甘肃省热再生沥青胶浆的微细观结构与流变特性再生机理研究

Central plant hot recycling is one of the preferred technologies for the maintenance and reconstruction of asphalt pavement in Gansu Province. It is used to solve the environmental pollution and waste of resources caused by the large amount of waste asphalt mixtures which are excavated and milled-planned on asphalt pavement at the end of design reference period. The reclaimed asphalt pavements in 9 typical regions of Gansu Province are analyzed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and the simulated distillation technique of High Temperature Gas Chromatography (HTGC) to determine the chemical compositions of reclaimed and recycled asphalt mortars, to evaluate and control the degree of aging and renewable components of recycled asphalt mortars. Viscosities of the reclaimed and optimized recycled asphalt mortars under the Micro-meso scale are analyzed respectively by Atomic Force Microscopy (AFM) and Laser Particle Size Analysis (LPSA). Combined with Dynamic Shear Rheology (DSR), Bending Beam Rheology (BBR) and Multiple Stress Creep and Recovery (MSCR) tests, the performance at the high-low temperature and the rheological properties of the recycled asphalt mortars are done to establish the relationship with multiscale rheological characteristics of thermal recycled asphalt mortars. This research would reveal the regeneration mechanism and effects of thermal recycled asphalt mortars and help for the design of hot recycled asphalt mixture in central plant, the maximum utilization of different pavement layers and the durability of hot recycled asphalt mixture in Gansu Province.

厂拌热再生是甘肃省公路沥青路面维修与改建首选技术之一，用于攻克设计基准末期沥青路面开挖、铣刨产生的大量废旧沥青混合料引起的环境污染与资源浪费难题。项目针对甘肃省9个典型地区回收沥青路面材料，采用傅里叶红外光谱（FTIR）和高温气相色谱（HTGC）模拟蒸馏技术联合测定回收和再生沥青胶浆化学组分，评价回收沥青胶浆老化程度和定量控制再生沥青胶浆组分恢复程度；通过原子力显微镜（AFM）和激光粒度分析法（LPSA）对比分析回收沥青胶浆和优化再生沥青胶浆微细观尺度下粘度变化规律；联合动态剪切流变（DSR）、弯曲梁流变（BBR）和多重应力蠕变恢复（MSCR）等试验进行再生沥青胶浆高低温及流变性协调的宏观测试，建立多尺度热再生沥青胶浆流变性能关联，揭示热再生沥青胶浆再生机理及效果，为甘肃省厂拌热再生沥青混合料配合比设计、不同层位再生沥青混合料利用和耐久性评价提供前期基础资料及技术支撑。

随着我国公路建设发展进入建养并重的时期，养护维修产生的大量旧沥青路面铣刨料（RAP）亟待处理，且沥青、集料等原材料资源匮乏，因此对沥青路面进行循环再利用是解决供需矛盾和环保问题、实现可持续发展的重要手段。但是在生产过程中再生沥青及再生沥青胶浆的性能难以保证，导致其路用性能变异性很大。其中，流变特性和微细观结构是影响沥青胶结料路用性能的重要因素，在此背景下，研究流变特性及其微观机理具有重要的现实意义。项目通过系统研究再生沥青及再生沥青胶浆的流变特性和微观结构，揭示了再生沥青胶浆流变特性的微观机理；基于改进的Burgers模型，采用PFC数值模拟，建立了再生沥青胶浆流变特性与细观力学的本构模型，对于研究再生沥青胶浆的流变特性具有重要的理论和实际意义。.本论文主要的工作及所取得的重要成果如下：.（1）探讨了老化沥青化学组分与微观结构的变化及二者之间关联性；探寻Tg与老化沥青特征官能团指数及流变参数的关联性，综合评价沥青的老化程度；.（2）基于灰熵关联理论构建了再生沥青的化学组分、微观结构和流变性能之间的关联性，揭示了再生沥青的微观机理，为研究再生沥青胶浆的流变特性提供了理论依据；.（3）基于离散元法建立了再生沥青胶浆的细观结构模型，研究了再生剂掺量、粉胶比和温度对再生沥青胶浆的细观力学参数的影响规律，建立了流变参数模量与细观力学参数的数学本构模型；.（4）提出了应力峰值失效作为再生沥青胶浆的疲劳失效判定准则。基于失效准则预测了不同应变、不同矿粉、不同粉胶比条件下基质、再生沥青胶浆的疲劳寿命；.（5）开展不同级配类型不同RAP掺量的厂拌热再生沥青混合料再生效果与应用层位研究，对促进筑路材料循环再利用具有重要的意义.