAM)六種瀝青混合料的微波加熱修復(fù)效果,結(jié)果顯示通過微波加熱,瀝青混合料的強(qiáng)度不能實現(xiàn)完全恢復(fù),且隨著破壞-修復(fù)循環(huán)次數(shù)的增加,瀝青混合料的抗彎強(qiáng)度恢復(fù)率在逐漸降低。其中抗彎拉強(qiáng)度恢復(fù)率和微波修復(fù)指數(shù)從大到小排序依次是MCAM、MFAM、MSAM、AM CIP/CB、USAM和BAM。在一定范圍內(nèi),微波可以重復(fù)用于瀝青混合料的裂縫修復(fù),但不能無限次修復(fù)。微波修復(fù)指數(shù)主要取決于微波加熱的時長和瀝青混合料的微波吸收性能,當(dāng)微波加熱后六種瀝青混合料的修復(fù)指數(shù)是常溫修復(fù)的3倍左右。當(dāng)微波加熱相同時長,MCAM和MFAM的微波修復(fù)指數(shù)相較于BAM提高了41.4%;MSAM的微波修復(fù)指數(shù)相較于BAM提高了36.2%,而相較于USAM提高了16.1%;AM CIP/CB的微波修復(fù)指數(shù)相較于BAM提高了37.5%。六種瀝青混合料的路用性能測試結(jié)果顯示其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和抗滑性能均能很好地滿足規(guī)范要求。其中MCAM、MFAM、MSAM和AM CIP/CB的動穩(wěn)定度和彎拉應(yīng)變均優(yōu)于BAM,三種改性方法可以提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性;USAM和MSAM的水穩(wěn)定性會優(yōu)于其他四種瀝青混合料,而六種瀝青混合料的抗滑性能沒有明顯的差異。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U414

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2691283