利用水泥与废弃沥青混凝土制备高承载柔性路面及其改性机理研究

This study is based on the situation that overcapacity of cement industry and rich resources of wasted asphalt mixture in China's future, a resource utilization method of preparation the high load-bearing flexible pavement by cement and wasted asphalt mixture was proposed. The molecular chain scission and functional groups reaction of asphaltene, glial and oil during UV and oxygen aging process was studied. The asphalt recycling component selection, graft modification and match design was conducted. The active adsorption model of asphalt polar components between regenerant groups was builded. Research affect law of the viscoelastic asphalt membrane that on the surface of fine aggregate in mortar from wasted asphalt mixture and the rubber particles to material modulus was investigated. The Interface characteristics and chemisorption of cement-rubber particles, cement-asphalt matrix and cement-fine asphalt mixture was studied. And we studied the asphalt secondary aging behavior, cracking rules and mechanics feedback characteristics variation law in the different extremes of temperature, humidity, and load serving environment, and produced new composite pavement material with a high load carrying capacity. In this research we solved the questions of wasted asphalt concrete accumulation, asphalt lack of resources, cement products utilization ways. This study can also provided theoretical and technical support for future pavement bearing capacity and durability of the material requirements.

针对我国沥青路面面临大规模翻修以及水泥产能过剩的情况，提出以水泥及废弃沥青混凝土制备高承载柔性路面材料的资源化利用方法；研究沥青热氧、紫外老化后沥青质、胶质、油分的分子断链情况、官能团反应特征，进行沥青再生组分选择、改性和匹配设计，构建再生剂基团与沥青极性组分间的主动吸附扩散模型，进行再生剂组分协调设计；研究废弃沥青混合料细颗粒表面沥青膜及橡胶颗粒作细集料对水泥砂浆模量的影响规律，分析水泥-橡胶颗粒界面、水泥-沥青基体界面、水泥-老化沥青细集料界面的界面特性；研究不同温度、荷载的服役环境下再生路面二次老化行为、劣化规律、力学性能的变化规律，制备出具有高承载、高耐久能力的新型复合路面材料；解决废弃沥青混凝土利用及沥青资源面临枯竭的问题，丰富水泥产品利用途径，为柔性路面材料的承载力及耐久性提升提供理论及技术支撑。

本项目研究工作严格按照研究计划开展，已完成任务书中的研究内容，达到了预期的研究目标，取得了以下研究成果：.再生沥青粘韧性提升技术及机理。以沥青材料的分子极性、分子聚合程度的角度入手，对沥青在不同老化条件下进行性能测试与微观表征，研究了极性分子与沥青中沥青质、胶质组分的微米级层面的扩散作用机制，提出了老化沥青“改性功能化再生的技术思路”，研制出以基础油分（减二线抽出油）、改性组分（苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物）、增粘组分（石油类树脂）、扩散组分（甲基丙烯酸酯、马来酸酐、丙烯酰胺三元共聚物）为主要组成的改性再生剂。.高流态水泥砂浆力学及界面特性研究。以刚性-柔性互穿网络结构为研究基础，基于对材料中水泥浆体刚性相系统的组成优化设计，掌握了水泥砂浆组成与流动度、强度、韧性、灌入均匀性等关键指标的影响规律，完成了在温度和动载荷的作用下，不同砂浆灌入率、模量、流动度对再生路面的力学性能、耐久性的影响研究，并以材料截面为研究对象，通过应变片实测的表面形变结果与图像分析技术提取的有限元计算结果比对，探明了本基金研究材料的微米级服役破坏原理。.再生高承载高耐久化路面制备技术与服役特性研究。科研团队基于大量的再生基体结构组成设计试验，建立级配关键筛孔通过率与基体沥青混合料孔隙率的相互关系，提出了骨架型再生基体的级配精确化设计方法。在此基础上，系统测试与表征了再生高承载高耐久化路面力学性能（疲劳、蠕变、贯入式抗剪、弹性模量）、路用性能（高温稳定性能、水稳定性能、低温弯曲性能、抗滑性能）及抗二次老化性能。.研究成果共发表期刊论文5篇，其中SCI/EI收录4篇，申请国家发明专利3项，实用新型专利1项，其中3项已获得授权。研究成果在湖北省武汉市江夏区铁贺线（S314）面层成功应用，具有显著的科学理论价值与经济社会效益。