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相变沥青混合料的制备与调温机理研究

相变沥青混合料的制备与调温机理研究

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作者：边鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

沥青混凝土路面黑度大，吸热能力强，容易引发高温车辙等相关病害，据统计国内外每年80%以上的道路养护维修费用都用于高温车辙等病害的处理，浪费了大量的人力、物力和财力;国内外通常采用沥青改性、掺加纤维、优化级配等手段被动应对... 详细信息

沥青混凝土路面黑度大，吸热能力强，容易引发高温车辙等相关病害，据统计国内外每年80%以上的道路养护维修费用都用于高温车辙等病害的处理，浪费了大量的人力、物力和财力;国内外通常采用沥青改性、掺加纤维、优化级配等手段被动应对沥青混凝土路面所处光热环境变化和车辆重载的影响，但效果有限;另外沥青混凝土路面铺筑面积广，加剧了城市热岛效应。因此，本文从主动控制沥青混凝土温度场角度出发，开展了相变原理、材料耐热性、相变沥青流变性及改性机理、相变材料导入封装工艺以及相变沥青混合料调温效果和调温机理等方面的研究，为相变沥青混合料的实际工程应用奠定了基础。建立共晶系相变理论预测模型，应用该模型对二元体系热物性参数进行预测，通过步冷曲线法绘制二元相图并对模型进行了验证，发现该相变模型预测可靠。提出了路面用相变材料的技术标准并进行筛选，应用差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TG）和红外光谱分析法（FTIR）对所选相变材料的耐热性进行了分析，发现PEG类耐热性良好。开展了不同相变材料对沥青三大指标的影响研究，表明PEG4000掺量20%时对沥青三大指标影响较小。鉴于相变材料特定温度域的相变特性，采用动态剪切流变仪（DHR）分析了温度扫描模式下相变沥青的高温、低温及疲劳性能，表明相变材料的直接掺入对沥青的流变性均有一定影响。应用FTIR和荧光显微镜技术开展了相变沥青改性机理研究，表明相变材料与沥青之间没有发生化学变化，相变颗粒在沥青中成不均匀微米级分布。应用压汞法开展了陶粒孔隙结构特性的表征研究，筛选出C3和C5陶粒为本试验用。应用工业CT开展了相变材料导入效果的研究，表明相变材料的导入率为32～42%，导入效果良好。提出了高温抽真空导入环氧固化封装工艺，以玻璃态转变温度Tg和维氏硬度为评价指标，表明该环氧封装层性能良好，同时应用该工艺制备复合相变集料，分析了复合相变集料的热物性、相变稳定性以及耐热性，表明各项性能良好。在制备相变沥青混合料的基础上，应用瞬态平板热源法（Hot Disk）、非稳态导热法（设计试验）以及比热容间接测量法开展了热扩散系数和比热容C的测定研究，表明相变温度域的波峰增大及的波谷减小是相变调温的关键。分析了沥青混凝土路面光热环境影响因素并自行设计制造了太阳光热温控箱，开展了相变沥青混合料调温效果试验研究，室内试验测定结果表明可降温8～10℃，相变调温效果良好。开展了相变沥青混合料的路用性能验证研究，表明：直接掺入法制备的相变沥青混合料的路用性能，随相变材料掺量的增大而降低，而同比掺入复合相变集料的相变沥青混合料的路用性能良好。

关键词：相变沥青混合料相变理论模型耐热性流变性导入封装工艺调温机理

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