基于界面活性方法的多孔弹性路面材料性能研究

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多孔弹性路面(PERS)以橡胶颗粒取代部分集料,聚氨酯取代沥青作为胶结料。PERS路面降噪效果优异,但在荷载作用下混合料内部材料界面易产生破坏,如果加大胶结料用量又会增加成本。本文以分子动力学为基础,模拟各种界面活化方法对PERS混合料内部材料界面粘结能力的影响,并通过室内试验验证分子动力学模拟结果,以期为多孔弹性路面混合料材料优化提供参考。首先,利用分子动力学模拟手段,研究了各种活化橡胶与聚氨酯之间的黏附性能,发现对于天然橡胶(NR)及丁苯橡胶(SBR),含氧基团(羰基、羟基)的引入增加了橡胶材料的表面亲水性,提高了橡胶材料与聚氨酯之间的界面能。同样,模拟分析了不同矿物集料、两种无机抗剥落剂与聚氨酯之间的黏附性。结果表明,与聚氨酯界面作用由强到弱的矿物集料排序为:玄武岩>花岗岩>大理岩≈石英岩>石灰岩;水泥能够提高石灰岩或玄武岩与聚氨酯之间的粘结性能,而石灰仅能提高石灰岩与聚氨酯之间的粘结能力。其次,基于红外光谱检测及亲水性观察,对三种活化措施(紫外线臭氧处理、氢氧化钠溶液浸泡、高锰酸钾溶液浸泡)处理过后的橡胶颗粒进行检测,发现橡胶颗粒表面出现了新的含氧基团,橡胶颗粒亲水性明显改善,表明所采取的活化措施有效。最后,通过室内试验,制备不同界面活化后的多孔弹性路面混合料试件,测试了混合料的路用性能,验证了分子动力学模拟结果。发现三种橡胶活化措施均能够提高混合料的劈裂强度、抗飞散能力及水稳定性,且三种活化方式提升效果差异不大;采用玄武岩的混合料试件材料性能要强于石灰岩试件的材料性能;两种无机抗剥落剂的加入能够明显提高材料性能,其中水泥对材料性能提升最高。制备使用活化橡胶(紫外线臭氧处理24h)的试件,加入0.5%的水泥作为集料界面改性剂,劈裂抗拉强度提升了42.3%,飞散损失率降低至7.0%,劈裂冻融强度比提升至73.11%。本文利用分子动力学,结合微观观察手段及室内试验,模拟分析了多孔弹性混合料内部不同界面作用及各种界面活化措施的效果,为多孔弹性路面材料优化设计提供了新思路。
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