橡胶沥青钢渣路面组成设计与性能研究毕业论文

 2021-03-29 10:03

摘 要

随着我国经济持续快速的发展,我国的汽车保有量稳步增加,废旧轮胎的产量也随之剧增,废旧轮胎对人类生态环境造成了严重的威胁。作为炼钢过程中产生的废弃物钢渣,其巨大的产量也给社会以及自然生态造成了严重的影响。我国交通行业的迅猛发展,交通建设对沥青路面性能要求越来越高,矿石原料由于过度开采而匮乏,所以将废旧轮胎胶粉以及钢渣资源化用于道路交通建设是必然的趋势,具有重要的意义。

为了更好的利用废旧轮胎橡胶以及钢渣从而制备性能优良的橡胶沥青钢渣混合料,本研究采用3种不同掺量的橡胶粉对基质沥青进行改性试验,并对改性沥青进行针入度、延度、软化点的测试;利用动态剪切流变仪(DSR)研究了橡胶沥青的流变性能。然后以钢渣集料和橡胶沥青制备级配良好的混合料,并对其进行马歇尔稳定度、冻融循环、车辙动稳定度和小梁三点弯曲试验。

对测试结果进行研究分析,最终得出了如下的一些结论:

(1)橡胶粉对基质沥青的软化点有较大幅度的提升,同时胶粉掺量在12%时效果最好;橡胶粉对基质沥青的延度与针入度的降低也十分明显。橡胶粉的掺入会使基质沥青的弹性增强,流动性减弱。胶粉掺量为12%的橡胶沥青具有良好的低温性能。

(2)胶粉掺量为12%以及16%时,可以使沥青混合料的高温强度以及抗车辙能力得到提升。

摘 要

随着我国经济持续快速的发展,我国的汽车保有量稳步增加,废旧轮胎的产量也随之剧增,废旧轮胎对人类生态环境造成了严重的威胁。作为炼钢过程中产生的废弃物钢渣,其巨大的产量也给社会以及自然生态造成了严重的影响。我国交通行业的迅猛发展,交通建设对沥青路面性能要求越来越高,矿石原料由于过度开采而匮乏,所以将废旧轮胎胶粉以及钢渣资源化用于道路交通建设是必然的趋势,具有重要的意义。

为了更好的利用废旧轮胎橡胶以及钢渣从而制备性能优良的橡胶沥青钢渣混合料,本研究采用3种不同掺量的橡胶粉对基质沥青进行改性试验,并对改性沥青进行针入度、延度、软化点的测试;利用动态剪切流变仪(DSR)研究了橡胶沥青的流变性能。然后以钢渣集料和橡胶沥青制备级配良好的混合料,并对其进行马歇尔稳定度、冻融循环、车辙动稳定度和小梁三点弯曲试验。

对测试结果进行研究分析,最终得出了如下的一些结论:

(1)橡胶粉对基质沥青的软化点有较大幅度的提升,同时胶粉掺量在12%时效果最好;橡胶粉对基质沥青的延度与针入度的降低也十分明显。橡胶粉的掺入会使基质沥青的弹性增强,流动性减弱。胶粉掺量为12%的橡胶沥青具有良好的低温性能。

(2)胶粉掺量为12%以及16%时,可以使沥青混合料的高温强度以及抗车辙能力得到提升。

(3)橡胶粉的掺入会降低沥青混合料的抗水损害能力,橡胶粉的掺量越大,混合料的抗水损能力越弱。

(4)橡胶粉的掺入会使沥青混合料的低温抗裂性能降低,但随着胶粉掺量的提升,低温抗裂性能则逐渐提高。

综合试验研究结果,发现橡胶沥青钢渣混凝土具有较好的高温强度以及高温稳定性,但是抗水损害能力以及低温抗裂性能偏弱。结合试验数据,说明钢渣可以作为集料用于橡胶沥青混合料中,胶粉掺量为16%的橡胶沥青以及沥青混合料的综合性能较优,建议橡胶沥青的胶粉掺量为16%。

关键词:废旧轮胎胶粉;橡胶沥青;钢渣;沥青混合料

Abstract

With the rapid development of Chinese economy,Chinese car ownership steadily increase. The production of waste tires also increases dramatically. And it has caused a serious threat to the ecological environment and human health. At the same time, steel slag as the byproduct of the steel making process also has a serious impact to the social and natural ecology. With the rapid development of the Chinese transport industry, the requirements of traffic construction on the asphalt pavement performance are stricter. So it is meaningful for road traffic construction to use the waste tire powder and steel slag as resources.

In order to make better use of waste tire and steel slag, the asphalt mixture with appropriate performance was designed and prepared in this study. Totally three types of crumb rubber powders were used to modify the matrix asphalt. The modified asphalt specimens were characterized referred to penetration, ductility, softening point and rheological properties. The properties of Marshall stability, freeze-thaw cycle,three-point bending and rutting dynamic stability of asphalt mixtures with steel slag and rubber modified asphalt were determined.

