（道路与铁道工程专业论文）辉绿岩在多组分环氧沥青混合料中的应用研究.pdf

东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名：戴! i9 一日 期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办 理。 研究生签名：盘& ) 导师签名： 研究生签名：? 葭盘) 导师签名： 越皿期：叫例 摘要 摘要 铺面材料是钢桥桥面铺装获得成功的关键因素之一，选择合适的沥青结合料与集料 能够保证铺装用混合料的性能优异，减少钢桥面铺装的病害，使钢桥桥面铺装使用耐久。 在国外钢桥面铺装普遍采用浇注式沥青混凝土，s m a 混凝土以及环氧沥青混凝土等种 类的沥青混凝土，由于国内的交通条件以及环境条件与国外有较大差别，从南京长江第 二大桥、南京长江第三大桥，武汉阳逻大桥等大跨径钢桥桥面铺装的实践过程中发现环 氧沥青混凝土较为适合中国的大跨径钢桥桥面铺装的建设，且后期使用效果良好。 在以往的大跨径钢桥桥面铺装中，沥青结合料多采用美国进口的环氧沥青，增加了 项目初期建设成本，而且使用的集料均为玄武岩，集料类型较为单一，不利于大规模开 展钢桥面铺装建设的开展。针对这些问题，本文采用在全国有大规模分布的辉绿岩代替 玄武岩作为铺装集料，应用东南大学自主研发的多组分环氧沥青代替美国环氧沥青。一 方面扩展了集料类型，另一方面在沥青混合料中采用多组分环氧沥青作为结合料。综合 以上因素，本文做了以下研究。 首先本文进行了辉绿岩集料与多组分环氧沥青的相互作用原理研究，研究了辉绿岩 的化学组成、碱性和多组分环氧沥青的粘度、酸性对粘附性的影响。比较了玄武岩、辉 绿岩、石灰岩与多组分环氧沥青的粘附能力，为辉绿岩多组分环氧沥青混合料的性能研 究提供了基础。 其次本文通过辉绿岩多组分环氧沥青混合料的配合比设计，对铺装用的集料进行了 基本性能试验表明辉绿岩基本满足钢桥面铺装对集料的要求，优选了矿料级配范围，确 定了辉绿岩多组分环氧沥青混合料的最佳油石比以及高温固化温度、时间等参数。 再次本文对二桥级配、a c 2 0 、s u p 2 0 三种级配类型的辉绿岩多组分环氧沥青混合 料的细观结构进行了有限元力学仿真分析，得到了在同等应力条件下，粗骨料与沥青胶 浆的受力状况。 最后本文研究了辉绿岩多组分环氧沥青混凝土的强度、高温与水稳定、抗冲击与抗 滑、低温抗裂等宏观力学性能，同时与玄武岩多组分环氧沥青混合料的性能进行了比较。 并对辉绿岩多组分环氧沥青混合料进行技术经济分析，为辉绿岩多组分环氧沥青混合料 中在大跨径钢桥桥面铺装中的应用提供了可靠的理论与依据。 关键词：辉绿岩；玄武岩；多组分环氧沥青；粘附性；配合比设计；细观结构分析； 宏观力学性能 a b s t r a c t a bs t r a c t p a v e m e n tm a t e r i a li sak e yf a c t o ri nm es u c c e s so fs t e e lb r i d g ed e c kp a v e m e m s e l e c t i n g s u i 乜出l ea s p h a l tb i n d e ra n da g g r e g a t ec a i le n s u r e 也ee x c e l l e n tp e o 咖a i l c eo fm i x t u 】哈，r e d u c e t h ed i s e a s eo fm eb r i d g ed e c kp a v e m e n t ，a n dm 狄et h es t e e lb r i d g ep a v e m e mh a v eu s eo f m i r 乏出l e 飚n d so fa s p h a l tc o n c r e t es u c ha u s 母l s s a s p h a l tc o n c r e t e ，s m ac o n c r e t ea l l de p o x y a s p h a l tc o n c r e t ea r ew r i d e l yu s e d i i l f o r e i g nc o u n t r i e s ，b e c a u s eo fn l ed o m e s t i cn a 伍c c o r l d i t i o n s 觚de n v i r o m n e n t a lc o n d i t i o n sh a v i l l gm a n yd i f l e r c n c e s ，丘d mt 1 1 ep r a c t i c eo ft l l e s t e e ld e c kp a v e m e n ts u c ha st 1 1 en 删迦s e c o n d g t z em v e rb r i d g e ，n 砌i n gt h i r dy n g t z e 砌v e rb r i d g e ，w u l l a i ly h g l u ob r i d g ea i l ds oo n ，i tf o u i l dt l l a tt 1 1 ee p o x ya s p m tc o n c r e t ei s m o r es u