橡胶颗粒在橡胶沥青低温阻裂中的作用机理与细观仿真研究

Asphalt rubber pavement is not only a kind of effective measures to reduce the pollution of the environment, but also with its good temperature sensitivity, good fatigue and skid resistance performance, pavement noise and construction cost reduction cause high attention by road engineers, so rational using the performance advantage of asphalt rubber to build the asphalt pavement becomes the key of asphalt rubber technology successful apply and promotion. The project gives full play to the rubber asphalt the crack resistance outstanding advantage at low temperature, and combines the macro test with the mesoscopic numerical simulation. Firstly, the project will study the main influence factors and influence law of the rubber asphalt binder crack resistance performance at low temperature. Then, the project will build model of rubber asphalt binder at low temperature by discrete element mothod, and use the virtual model to analyse the crack resistance mechanism of rubber particles in asphalt rubber at low temperature under different mesoscopic structure. Finally, the project will use the real test to verify the correctness of the virtual model, and will use the virtual methods for crack resistance optimization design of rubber asphalt mixture at low temperature. Research results can not only recycle the rubber tire appropriately, but also can reduce the repeatability of test work and the big investment of test equipment, at the same time, will have practical significance on solving asphalt pavement cracking at low temperature in the northern region of China.

橡胶沥青路面不但是一种减少环境污染的有效办法，还以其良好的耐温变性能，抗疲劳和抗滑性能，降低路面噪音和筑路成本受到筑路界的高度关注，因此合理利用橡胶沥青性能优势修筑沥青路面成为橡胶沥青技术成功运用与推广的关键。 本项目充分发挥橡胶沥青低温抗裂的突出优势，将宏观试验与离散元方法细观数值模拟相结合，首先研究了橡胶沥青结合料低温抗裂性能的主要影响因素及其影响规律；然后对低温下的橡胶沥青结合料进行离散元方法建模，并运用虚拟模型深入分析不同细观结构条件下橡胶颗粒在橡胶沥青中的低温阻裂机理；最后通过真实试验验证该虚拟模型的正确性，并借助该虚拟方法进行橡胶沥青混合料低温抗裂优化设计。 研究成果不仅能对橡胶轮胎进行合适的再生利用，同时可以减少重复性的试验工作与试验设备的巨大投入，更对解决我国北方地区沥青路面低温开裂病害起到重要的现实意义。

温缩裂缝是我国北方地区最为普遍和严重的路面病害，橡胶沥青路面具有良好的路用性能，其低温抗裂性能尤为突出，但是面对我国北方地区每年零下38℃的低温仍不可避免的要出现温缩开裂。.本项目充分发挥橡胶沥青低温抗裂的突出优势，首先通过SHRP性能指标与基本技术指标确定了橡胶沥青结合料低温抗裂性能的主要影响因素及其影响规律，然后通过离散元PFC生成了二维橡胶粉形态，并生成了二维橡胶沥青结合料“胶粉——沥青”离散元BBR小梁试件，确定了橡胶沥青低温条件下离散元模型内部微观参数，并确定了橡胶沥青离散元虚拟BBR 试验方案（改为施加恒定速度的力）；之后进行了不同胶粉掺量、不同胶粉颗粒大小以及不同试验温度等条件参数对虚拟橡胶沥青试件低温抗裂性能的影响分析，揭示橡胶颗粒对橡胶沥青低温阻裂作用机理；最后验证通过橡胶沥青虚拟低温性能试验对橡胶沥青混合料进行低温抗裂优化设计的可行性，试验了3种添加剂，开发了低温增韧性橡胶沥青及其混合料。.项目确定了胶粉掺量与颗粒大小为橡胶沥青结合料低温抗裂性能的主要影响因素，胶粉掺量越多、胶粉颗粒越细橡胶沥青结合料低温抗裂性能越好。但掺量过多会极大的增加橡胶沥青粘度导致无法施工，颗粒过细会使成本大大增加，通过比较选择，选择60目内掺22%的橡胶沥青作为低温增韧型橡胶沥青的基础配比。在基础配比的基础上优选了3种添加剂进行试验，发现环烷油对能有效降低橡胶沥青的粘度同时进一步改善低温性能，确定了低温增韧型橡胶沥青的环烷油掺量为8%，此项成果申请了国家发明专利“一种低温阻裂橡胶沥青”，并形成了配套的低温增韧型橡胶沥青混合料，其低温性能优于普通橡胶沥青混合料2倍以上，同时其他路用性能也满足标准要求。通过离散元PFC首次生成了二维橡胶粉形态，并生成了二维橡胶沥青结合料“胶粉——沥青”离散元BBR小梁试件，通过BBR橡胶沥青试件模型加载恒定速度1mm/min的力，进行了不同胶粉掺量、不同胶粉颗粒大小以及不同试验温度等条件参数对虚拟橡胶沥青试件低温抗裂性能的影响分析，揭示了橡胶颗粒对橡胶沥青低温阻裂作用机理。.该研究从细观与宏观相结合的角度揭示了橡胶颗粒对橡胶沥青低温阻裂的作用机理，具有明确的科学意义。该项目开发的低温增韧型橡胶沥青及其混合料的低温抗裂性能是普通橡胶沥青的2倍以上，能有效应对我国北方地区等的低温开裂问题。