沥青路面和降噪性能的Open-Graded摩擦过程提高了废轮胎橡胶碎片

文摘

进一步揭示open-graded摩擦的公路性能和降噪性能(大),面包屑橡胶准备通过增加轮胎被认为是浪费,和材料的性能要求。为了避免橡胶粒子溶胀聚合的影响,特殊级配和混合比例的大混合设计,并提出了4.75毫米的粒度控制大小。试验结果表明,聚合形成一个良好的嵌入式结构。弹性模量、变形性能和疲劳性能R-OGFC内容与不同的面包屑橡胶沥青混合料进行了研究。根据测试结果,橡胶粒子含量在最好的道路,提出了性能和降噪效果。后的结果表明,添加一定量的面包屑橡胶、沥青混合料的性能有了很大提高,特别是动态稳定性已经提高了84%。虽然弹性模量下降了10%,蠕变性能已经下降了37%,和疲劳寿命下降了31%(2%橡胶内容),降噪可以达到3.6 - -8.6 dB,降噪性能具有重要意义。这表明最好的橡胶颗粒含量在1.5%和2%之间,而R-OGFC混合改性橡胶具有良好的应用前景。

1。介绍

快速增长的机动车数量(1),它所造成的噪音和废轮胎问题影响城市环境越来越多。因此,把废轮胎磨成的降噪技术橡胶粉(2,3)应用于道路已经大大发展。

面包屑橡胶用于沥青路面技术主要分为湿法(4和干燥的过程5]。湿法是修改基础与面包屑橡胶沥青,而干燥过程是把面包屑橡胶和聚合,然后添加沥青混合物作准备。尽管干燥过程通常会导致不稳定的性能和道路坑,裂纹和其他疾病出现由于混合料配合比设计不当。然而,与湿法相比,干法具有简单的施工过程,更多的橡胶粉、高利用率的废轮胎,和更好的高温稳定性,因此得到了广泛的关注。

研究橡胶沥青路面的降噪机理有两个方面:一个是面包屑橡胶本身的特点和沥青混合料的物理特性的变化;另一种是研究矿物骨料的级配。橡胶本身是一种高分子聚合物;高粘弹性和阻尼特性可以扮演一个角色在声波传播的衰减6]。菲利普(7)发现,橡胶中添加碳纤维能有效减少噪音17-24 dB在7 - 12 kHz的范围。吴(8]分析了材料厚度的影响,流动阻力,空气层厚度两种橡胶材料的吸声性能,认为金属橡胶吸声性能的单层吸声结构可以有效地提高了优化上述参数。橡胶沥青路面,面包屑橡胶和沥青是理想的阻尼材料,具有良好的振动和降噪效果。在路上行驶时,振动会传播给路的阻尼材料,导致内部的位移和摩擦阻尼材料,因此消耗大量的振动能量。同时,橡胶沥青路面变形大于传统的路面,也存储能量的一部分。轮叶时,变形恢复,从而释放储存能量。王(9)进行了轮胎垂直自由落体振动衰减测试两种改性沥青混合料跟踪板标本。发现的阻尼系数和损耗系数面包屑橡胶改性沥青混合料标本约5倍的sbs改性沥青混合料,和自由振动的振幅衰减大,面包屑橡胶改性沥青混合料有更好的阻尼特性和降噪功能。曹(10]还发现,人行道上的弹性和阻尼特性是增强通过添加一定量的废轮胎橡胶颗粒沥青混合料。人行道上有减少轮胎的功能泵噪音和阻尼降噪。布埃诺(11]添加废轮胎橡胶颗粒沥青路面,评估了减振效果,并认为面包屑橡胶沥青路面有更大的孔隙度,所以它有一个良好的降噪效果。Chandran [12]相比标本由三个橡胶粒子的大小,结果表明,橡胶粒子的标本和大尺寸最好阻尼性能和阻尼特性。

