【摘要】：瀝青路面在使用過程中,常常伴隨著松散、坑槽等一系列水損害的發(fā)生,是現(xiàn)階段我國(guó)公路病害的主要形式之一。在高溫多雨的夏季,水分會(huì)通過空隙滲入路面結(jié)構(gòu),與集料表面瀝青膜發(fā)生置換,而高溫會(huì)加劇水分子的運(yùn)動(dòng),使得瀝青極易從集料表面剝離。對(duì)于晝夜溫差較大的地區(qū),殘留在空隙中的水分容易產(chǎn)生凍脹壓力,加速瀝青與集料的黏結(jié)失效,繼而形成嚴(yán)重的水損害。因此,研究水和溫度的耦合作用對(duì)瀝青-集料界面黏附的影響,提出相關(guān)技術(shù)改善措施對(duì)于減少瀝青路面的早期病害、延長(zhǎng)其使用壽命具有重要意義。首先,本文結(jié)合水煮法和掃描電子顯微鏡,通過光電比色法研究了熱水浴和凍融循環(huán)2種水溫耦合作用對(duì)70#基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青、高黏瀝青3種瀝青與玄武巖、石灰?guī)r2種集料間黏附性的影響,解釋了其黏附失效行為。結(jié)果表明,熱水浴和凍融循環(huán)對(duì)其界面相的破壞模式不同,黏附性在熱水浴作用下隨水浴時(shí)間的增加呈逐漸下降趨勢(shì),而在凍融循環(huán)作用下隨循環(huán)次數(shù)的增加呈現(xiàn)出高低起伏的變化趨勢(shì);高黏瀝青在3種瀝青中具有最好的長(zhǎng)期抗水熱及凍融環(huán)境影響的性能;光電比色法可以更加準(zhǔn)確、可靠地評(píng)價(jià)熱水浴作用下瀝青與集料之間的黏附性能,但對(duì)于凍融循環(huán)作用下的黏附性變化,則需要結(jié)合掃描電鏡結(jié)果才能更好地解釋。其次,利用原子力顯微鏡研究了不同水溫耦合作用下各瀝青的表面形貌、粗糙度,以探針代替集料對(duì)其表面納觀黏附力進(jìn)行了分析,并選取部分樣本利用納米壓痕技術(shù)對(duì)界面處瀝青膠漿的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。數(shù)據(jù)顯示,熱水浴作用下,瀝青表面的蜂狀結(jié)構(gòu)會(huì)散落為細(xì)小的片段,而凍融循環(huán)作用下瀝青蜂狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出消失與重構(gòu)的交替變化行為;短暫的熱水浴作用可以提高改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性,而短期的凍融循環(huán)能夠豐富瀝青的表面形貌,相比之下瀝青性能衰減更為緩慢;熱水浴作用下,瀝青模量和硬度減小,而凍融循環(huán)作用下均表現(xiàn)為增大。然后,利用分子動(dòng)力學(xué)建立3種瀝青與2種典型氧化物的界面組合模型,簡(jiǎn)單模擬水損害,在幾種常見溫度下進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬,通過分析界面能與內(nèi)聚能探究水溫耦合作用對(duì)界面黏附性的影響,并給出了針對(duì)性的路面材料組成設(shè)計(jì)建議。結(jié)果表明:SBS改性劑能夠改善瀝青的低溫黏附性,而其熱穩(wěn)定性較差,對(duì)于改善瀝青的高溫黏附性貢獻(xiàn)很小,在高摻量時(shí)需要加入某些添加劑才能更好地發(fā)揮其作用;SBS改性劑分子在SBS改性瀝青中處于氧化物晶體表面附近,而在高黏瀝青中處于整個(gè)瀝青分子的中間位置,這與其參與界面作用的形式有關(guān)。最后,采用大空隙瀝青混合料特定的級(jí)配,對(duì)比研究了SBS改性瀝青和高黏瀝青對(duì)應(yīng)的混合料在不同水溫耦合作用下的水穩(wěn)定性變化。結(jié)果表明:使用高黏瀝青能夠明顯提高瀝青路面的水穩(wěn)定性,減少及預(yù)防水損害的發(fā)生;熱水浴和凍融循環(huán)作用均會(huì)降低大空隙瀝青混合料的水穩(wěn)定性,但對(duì)其影響程度并無(wú)明顯的強(qiáng)弱之分;浸水飛散試驗(yàn)可以更好地評(píng)價(jià)大空隙瀝青混合料的水穩(wěn)定性;對(duì)于排水路面的上面層,建議采用高黏瀝青與玄武巖進(jìn)行材料組成設(shè)計(jì)。
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U414
【圖文】：

