新-旧沥青混合体系扩散机制及宏微观特性研究.pdf

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1、硕士学位论文新-旧沥青混合体系扩散机制及宏微观特性研究DIFFUSIONMECHANISMANDMACRO-MICROCHARACTERISTICSOFFRESH-RAPBINDERS高飞哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：U416.217学校代码：10213国际图书分类号：625.8密级：公开工学硕士学位论文新-旧沥青混合体系扩散机制及宏微观特性研究硕士研究生：高飞导师：张磊副教授申请学位：工学硕士学科：交通运输工程所在单位：交通科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:U416.217U.D.C:625.8DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringDIFFUSIONMECHANISMANDMACRO-MICROCHARACTERISTICSOFFRESH-RAPBINDERSCandidate:GaoFeiSupervisor：Assoc.Prof.ZhangLeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：TransportationEngineeri

3、ngAffiliation：SchoolofTransportationScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要道路建设将消耗大量资源并产生大量废料等污染物，随着资源、能源危机的出现，如何高效率的利用废旧沥青混合料（RAP）已成为科研工作者的研究重点。大多研究考虑了材料级配、沥青标号等对再生沥青混合料性能的影响，并提出相应控制指标，但铺筑的路面仍存在早

4、期损害问题，这是因为没有考虑到新-旧沥青间扩散作用以及扩散程度对于混合料性能的影响。因此充分认识外场作用对扩散作用的影响，深入开展扩散作用宏微观机理的研究，对准确评价及设计再生混合料具有重要理论意义。首先，为了研究新-旧沥青混合体系在不同外场作用下的扩散规律，本文分析了再生沥青混合料中新-旧沥青的存在状态，并就此选择了适合的试件制备方法；根据沥青材料显著的粘弹特性，确定了以复数剪切模量G*为新-旧沥青扩散程度的表征参数，分析了G*在不同因素下的变化规律，并采用方差分析了影响扩散的主要因素。结果表明，新-旧沥青混合体系在

5、80℃时就可发生扩散现象，但扩散程度较小；120℃条件下扩散两小时后体系基本达到扩散平衡状态；时间、温度均对新-旧沥青间的扩散具有显著性影响，温度的影响要更为显著，基质沥青品种对扩散的影响较小；不同温度下，G*随时间变化曲线具有相同的规律，先快速增加后逐渐变缓。为了表征G*随时间变化规律，选用Fick定律作为本文扩散模型。结果表明，对于给定的扩散系数D，Fick定律的计算值与实验值能够较好的吻合，验证了沥青混合料间新-旧沥青的扩散符合Fick定律。宏观实验中所选两种基质沥青，70#沥青的扩散效果相较90#沥青好，拟采用

6、微观实验分析两种沥青的组分、分子结构、分子大小以探究原因。分别采用薄层色谱（TLC）、傅里叶红外光谱（FTIR）以及凝胶渗透色谱技术（GPC）对90#沥青、70#沥青的组分、分子结构、分子大小进行研究。结果表明70#基质沥青胶体结构偏于溶胶型、饱和酚和芳香酚含量较高、沥青内苯环含量占比较小，分子支链数较少，均对扩散起到促进作用，这些结果也与宏观实验结果相一致；一定程度上分子结构、四组分的比例对扩散效果的影响要大于分子大小对扩散效果的影响。为了探究新-旧沥青微观扩散过程，以分子仿真手段对宏观一些列结论进行验证，采用了分子

7、模拟技术对新-旧沥青的扩散进行仿真模拟。结果表明，采用模拟技术得到的扩散系数与模拟总时间相关；NPT系综更适合本-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文文所研究的扩散现象；适合的模拟总时间下，温度对扩散具有显著影响，四组分扩散进旧沥青的扩散速率大小分别为芳香酚>饱和酚>胶质>沥青质，此结论也验证了70#沥青中芳香酚和饱和酚含量较高时，向老化沥青扩散较快的结论。关键词：再生沥青混合料；新-旧沥青扩散；扩散定律；宏微观结合；分子模拟-II-AbstractAbstractRoadconstructionwillconsumer

8、esourcesandproducealargeamountofwasteandotherpollutants,Withtheemergenceofresourcesandenergycrisis,howtoutilizeRecycledAsphalePavements(RAP)efficientlyhasbecomethefoc