此外,通过矿物骨料级配类型的沥青混合料的设计,也可以实现降噪的目的。Meiarashi [13与dense-graded]相比,多孔排水路面沥青路面;结果表明,车辆的噪声降低了2.0 - -7.0 dB。Kehagia [14]还发现dense-graded橡胶沥青路面比普通沥青路面在减少噪音,可以减少噪音约1∼3 db。杨(15]相比SMA路面的吸声系数和其他沥青路面和路面和轮胎系统的振动性能,发现间断级配沥青混合料有更好的吸声性能比dense-graded沥青混合料路面和噪音吸收0.7 dB。可以看出,纹理深度、孔隙率等因素产生重大影响降噪效果。open-graded混合物的吸声效果优于间断级配混合,而dense-graded混合物是最差的。然而,太大孔隙比将导致路面力学性能的降低。路面的使用寿命可以有效地增加了使用修饰符(如废橡胶粉、面包屑橡胶增加极性官能团的数量和提高沥青和骨料之间的成键能力和粗糙度(16]。例如,Poovaneshvaran [17与面包屑橡胶和天然橡胶改性沥青流变特性和测试,键属性,在不同的条件下剪切阻力。试验结果表明,橡胶沥青有更好的弹性回复性能,橡胶powder-modified沥青粘合剂的粘合强度更好,和天然橡胶改性沥青结合料的剪切强度更好。Hainin [18)使用多种矿物添加剂取代水泥测试混凝土的性能,发现5%和10%的混凝土路面更替水平表现出良好的性能和强度。莫雷诺(19]研究了消化时间的影响(面包屑橡胶和沥青之间的接触时间)和面包屑橡胶混合物用量的机械性能和相信面包屑橡胶的增加会导致沥青量的增加,混合物会松动。当橡胶粉的量小于1%,消化时间是90分钟,混合物的力学性能是最好的。于(20.)使用定量橡胶粉取代同样体积的总干法橡胶沥青混合料配合比设计的。发现当面包屑橡胶粉含量为5%(体积比)混合的antidispersion性能是最好的,而当橡胶粉含量为3%(体积比)混合的动态稳定性最高。任(21)准备RPMA路面与废橡胶粘结剂,并与sbs改性沥青混合料。发现RPMA路面在高温稳定性和水稳定性有优势,而接近sbs改性沥青混合料疲劳性能,和面包屑橡胶改性沥青路面性能好。Bennert [22)发现与面包屑橡胶大路面降噪效果比没有面包屑橡胶大路面。经过长期的观察,这些[23]发现dense-graded橡胶沥青路面的降噪效果可以维持6年多来,而普通热拌沥青路面是最多4年,open-graded沥青混合料的更少。

以前的研究集中在机械混合物的性质或降噪的效果。使橡胶沥青路面发挥更大的作用,提高环境质量,有必要提高路面的使用寿命尽可能在保证功能的前提下的降噪减振。open-graded沥青混合料的孔隙度较大,尽管它不如间断级配沥青混合料的力学性能;它有更好的降噪效果。在保证一定孔隙率的前提下,增加面包屑橡胶可以提高混合物的性能。本文的目的是评估open-graded沥青混合料的技术性能(R-OGFC)修改干法橡胶。体积代换法用于混合料配合比设计。高温性能、水稳定性、弹性性能、变形性能、混合和疲劳性能的测试,分析了橡胶沥青路面性能。同时,通过室内振动试验和现场试验,减少振动和噪声特性的橡胶沥青路面不同的面包屑橡胶内容进行了研究。通过上述研究,为橡胶沥青路面的设计提供一些参考。

2。测试和方法

这篇论文的技术路线图如图1。

2.1。原材料

2.1.1。面包屑橡胶

由于高弹性、高伸长的特点,应该使用面包屑橡胶作为细骨料沥青混合料。因此,橡胶颗粒的大小不应超过4.75毫米,通常采用橡胶粉和1 - 3毫米。作为一个整体的一部分,形状和橡胶的硬度有很大影响沥青混合料的强度和稳定性。考虑到大分散的废轮胎,橡胶粒子的主要技术性能要求提出和测试。结果如表所示1。

充分发挥橡胶的高弹性,使设计干法橡胶沥青混合料具有良好的性能,使用粗橡胶粒子在这个测试。废旧轮胎橡胶颗粒是由碎在室温下。表观密度是1.14克/厘米³,它的形状如图2(一个)白质是裸光纤。可以看出,橡胶粒子纤维含量高,粗颗粒大小,表面光滑,可怜的亲和力与沥青。因此,橡胶粒子应该治疗。的废橡胶轮胎将会经历强烈的剪切和氧化在破碎,和废橡胶的表面会产生酸组,也就是说,橡胶颗粒的表面有一定的酸度。然而,当沥青接触酸材料,不容易形成化学吸附。分子之间的相互作用仅仅是范德华力的物理吸附,它是可逆的。因此,这个物理吸附产生的附着力弱得多的化学吸附,这将直接影响混合物的性能。低粘度油含有少量的沥青与橡胶颗粒混合使橡胶粒子吸收特定提前含油量。对橡胶粒子在表面粗糙,暗的颜色,和免费的纤维,如图2 (b)。数据2 (c)和2 (d)治疗前后的显微组织,可以看出,橡胶颗粒粗糙度的增加显著治疗后。

