摘要
生物油/橡胶粉复合改性沥青作为一种环保路面材料，已成为现有研究的重点，但研究主要集中在沥青层面，缺少对混合料层面的研究，使其无法推广至路面实际工程中。此外，通过前期研究，发现生物油/橡胶粉复合改性沥青存在粘附性不足的问题，需对其进行针对性研究。基于此，本研究从混合料层面出发，对比研究两种生物油/橡胶粉复合改性沥青混合料与一种胶粉沥青混合料之间的路用性能及力学性能差异，评价生物油的改性效果。此外，设计出一种新的力学试验方法，对复合改性沥青的粘附性进行研究，并结合分子动力学理论进行机理探究。 首先，进行生物油/橡胶粉复合改性沥青粘附性/粘聚性研究。在此之前，通过室内试验，设计出了两种生物油（分别为DB及HB）/橡胶粉复合改性沥青（分别为DCA及HCA），并增设一种橡胶粉改性沥青作为对照组进行全过程对比研究。针对改性沥青粘附性的研究，自主设计出一种评价沥青粘附性的试验方法，采用指标参数定性、定量评价沥青的粘附性。通过分子动力学模拟，构建沥青及沥青/生物油分子模型、沥青-石料基板及沥青/生物油石料基板分层体系，解释生物油分子的加入对沥青内聚性及与矿料间粘附性行为的影响机理。结果表明：两种生物油由于其自身性能存在较大差异，使制得的改性沥青性能达到最优时对应的掺配比存在一定的差异性；两种生物油改性沥青与胶粉改性沥青相比，其粘聚性较优，但粘附性较差，且抗水损害能力较弱；通过构建分子模型，发现生物油分子的加入提高了沥青体系的内聚能密度及溶解度参数，但降低了沥青分子与石料基板间的相互作用能，纳观结构下看出生物油分子与沥青中胶质分子相容性较好并扩散至石料基板附近，阻碍了胶质分子刺入到石料分子表面，通过体系结合能的分析发现生物油的加入降低了体系的分散力及诱导力，两种因素共同作用最终导致沥青粘附性的下降。 而后，进行生物油/橡胶粉复合改性沥青混合料路用性能验证。选用其中一种生物油橡胶粉复合改性沥青（DCA），基于空隙率、沥青膜有效厚度等指标对现有高等级路面上面层常用的三种混合料级配类型进行优选，优选出最佳的级配类型后，进行三种沥青的路用性能对比研究。结果表明：三种级配中，SAC-13及SMA-13级配中由于粗集料占比较大，加上前者空隙率值较大，故前者高温性能最优，后者次之；而低温性能与空隙率存在负相关性；基于沥青膜有效厚度要求及对混合料粘附性的考虑，确定AC-13为最优级配；最优级配下的三种改性沥青高低温性能方面各有所优，主要是两种生物油在沥青中分别对胶粉的溶胀及沥青劲度模量产生了不同的影响；但从水稳定试验结果来看，生物油改性沥青混合料的抗水损害性能较优，远远高于规范要求水平。 最后，进行生物油/橡胶粉复合改性沥青力学及耐候性研究。三种沥青混合料进行动态模量主曲线研究、高温单轴静载蠕变研究、中温抗裂缝性能研究，此外，引入湿轮磨耗试验，对混合料进行耐候性能研究。研究结果表明，相比较之下，DB生物油增加了混合料的粘性占比，HB生物油增加了混合料的弹性占比，使得后者所对应的混合料高温性能最好，而前者相对较弱，静载蠕变试验也得到了同样的结论。同时，前者制得的改性沥青混合料抗裂性能较好，而后者较差，这主要是受胶粉掺量及生物油性质双重影响。此外，生物油的加入会使得混合料的剥落率值增加，耐候性稍有减弱。
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