花岗岩与沥青黏附性能改善及混合料路用性能研究

作     者：舒士琪 

作者单位：山东建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：庄传仪;叶亚丽

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：道路工程 花岗岩沥青混合料 黏附性能 抗剥落措施 流变性能 表面自由能 水稳定性 

摘      要：随着我国交通基础设施的迅速发展和环保意识的提高,优质的中碱性集料等不可再生资源日益稀缺。而我国花岗岩等酸性集料具有质地坚硬、耐磨抗滑、力学强度高等优点,且储量丰富、分布广泛,如果将花岗岩应用于沥青混凝土路面的工程建设中,不仅能够缓解中碱性石材资源供应紧张的局面,还能够有效降低工程造价并带动当地的经济发展。但是由于花岗岩具有亲水憎油性,使得沥青与花岗岩集料的黏附性不足,花岗岩沥青混合料水稳定性差,严重影响了花岗岩沥青混合料在道路工程中的应用和推广。因此,如何改善花岗岩集料与沥青的黏附性能,保持或提高花岗岩沥青混合料的路用性能,成为亟待解决的重大课题。本文依托山东省重点交通科技计划项目“花岗岩在威海地区典型沥青路面结构中的改性与应用技术研究（项目号:2017B12）,选用青川岩沥青、酰基胺类抗剥落剂KH5和脂肪基胺类抗剥落剂AJ-1三种抗剥落剂对基质沥青进行改性。通过沥青三大指标研究抗剥落剂对沥青性能的影响,提出青川岩沥青与胺类抗剥落剂共混技术,并基于响应曲面法分析确定复合抗剥落剂的最佳掺量。最终确定两组复合抗剥落剂改性沥青和三组单一抗剥落剂改性沥青的改性方案,与基质沥青进行对比分析,评价五组抗剥落措施对沥青的流变性能、黏附性能等影响。利用动态剪切流变仪（Dynamic Shear Rheometer,DSR）和弯曲梁流变仪（Bending Beam Rheometer,BBR）,研究抗剥落剂添加前后沥青高温性能、低温性能、疲劳性能和在不同温度沥青的粘弹力学特性,以及宽频域复数剪切模量。试验结果表明,对于单一抗剥落剂改性沥青,岩沥青显著提高了基质沥青的高温性能,但低温流变性能有所降低;而酰基、脂肪基胺类抗剥落剂改善效果与岩沥青不同,KH5和AJ-1增加了沥青的粘性成分,提升了沥青的低温性能,但高温性能降低。复合改性沥青高低温性能均较优,弥补了岩沥青低温性能差和胺类抗剥落剂耐热性的不足。在宽频域下,五组抗剥落剂均能够提升基质沥青的疲劳性能,其中复合改性沥青的疲劳性能提升幅度最大。抗高温变形能力排序为RAMAAJ/RAMAKH/RAMA70-AAJMAKHMA,沥青低温流变性能的排序为KHMAAJMAKH/RAMAAJ/RAMA70-ARAMA,抗疲劳性能的排序为KH/RAMAAJ/RAMARAMAKHMAAJMA。基于表面自由能理论,利用躺滴法测定基质沥青与改性沥青的表面能参数,分析不同抗剥落剂对沥青表面自由能、沥青的色散分量和极性分量的影响。试验结果表明,五组抗剥落剂均能够提升基质沥青的表面能,酰基、脂肪基胺类抗剥落剂能够有效提升基质沥青表面能参数的极性分量,岩沥青能够提升基质沥青表面能参数的色散分量,复合改性沥青极性分量和色散分量均有大幅增加。同时利用柱状灯芯法对集料的表面能参数进行测定,根据表面能理论计算出在干燥和潮湿两种状态下沥青材料的内聚功和沥青与集料表面的黏附功,分析不同抗剥落剂对沥青的内聚破坏和沥青与集料的黏附破坏的改善效果。并根据沥青材料的黏附功和剥落功计算沥青与集料之间的水稳定性指标,黏附性改善的排序为KH/RAMAAJ/RAMAKHMARAMAAJMA70-A。利用消石灰粉代替部分矿粉填料,通过AC-13花岗岩沥青混合料冻融劈裂试验、低温弯曲试验以及车辙试验,研究不同抗剥落剂对花岗岩沥青混合料的水稳定性、低温抗裂性和高温性能的影响。试验结果表明消石灰粉能较大程度地提升花岗岩沥青混合料的水稳定性和高温稳定性,但仍有较大的提升空间。消石灰粉替代部分矿粉填料,对花岗岩沥青混合料低温抗裂性能的改善作用较小或有所降低,且岩沥青与消石灰粉组合的花岗岩沥青混合料低温性能低于规范要求。抗剥落剂的加入均提升了花岗岩沥青混合料的水稳定性和耐久性,改善效果排序为复合改性沥青岩沥青改性沥青酰基胺类抗剥落剂脂肪基胺类抗剥落剂。