环保除冰填料的制备及其沥青胶浆、混合料性能研究

作     者：零立山 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟勇军;刘宇

授予年度：2022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：沥青 环保除冰填料 微观机理 流变性能 力学性能 除冰性能 响应面设计 

摘      要：路表覆冰会严重影响道路交通安全,而传统的除冰手段对环境与道路结构物有较大的影响与危害,诸多新型的除冰技术又面临着除冰效率与成本的冲突,无法大规模应用于实际工程。因此,本文基于环境保护与实际应用的考虑,以硅藻土为蓄积载体、疏水剂为缓释剂,研发了二元醋酸盐环保除冰填料,并对其除冰沥青混合料的力学性能、除冰性能和微观性质变化进行分析研究,以期将醋酸环保除冰填料用于预防道路表面凝冰,清除路表覆盖冰层,保障冬春季道路交通安全。利用响应面设计法对环保除冰填料进行最佳配比的求解,并针对其蓄积除冰盐的能力、施工热稳定性、环保性能与除冰性能进行试验分析。结果表明:确定了环保除冰填料中醋酸钾与醋酸钠之间的配比为3:7,除冰盐与载体的配比为4:5,疏水剂的掺量为8%（占除冰盐和载体的质量比）;环保除冰填料的各项性能显示其基本具备了能替代普通填料掺入沥青混合料中用于路面除冰的可行性。将环保除冰填料分别和基质沥青、SBS沥青、高黏沥青与橡胶沥青制成四种除冰沥青胶浆,对这四种胶浆的流变性能、黏聚与自愈合性能以及相容性、热稳定性等微观作用机理进行分析。相较于普通沥青胶浆,环保除冰胶浆的弹性响应增加,抗车辙能力增强。由环保除冰填料导致的除冰沥青胶浆相容性改变与化学变化是引起其黏弹性能、黏聚与自愈合性能改变的原因。环保除冰胶浆的失重曲线表明其热稳定性符合施工要求。结合除冰路面服役环境的特点,对除冰混合料冻融循环后的水稳定性、低温抗裂性与雨水冲刷后的高温稳定性进行分析。除冰沥青混合料的水稳定性以及低温柔性降低,基质、橡胶除冰沥青混合料雨水冲刷后的车辙动稳定度降低,而四种除冰沥青混合料的高温稳定性和SBS、高黏除冰沥青混合料的最大弯拉强度有所增强。低温低应力下环保除冰沥青混合料的回弹响应比对照组的更高。综合讨论,四种除冰沥青混合料抵抗环保除冰填料劣化作用的能力排序为高黏SBS基质橡胶。结合蓄盐除冰路面的除冰机理,通过设计海绵吸附试验,凝冰过程观察试验,电导率试验对环保除冰混合料的除冰性能进行研究。环保除冰沥青混合料能有效降低冰层与路表之间的黏附力,有助于延缓路表冰层的形成速度,破坏冰层的完整统一性,使得形成的冰层强度降低。基质除冰沥青混合料具有更好的长效缓释性;橡胶除冰沥青混合料降温降水初期抑制路表凝冰的效果更好。从整体性看,SBS和高黏除冰沥青混合料兼具了初期抑制凝冰,持续性效果好的优点。