(1)The softening point of matrix asphalt was significantly improved by rubber powder. and the effect was best when the addition of rubber powder was 12%. However the ductility and the penetration of rubber modified asphalt decreases with the addition of rubber. The addition of rubber powder increased the elasticity and fluidity of the matrix asphalt. The rubber modified asphalt with 12% rubber powder shows the highest softening point and low temperature crack resistance.

(2)The incorporation of rubber powder could decrease the water resistance of asphalt mixture. The greater the amount of rubber powder, the weaker the water resistance of the mixture.

(3)The incorporation of rubber powder could decrease the low temperature crack resistance of asphalt mixture. But with the increase of rubber content, low temperature crack resistance has been restored.

Comprehensive test results show that asphalt mixture both with rubber and steel slag has better high temperature strength and high temperature stability. But its water resistance ability and low temperature crack resistance are weak. The experimental results indicate that the steel slag can be used as aggregate for rubber asphalt mixture. The mixture with 16% rubber powder show comparable or better performance to the mixtures with other rubber contents. Therefore the optimum content for rubber powder in asphalt is determined at 16%.

Key Words:Waste tire rubber powder; rubber asphalt; steel slag; asphalt mixture

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 IV

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 橡胶沥青的发展及研究现状 2

1.2.1 国外橡胶沥青的发展与研究现状 2

1.2.2 国内橡胶沥青的发展与研究现状 4

1.3 钢渣沥青混凝土的研究进展及现状 5

1.4研究目的及研究内容 6

1.4.1研究目的 6

1.4.2 研究内容及技术路线 7

第二章 原材料与试验方法 8

2.1 试验原料与仪器 8

2.1.1试验原料 8

2.1.2 试验仪器 10

2.2橡胶粉改性沥青的制备 11

2.3 橡胶沥青钢渣混合料级配设计以及油石比确定 12

2.3.1 混合料的级配设计 12

2.3.2混合料油石比的确定 13

2.4 橡胶沥青钢渣混合料试件的制备 14

2.4.1马歇尔试件的制备 14

2.4.2车辙板试件以及低温弯曲试件的制备 15

2.5 性能测试 15

2.5.1基质沥青以及橡胶沥青性能测试 15

2.5.2基质沥青以及橡胶沥青钢渣混合料性能测试 16

第三章 结果分析与讨论 18

3.1橡胶粉对沥青性能的影响 18

3.1.1针入度、延度、软化点对比分析 18

3.1.2 流变性能的对比分析 18

3.2基质沥青及橡胶沥青钢渣混合料性能分析 21

3.2.1马歇尔稳定度分析 21

3.2.2冻融循环分析 22

3.2.3 动稳定度分析 22

3.2.4 低温抗裂性能性能分析 23

第四章 结论 24

参考文献 25

致 谢 27

第一章 绪论

1.1 研究背景

近年来,中国的经济得到了高速持续的发展,国家对基础设施建设的投入也在逐年的增加,公路作为交通基础设施的重要组成部分也得到了快速的发展。随之而来的公路交通载荷也在逐年的增大,对沥青路面的质量也有了越来越高的要求。传统的沥青路面已经不能满足现阶段对交通建设的要求。

同时,我国汽车拥有量也在大幅度的增长,与之相伴随产生的废旧轮胎数量日益增多,废轮胎橡胶是世界上公认的工业固体废弃物,其产生的黑色污染已经严重威胁到了人类的身体健康以及生态环境。处理废旧轮胎已经成为了全社会关注的重大环保课题。固体废物的管理已经成为当今世界上十分重要的和热门的研究课题。目前,国际上将废旧的轮胎作为资源回收再利用的途径有:原型改制、热能利用、轮胎翻新、生产再生胶和用于土木工程建设等[1]。其中,在沥青路面的建设中应用废旧轮胎胶粉已成为了国际上研究和应用的重点和热点。实践证明沥青路面是消费废旧轮胎的最佳途径。2012年世界橡胶(天然和合成)消费量为26.116千吨[2]。大多数橡胶材料应用于轮胎工业之中,当其使用周期结束后便被当作废弃物进行处理[3-4]。中国是汽车使用和生产的大国,由此产生的废旧轮胎数量在逐年的快速增长。目前中国废旧轮胎的产生数量已经位于世界第一,达到了2.8亿条之多,与此同时将废旧轮胎作为资源回收利用率却是十分的低。废旧轮胎中含有多种成分,是良好的路面沥青改性剂[5-6]。将废旧的轮胎破碎成为废轮胎胶粉在沥青路面结构中加以使用,是国际上公认的环保再生利用的先进手段之一,也符合中国当前发展循环经济、资源再生利用的国策,对于建设环境友好型社会具有十分重要的意义[7]

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