2.1.2。沥青和骨料

摘要基质沥青东海70 #沥青(表2)、粗骨料是辉绿岩、细骨料是石灰岩,矿物粉(表3)是由高质量的石灰岩。所使用的原材料的要求JTG f40 - 2004高速公路沥青路面施工技术规范。

2.1.3。骨料级配

根据莫尔-库仑理论(24),沥青混合料的机械强度是由内部矿物骨料颗粒之间的摩擦,沥青和集料之间的粘结力,沥青的粘结力。大混合是一个典型的骨架空隙结构,添加一定量的废胶末,填充一些粗骨料之间的空隙,使其发展对致密结构,从理论上提高抗衰老的性能在一定程度上。

因为橡胶粒子出现肿胀混合物,橡胶颗粒的体积膨胀,和扩张过程将加剧路面温度的增加,所以很容易导致增加空隙的混合物,混合物的性能影响。大的空隙大,主要是粗骨料,通常约占80%,而细骨料仅约占20%。因此,大结构的关键是形成骨架嵌入式结构,以保证大孔隙和足够的路面强度。关键筛孔尺寸是2.36∼4.75毫米。

根据大量的试验,当APA, 100 kN轮负载,0.69 MPa轮胎压力,和60°C温度、变形的大混合物在8000次循环荷载不超过5毫米,这表明antirutting混合物的性能好。考虑到孔隙率、渗透系数和发情的阻力,认为总体分级与4.75毫米的平均通过率18%的网可以满足要求。因此,分级表范围4建议。

2.2。弹性模量测试

在无侧限条件下,半正弦曲线轴向应力应用于试样根据一定的温度和加载频率,和测试的可恢复的轴向应变片测量。沥青混合料的弹性模量的应力应变的比值。

首先,这个标本是碎2.0毫米/分钟的速度获得沥青混合料的抗压强度P。然后,0.1 kN负载应用于50年代的标本和预加载。最大轴向应力为0.1 MPa, 0.3 MPa, 0.5 MPa, 0.7 MPa,分别和0.5 MPa。加载频率是10赫兹和加载时间是45。过去五波形的载荷和变形在每种情况下收集,结果是画在载荷变形曲线。曲线进行线性回归。回归方程的斜率的弹性模量是混合物。标本是由旋转压实机的大小Φ100毫米×100毫米15°C。

2.3。变形性能测试

沥青混合料的变形特性是反映沥青混合料的蠕变曲线。沥青混合料的变形过程是通过应用恒定负载(0.1 MPa在这项研究)1 h和卸载1 h。曲线绘制时间为横坐标,变形或应变作为纵坐标是沥青混合料的蠕变曲线。

标本保存在40°C孵化器2 h,然后取出,放置在一个40 C MTS试验箱。0.2 kN的负载应用于标本10分钟,然后,标本被加载到0.1 MPa 1 h,然后卸载。1小时后,实验完成后,变形标本在整个生产过程的记录。

2.4。疲劳性能测试

沥青混合料的疲劳性能是指它能承受的次数达到疲劳破坏某些间接拉伸应力的反复作用下。测试过程如下:10标准马歇尔标本为每个混合形成(Φ101.6毫米×63.5毫米),其中一个是采取间接拉伸试验来确定混合物的分裂力量。然后根据分裂力量,三种压力水平的0.3,0.5,和0.7决心,每个应力水平的压力作为最大应力疲劳试验中的应用。三个标本被在MTS做疲劳测试机,和标本应力水平下的疲劳寿命。最后,生活压力曲线确定疲劳方程和疲劳参数。测试温度是15°C,测试频率是10 Hz,负载半波正弦荷载没有间歇时间。疲劳寿命的确定是基于弯曲变形曲线上点或失败点。

2.5。减少室内振动试验

车辆轮胎用于减弱振动垂直R-OGFC人行道上,分别得到了车辆振动的传播特点,和路面的减振效果进行了评估。BK噪音和振动分析仪和PC216AX录音机用于测试。

2.6。降噪测试现场

HS5660D精密噪声频谱分析仪是用于现场试验,和最大的声级l_马克斯在单位期间发现了价值分析和比较。为了避免环境噪声的不良影响,测试时间选择在凌晨的低流量。测试车辆12 t捷达轿车和重型解放卡车,分别在普通大空隙和R-OGFC道路的路面与面包屑橡胶(2%)。当测试捷达车,噪声频谱分析仪的高度是0.75米,和车辆跟踪的边缘的距离是6米。当测试12 t解放卡车,噪声频谱分析仪的高度是1.2米,距离和驾驶车辆跟踪边缘的距离是10米。测试速度是30公里/小时,60公里/小时,90公里/小时。

