基于钢渣/陶瓷纤维的热阻磨耗层混合料制备及应用研究

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高温季节,沥青路面会吸收大量热量,储存在面层结构中,在车辆荷载的反复作用下,路面内部材料产生流动,导致路面出现推移、拥包、车辙等永久变形,降低了路面的服役寿命。而钢渣作为固体废弃物,大量堆积侵占土地,并污染空气和水质,钢渣的资源化利用是我国面临的一道难题。本文利用钢渣部分替代天然集料,以石灰岩、钢渣和陶瓷纤维组成的SMA-5沥青混合料为基础,制备20mm厚的超薄热阻磨耗层,试图降低沥青路面温度,减少沥青路面的永久变形。本文一方面,首先研究制备不同陶瓷纤维含量和集料类型的SMA-5沥青混合料,将其作为热阻磨耗层材料,然后进行体积性能、路用性能以及热常数、阻热性能等热物理性能试验,探究了陶瓷纤维掺量与集料类型对SMA-5磨耗层材料的路用性能和阻热性能的影响。另一方面,为模拟真实降温情况,本文制备了双层车辙板进行室内降温试验和室外试验,用以评价不同热阻磨耗层材料的阻热性能,并使用红外热像仪分别测试试件上表面和下表面的温度,采用热常数分析仪(Hot Disk)测试8种不同的磨耗层材料的导热系数、热扩散系数和比热容,总结各类材料对磨耗层材料热常数的影响。通过研究和分析,得出了以下结论:(1)钢渣的掺入会略微降低SMA-5混合料的空隙率和矿料间隙率;利用钢渣、陶瓷纤维可以提高磨耗层材料的水稳定性;加入钢渣的磨耗层表现出较高的抗滑性,但受陶瓷纤维含量的影响不大;当陶瓷纤维含量为2%时,层间抗剪强度最高,钢渣的加入将提高层间抗剪强度。(2)无论骨料类型如何,当陶瓷纤维含量为2%时,磨耗层材料的导热系数和热扩散率均达到最低值。钢渣的加入会导致较低的导热系数和扩散系数。陶瓷纤维掺量小于6%时,钢渣-石灰岩基试样的比热容均高于石灰岩基试样。(3)与陶瓷纤维掺量为0%的石灰岩基磨耗层试件相比,陶瓷纤维掺量为2%的钢渣-石灰岩基磨耗层试件在室内、外降温试验中,其上、下表面温度均为最低,上表面的温度差最大为4.16℃,下表面的温度差最大为4.08℃。钢渣的加入和陶瓷纤维含量的增加,可以降低磨耗层材料加热时所吸收的热量,因而利于降低沥青混合料的永久变形。该材料既可用作道路养护,又能起到降温隔热效果,具有一定的实用性和经济性。
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