橡胶颗粒沥青混合料弹性机理分析及实验研究

作     者：王长棋 

作者单位：沈阳建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐岩

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：橡胶颗粒沥青混合料 力学性能 除冰机理 动态模量 

摘      要：废旧轮胎的处理问题是新世纪各国都面临的重大考验,将废旧轮胎破碎成橡胶颗粒掺入沥青混合料中成为处理轮胎问题的新途径。我国北方冬季气候寒冷,降雪之后路面积雪在车辆荷载的作用下逐渐融化,容易结冰,导致交通事故的发生。而沥青混合料由于橡胶颗粒的加入,使沥青混合料路面在荷载的作用下产生较大的变形,引起路面冰层的破碎,具有一定的自除冰能力。但加入橡胶颗粒后的沥青混合料力学性能必然会发生变化,以及橡胶颗粒如何使路面具有除冰能力都需要进一步的研究,本文将针对以上内容进行具体的研究分析。本文对橡胶颗粒掺量为0、2%、3%和4%,粒径为1～2mm和2～4mm的橡胶颗粒沥青混合料力学性能进行了研究,从单轴压缩试验、劈裂试验以及弯曲试验对橡胶颗粒沥青混合料的性能进行了试验。试验结果表明,橡胶颗粒沥青混合料的抗压强度、抗拉强度以及弯曲性能比普通沥青混合料都有所减小,但是在拉伸、压缩、弯曲变形等方面,橡胶颗粒沥青混合料的性能却有所提高,尤其在弯曲试验中,弯曲变形和弯拉破坏应变都有所提高。对橡胶颗粒沥青混合料路面建立了有限元模型,通过对路面冰层的受力变形研究橡胶颗粒沥青混合料路面的除冰性能,采用应变能密度因子准则作为路面冰层破裂的判断依据,研究了不同弹性模量路面在不同温度、不同冰层厚度时除冰的能力,并进行了室内破冰试验。试验结果表明,温度在-5℃,冰层厚度在5mm以内时,橡胶颗粒沥青混合料具有一定的除冰能力;当温度超过-10℃或者冰层厚度超过10mm时,混合料的除冰能力丧失。对橡胶颗粒沥青混合料的动态模量进行了研究,分析了橡胶颗粒、温度以及加载频率对沥青混合料动态模量的影响。试验结果表明,橡胶颗粒的增加和温度的提高都会降低沥青混合料的动态模量,且1～2mm橡胶颗粒沥青混合料的动态模量下降较慢;而随着加载频率的增大,普通沥青混合料的动态模量始终大于橡胶颗粒沥青混合料,2～4mm的橡胶颗粒沥青混合料要优于1～2mm的橡胶颗粒沥青混合料。