3所示。结果与讨论

3.1。混合料配合比设计

大空隙的密集的骨架结构使得它不同于dense-graded沥青混凝土在确定最佳沥青含量。Dense-graded沥青混合料是一种悬浮结构紧凑,混合物的物理和机械特性,如强度、密度、气孔,和流值与沥青混合料的数量密切相关。因此,价值得到马歇尔方法可以用来确定最佳沥青含量准确。然而,大的强度主要是由粗集料的挤压和沥青含量的相关性不大。因此,最佳沥青含量只有通过马歇尔试验不能确定的,而是由混合的要求生产、运输、耐磨性和目标孔隙率。标本由国网公司两边压实50倍,和标本0,1%,2%,和3%(质量比,即。,面包屑橡胶质量总质量的比例)准备,如图3。

根据测试,最佳沥青骨料比例和相关性能指标的R-OGFC面包屑橡胶内容不同(表计算5)。

可以看出R-OGFC混合物的性能大大改善后添加橡胶粒子。随着内容的增加,力学指标有一定的下降,所以最好的内容大约是2%。同时,样品的空隙率(VV)没有改变,这表明混合物的粒度组成合理,与原大混合物和面包屑橡胶混合形成一个良好的骨架嵌结构。当橡胶粒子添加到混合物,由于橡胶粒子本身的粘度,骨料之间的结合力和沥青结合料高温增加,和混合的机械性能得到改善。当橡胶颗粒含量的增加在一定程度上,体积膨胀将摧毁粗骨料之间的粘结强度,混合物将开发一个松散的状态,导致各种属性的衰落。特别是,因为大空隙大孔沥青混合料,主要用于路面结构的排水,所以水的稳定性是一个非常重要的性质。在这项研究中,冻融劈裂试验是用于测试水的稳定性。可以看出,冻融劈裂强度比TSR R-OGFC满足需求,基本上从81.6%到89.5%不等,几乎没有变化,表现出良好的水稳定性。

灰色系统理论(25是用来计算干法橡胶沥青混合料强度的影响因素。马歇尔稳定的混合物作为系统映射数量、及相关因素是面包屑橡胶(1,普通橡胶颗粒;2、改性橡胶粒子)、沥青(1,普通沥青;2、改性沥青)和等级(1、间断级配;2、打开分级)。以1%的橡胶粒子含量为例,稳定流量值是5毫米时选为参考序列,计算相关系数和关联度。结果如表所示6。

根据计算结果表6,三个影响因素的顺序根据灰色关联度是沥青>分级>面包屑橡胶,这表明沥青的类型对干燥过程的强度影响最大的橡胶沥青混合料。从关联度值、级配和沥青结合料几乎同样重要的是,和面包屑橡胶是否修改是否影响最小的混合物。这是完全与实验结果一致。

3.2。弹性模量测试结果的分析

弹性模量的测试结果与不同的面包屑橡胶混合物的内容如图4。

可以看出,面包屑橡胶含量的增加,混合的弹性模量逐渐降低。面包屑橡胶含量超过2%时,弹性模量迅速减少。这主要是因为低强度软橡胶粒子的混合物用于替换原来的僵硬的石头,和整体实力的混合物变得越来越小。另外,随着橡胶粒子的含量的增加,试样发展从最初的嵌入式结构骨架结构松散,也就是说,粗骨料的骨架结构是被细骨料形成的胶束,矿物粉和沥青结合料,导致弹性模量的降低。

3.3。变形的分析测试结果

混合不同的橡胶粒子的蠕变曲线的内容,如图5。

面包屑橡胶含量为0时,试样的应变是在0.008和0.010之间,面包屑橡胶的含量为3%时,试样的应变达到0.020 - -0.030。当面包屑橡胶的含量小于2%,总的变形和变形范围小,应变增加显然当内容增加到3%。这表明,橡胶粒子内容不应过高;否则,它将减少沥青混合料的变形性能。橡胶粉存在于原始的肿胀和仍保持良好的弹性橡胶。在载荷的作用下,聚合物刚性接触的可能性降低,和橡胶沥青路面更灵活,它有更大的变形。此外,大混合物的强度主要是由粗骨料之间的“咬”控制的。灵活的橡胶粉填充空洞的混合物。当橡胶粒子数量的增加,粗骨料将挤压形成的胶束沥青砂浆和橡胶,和混合物将逐渐变得松散结构,它会逐渐破坏原来的粗骨料之间的咬力,从而减少变形阻力的混合物。