第一章 緒論1.1 研究背景及意義隨著我國(guó)道路交通系統(tǒng)的日益發(fā)展與完善，瀝青混凝土路面已經(jīng)成為了我國(guó)公路路的主要形式，尤其是在高速公路的應(yīng)用中更為廣泛。但已建成的瀝青路面存在較多的問題其中以水損害最為典型。水損害，顧名思義，其發(fā)生離不開水的作用，路面降水是自然境中最普遍的因素，因此水損害在瀝青路面的早期破壞中也最為常見。水損害的產(chǎn)生往伴隨著其他一系列病害，如松散、坑槽、網(wǎng)裂、推移、車轍等，這些病害大大縮短了路的維修養(yǎng)護(hù)期，增加了路面成本，給車輛正常的出行帶來(lái)極大的影響。所謂水損害，是指瀝青路面在遇到降水時(shí)，水分由于受到車輪荷載的反復(fù)作用進(jìn)入面空隙中，并產(chǎn)生動(dòng)水壓力，繼而逐漸滲入到瀝青與集料的界面處，使界面黏附性降低瀝青從集料表面脫落，最終形成瀝青路面松散、坑槽等一系列損壞的現(xiàn)象[1]，如圖 1-1 示。水損害的形成與瀝青與集料之間的界面黏附失效行為密切相關(guān)，也與水和溫度等自環(huán)境條件的影響密不可分。

以氧化物建立集料分子模型，然后確定各瀝青-集料界面模型，加入一定數(shù)量的水分子以簡(jiǎn)單模擬水環(huán)境，在幾種典型溫度下進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬，通過分析界面能和內(nèi)聚能來(lái)表征瀝青-集料界面黏附性的強(qiáng)弱。（4）水溫耦合作用下大空隙瀝青混合料水穩(wěn)定性研究：結(jié)合排水瀝青路面的應(yīng)用現(xiàn)狀，選用高黏瀝青與玄武巖的組合，對(duì)比 SBS 改性瀝青，對(duì)特定級(jí)配的大空隙瀝青混合料 OGFC-13 的水穩(wěn)定性進(jìn)行研究，通過分析水溫耦合作用對(duì)混合料水穩(wěn)定性的影響來(lái)從宏觀角度解釋瀝青-集料界面的黏附失效行為�；谏鲜鲅芯�?jī)?nèi)容，本文采用的技術(shù)路線如圖 1-2 所示。

Tab.2-2 Aggregate minerals physical properties indexes試驗(yàn)項(xiàng)目 玄武巖 石灰?guī)r密度（g/cm3） 2.983 2.743洛杉磯磨耗損失（%） 12.7 16.9針片狀含量（%） 8.9 7.4吸水率（%） 1.02 0.78.2 試驗(yàn)條件水和溫度是影響瀝青-集料界面黏附性的主要內(nèi)部因素[50-53]，其中溫度包括高溫（溫（凍融）兩個(gè)方面。因此，水和溫度的組合條件主要可以分為熱水浴和凍融循類型。模擬 2 種環(huán)境條件所采用的試驗(yàn)儀器如圖 2-1 所示。本研究采用恒溫水浴箱作為試件熱水浴的環(huán)境，分別對(duì)在 60℃水浴中浸泡 0d、、5d 后的試件進(jìn)行對(duì)比研究，以模擬熱水浴時(shí)間對(duì)界面黏附性的影響；采用可編溫試驗(yàn)箱作為試件凍融循環(huán)的環(huán)境，分別對(duì)在-18℃—60℃環(huán)境中凍融循環(huán) 0 次、5 次、15 次后的試件進(jìn)行對(duì)比研究，以模擬凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)界面黏附性的影響。其-18℃水浴保溫 3h+60℃水浴保溫 3h 作為 1 次循環(huán)，升溫和降溫的過渡時(shí)間均為 極小值），以盡量排除變溫速率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 吳靚臻;唐吉玉;馬遠(yuǎn)新;孔蘊(yùn)婷;文于華;陳俊芳;;SiO_2薄膜熱應(yīng)力模擬計(jì)算[J];華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年01期

2 陳國(guó)明;譚憶秋;;基于粗集料表面紋理特性的瀝青混合料性能研究[J];公路交通科技;2007年02期

3 周衛(wèi)峰,張秀麗,原健安,戴經(jīng)梁;基于瀝青與集料界面粘附性的抗剝落劑的開發(fā)[J];長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年02期

本文編號(hào)：2785373