冻融条件下自融雪相变温拌沥青混合料融雪效果及损伤机理

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冬季北方道路饱受积雪困扰,而环保型相变材料的出现为道路融雪除冰工作者提供了新思路。温拌沥青混合料可避免过高拌合温度对沥青、环境和施工人员等分别造成老化、污染和伤害等不利影响。因此本文将相变材料DTC掺入温拌沥青混合料中制成相变温拌沥青混合料(PCWAM),通过红外光谱试验得出温拌剂和相变材料未发生化学反应,说明制备PCWAM的方案切实可行。然后将掺入不同DTC掺量的PCWAM经历不同冻融循环次数作用,研究了不同DTC掺量和不同冻融循环次数对PCWAM融冰雪效果、各项路用性能及微观结构的影响规律和损伤机理。通过设计室内融冰、融雪试验,以试件单位面积上的融冰、融雪质量表征PCWAM的融冰雪效果。结果表明:随DTC掺量增多,融冰、融雪效果逐渐增强,经拟合计算,DTC掺量分别为1.98‰和2.14‰时,融冰、融雪能力增强效果最为显著;随冻融次数增多,融冰雪效果损失很小。另外,通过对某试验路段路面温度实测结果分析可得,添加了DTC的路段可平均提高路表温度约5℃。通过冻融劈裂试验、稳定度实验、低温劈裂试验、小梁弯曲试验和冻断试验研究了不同DTC掺量和不同冻融循环次数对PCWAM各项路用性能的影响规律。结果表明:随DTC掺量增多,劈裂抗拉强度、马歇尔稳定度、低温劈裂强度、小梁最大抗弯拉强度和冻断强度逐渐降低,冻断温度逐渐升高,TSR先升后降且DTC掺量为3‰时TSR最高;15次冻融后,稳定度损失率达到21.5%左右,低温劈裂强度损失率最高达36.16%;小梁试件的冻融循环破坏主要集中在前5次,且DTC的掺入可有效缓解5~10次冻融作用对PCWAM低温性能的损伤。通过对DTC掺量和各项路用性能灰色关联度分析,得出DTC掺量不同对PCWAM各项路用性能中水稳定性影响最大。通过对多个指标综合分析,推荐最适合的DTC掺量为2.7‰,实际工程中为方便施工计算可取3‰,可为DTC材料在内蒙古中西部地区使用提供掺量理论依据。最后,通过SEM研究了PCWAM的微观结构,结果表明:未添加DTC试件表面孔洞较小且分布均匀,添加了DTC试件表面随DTC掺量增大孔洞直径逐渐增大,部分DTC掺量为4‰和5‰的试件表面出现少量裂纹。通过NMR研究了PCWAM的孔隙结构,得到随DTC掺量增加,试件孔隙度逐渐增大,T2图谱形态右移,试件内部大、中孔隙逐渐增多。将DTC掺量控制在3‰以内,可避免各冻融循环条件对试件孔隙的最大影响。
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