3.4。疲劳试验结果的分析

我们可以得到的应力曲线R-OGFC混合物与不同的面包屑橡胶内容,如图6。

随着应力比的增加,混合物的疲劳寿命降低成倍增长。混合物没有面包屑橡胶最好的使用寿命和疲劳寿命随橡胶含量的增加而减小。可以看出最显著降低疲劳寿命是标本没有面包屑橡胶,而标本用3%橡胶粉含量下降最慢。这是因为与面包屑橡胶的量的增加,面包屑橡胶和骨料和沥青充分互动,混合物的阻尼增加,粘度增加,并阻碍了标本的失败。

一般来说,汽车荷载的应力比作用于沥青表层小于0.4。可以看出,当橡胶碎屑含量为0%和1%时,试样的疲劳寿命是相似的。当应力比为0.4,分别是8045倍和7862倍。面包屑橡胶的含量达到2%时,疲劳寿命指数有一定程度的下降。当应力比为0.4,这是5467次。面包屑橡胶的含量达到3%时,疲劳寿命只有3523次。与橡胶颗粒含量的增加,疲劳寿命指数大大降低。因此,确保试样的疲劳寿命,橡胶粒子的含量不得超过2%。这主要是由于太多的橡胶颗粒;混合物的结构发展到松散的状态下长期负荷,从而导致在一定程度上减少其疲劳寿命。

3.5。室内振动测试结果的分析

R-OGFC混合物的道路振动衰减曲线记录,如图7(α振动的加速度和吗重力加速度)。由于振动引起的轮胎和路面之间的碰撞,轮胎振动系统简化为一个阻尼单自由度的振动衰减模型根据粒子振动理论。从图可以看出7随着时间的增加,振幅衰减逐渐减少,显示一个周期指数衰减法,最后,振幅趋于0。此外,随着时间的增加,振幅衰减期逐渐增加到正无穷。振动衰减率ξ用作计算指数反映了降噪: 在哪里年代振动的振幅衰减。

的价值ξ(表7)可以计算出从情商。1)。可以看出R-OGFC衰减率的增加,阻尼效果更好添加废胶末之后,但阻尼效果逐渐降低,当橡胶的含量超过一定的阈值(2%)。

3.6。降噪现场测试结果的分析

两种不同的道路上驾驶,和降噪结果可以通过收集检测噪声数据,如图8。

可以看出,测试车辆的增加速度,R-OGFC路面降噪效果更明显,显示出良好的降噪性能。以同样的速度,车的降噪效果2∼3 dB优于卡车。行驶速度越快,就越显著的降噪效果。

当不考虑空气的衰减,车辆噪声可以被视为一个点声源的情况下自由声场(自由空间),和它的声波是球面发散的法则。根据声功率的评价数量点声源,衰减采用 在哪里ΔL因距离衰减值增加(dB)和r点声源的距离到声音接收(m)。

同样的点声源,可以计算不同距离的衰减值 在哪里r₁和r₂是不同的声源点之间的距离(米)。

根据方程(3),它可以计算出每6分贝的噪音衰减相当于噪声距离的两倍。根据测试结果图8可以看出,汽车的噪声降低到8.68 dB的行车速度90公里/小时,相当于2.7倍的时间噪声距离。重型卡车运行时在90 km / h,降噪达到6.28分贝,相当于2.1倍的时间噪声距离。它可以认为R-OGFC路面的降噪效果后添加面包屑橡胶具有重要意义。

4所示。结论

(1)配合比设计方法的特殊级配和R-OGFC混合物由橡胶粒子改性。试验结果表明,混合的空隙变化小,表明分级使用更好的适应橡胶粒子。修改后的混合物的性能大大提高;特别是动态稳定指数增加了0.2 - -0.8倍。(2)通过测试弹性模量、疲劳性能和变形性能R-OGFC混合物不同的面包屑橡胶内容,可以发现三个指标有不同程度的减少,减少范围是10% - -37%,减少范围变大橡胶粒子的增加内容。因此,橡胶粉的数量不应过高,以免影响道路性能。(3)根据室内振动试验,可以确定,面包屑橡胶含量为2%时,R-OGFC路面车辆声音衰减比例是最大的,而且是最明显的降噪效果。通过现场测试,路上的汽车和重型卡车开橡胶粉改性前后,分别和降噪达到8.6 dB和6.2 dB,具有良好的降噪效果。

数据可用性

所有数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

王丫从事路面材料的研究;王Xianguang从事材料研究与开发;梨纹张从事材料研究的道路。

确认

这项研究是由国家重点研究和发展计划(批准号2016 yfe0204800)。

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