摘 要

目前国内对废胶粉改性沥青的评价标准以石油沥青指标为主，包括针入度、软化点、粘度等，众多研究表明这些指标对废胶粉改性沥青的评价具有局限性。为此美国的公路战略研究计划(Strategic Highways Research Program，SHRP)提出了一个全新的试验系统Superpave。本文借用Superpave系统中的直接拉伸实验DDT来研究废胶粉改性沥青的低温力学性能。

本文首先针对基质沥青和不同含量废胶粉改性沥青做了三大基本试验：针入度、延度、软化点，然后借助动态机械分析（DMA）对废胶粉含量分别为18%、20%、22%的改性沥青胶浆进行了直接拉伸试验。对基本实验所的三大指标以及直接拉伸试验得到的应力、应变进行分析，发现直接拉伸试验结果在评价废胶粉改性沥青胶浆低温抗拉性能时比基本指标延度更为全面。

论文主要研究了废胶粉的掺入对沥青低温力学性能的影响，以及探讨用DMA的研究方法评价橡胶粉改性沥青的低温力学性能的可能性。

本文的特色是突破了传统的基本试验不能准确反映废胶粉改性沥青的低温力学性能的局限性，用DMA的方法相对准确的反映了废胶粉改性沥青在低温下抵抗变形的能力。

关键词：DMA；废胶粉改性沥青；直接拉伸试验；低温力学性能

Abstract

At present, the evaluation criteria about crumb rubber modified asphalt(CRA) mainly depengds on conventional index, including penetration, softening point, viscosity, etc. Many studies indicated that there were some limitations to evaluate the properties of CRA.The US Strategic Highway Research Program (SHRP) proposed a new test system-Superpave. This article applied the direct tensile test (DDT) from Superpave to study the low-temperature mechanical properties of crumb rubber modified asphalt.

Firstly, we performed three basic tests: penetration, ductility, softening point for basic asphalt and CRA with different rubber contents. Then, we conducted the direct tensile test to CMA with the crumb rubber content of 18%, 20 %, 22% ,respectively,by using the dynamic mechanical analysis (DMA). A comparison of the three basic indicators obtained in the basic test and the stress, strain stiffness modulus obtained in the dynamic mechanical analysis indicated that using DMA to evaluate low temperature mechanical properties of CMA was meaningful.

The thesis mainly studied the effect of the incorporation of crumb rubber on the low-temperature mechanical properties of asphalt and discussed the possibility to use the methods of DMA to evaluate low temperature mechanical property of crumb rubber modified asphalt.

Innovation of this paper is to breaking the limitations that the traditional basic test does not accurately reflect low-temperature mechanical properties of crumb rubber modified asphalt.The paper proposed using the methods of DMA to relatively accurate reflect the ability of crumb rubber modified asphalt to resist deformation at low temperatures.

Key words：DMA; crumb rubber modified asphalt; direct tensile test; low temperature mechanical property

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究内容 3

1.4 实验技术路线 3

第2章 实验材料与实验设备 4

2.1 沥青 4

2.2 废胶粉 4

2.3 矿粉 5

2.5 实验设备 6

第3章 废胶粉改性沥青的基本性能测试 7

3.1 废胶粉在沥青中的作用机理 7

3.2 废胶粉改性沥青的三大指标 7

3.2.1 针入度 7

3.2.2 软化点 7

3.2.3 延度 7

3.3 制备废胶粉改性沥青 8

3.4 废胶粉改性沥青的基本性能评价与分析 8

3.4.1 延度评价与分析 9

3.4.2 软化点评价与分析 10

3.4.3 针入度评价与分析 11

3.5 小结 13

4.1 前言 14

4.2 直接拉伸试验 14

4.3 实验安排 14

4.3.1 实验参数 14

4.3.2 废胶粉改性沥青胶浆的制备 15

4.3.3 直接拉伸试验试件的制备 15

4.3.4 用DMA做直接拉伸试验 16

4.4 实验数据分析 16

4.4.1 废胶粉改性沥青胶浆应力与时间的研究 16

4.4.2 废胶粉改性沥青胶浆变形与温度的关系 19

4.5 本章小结 21

第5章 结论与展望 22

5.1 结论 23

5.2 展望 23

参考文献 24

致 谢 25

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

自从1978年改革开放以来，我国高速公路建设得到飞速发展^[1]，截至2015年底，我国高速公路通车里程达到125373公里，已经超越了美国的92000多公里，位居世界第一。在我国已经建成的高速公路中，沥青高速公路占了绝大部分比例。

随着中国经济的飞速发展，国内道路的交通量日益增加，沥青路面的路用性能亟待改善^[2]。然而普通沥青混凝土不能完美的解决沥青的高温蠕变问题和低温开裂问题，我国的沥青路面出现了较多的车辙、开裂等早期破坏现象，严重影响了沥青路面的使用寿命^[3]。改善沥青路面的路用性能，减少路面的早期破坏现象，提高沥青路面的环境适应性和耐久性，需要对沥青路面的铺筑材料和施工工艺加以改进。其中沥青材料的性能是关键的因素之一^[4][5]。为了克服沥青材料性能的不足之处，在沥青中添加改性剂成为了一种主流的做法。采用改性沥青可以使沥青路面的路用性能得到极大的改善^[6]。橡胶是一种弹性很高的材料。橡胶当中普遍存在硫化胶，而硫化橡胶的低温抗裂性能十分突出。因此使用废胶粉作为沥青改性剂可以改进沥青路用性能，具有重大经济效益^[7]。

我国目前是世界上最大的橡胶消费国，并且废弃橡胶的生产量也位居世界前列^[8]。根据统计资料，单单2011一年，我国的废旧轮胎生产量便达到1018万吨。废旧轮胎是很难被物理破坏和自然降解高分子聚合物材料。大量废旧轮胎的产生不仅对资源造成了极大的浪费，还造成了“黑色污染”^[9]。废旧轮胎处置不当很容易成为细菌昆虫生长繁殖的地方，并且自身很难降解，是一个很难处理的污染源。除此之外，每一条废旧轮胎中还含有大量可燃物质，放任不管又有引起火灾的隐患。将废旧轮胎废碎后制成废胶粉用于沥青路面的铺设，既可以提升路面性能又能解决环境污染问题，促进资源的再利用，对环境保护具有重大意义。