i 切b l ef o rc h i n e s el o n gs p a ns t e e lb r i d g ed e c kp a v e m e 咄a n di t h a df a v o r a b l er e s u l t s a s w e n u 1 1 i t e ds t a t e s 印o x ya s p h a j th a d 谢d e l yu s e dt h ec o n 咖l c t i o no fl o n gs p a ns t e e lb r i d g e d e c kp a v 锄e n ti nm e p a s t ，b u tt 1 1 eu m t e ds t a t e se p o x ya s p h a l ta r ee x p e n s i v em a no t i l e sa 1 1 di t 谢儿i 1 1 c r e a s et h ei 1 1 i t i a lc o n s 臼m “o nc o s to ft l l ep r o j e c t ，a n db a s a l ta g 黟e g a t e sa r e 谢d e l yu s e d ， t l l em o r eo n eo fa g g r e g a t et 如ei sn o tc o n d u c i v ct 0c 哪i n go u tl a 玛e s c a l ec o n s t l l j c t i o no f s t e e lb r i d g ed e c k ，b e c a u s eo ft l l ep r o b l e m s ，m ep a p e rs t l 】d i e sd i a b a s ew m c hi sl a 唱e - s c a l e d i s 仃i b u t i o ni nm ec 0 u n t i yi r l s t e a do fb a s a l ta s p a v i n ga g g r e g a t e ，t l l ep 印e ra d o p t e d m u l t i c o m p o n e n te p o x ya s p h a l tw k c hr e s e a r c h e da n dd e v e l o p p e db ys o u t l l e a s tu m v e r s i 哆 i i l s t e a do ft l l eu m t e ds t a t e se p o x ya l s p h a l t ，o nt h eo n eh a l l de x t e n d i n gt h ea g 伊e g a t et y p e s ，o n 吐1 eo t l l e rh a i l du s i i l gm u l t i c o m p o n e n t 鹊a l s p h 酊tb i n do fe p o x y 嬲p h a l tm i x t u r c ，t a “n ga l l t h e s ef - a c t o r s ，t h ep a p e rm a d et 1 1 ef o l l o 丽n gs t l l d i e s ： f i r s t l y ，t h i sp 印e rs m d i e dp r i n c i p l e so ft h ei m e r a c t i o no ft h ed i a b a s ea g g r e g a t ea n d m u l t i - c o m p o n e n te p o x ya s p h a l t ，w er e s e a r c h e dt h ei m p a c to fa d h e s i o nb ys t u d y i n g 廿l e c k m i c a lc o m p o s i t i o no fd i a b a s e ，a l k a l i n eo fd i a b a s e ，n l ev i s c o s 时a n da c i do fe p o x y a s p h a l t t h ep a p e r m l d i e da d h e s i o n p r o p e r t i e s o fb a s a l t ， d i a b a s e ， l i i l l e s t o n ea i l d m u l t i c o m p o n e n te p o x ya s p h a l tb ye x p e r i m e m t h et e s tr e s u l t ss h o w e dm a tt l l ea b i l i 够o f a d h e s i o n t h e s ep r o v i d e dt l l eb 戚sf o rt 1 1 er e s e a r c ho ft l l ed i a b a s em u l t i c o n l p o n e n t 印o x y a s p h a l tm i x t u r e s e c o n d l y ，nm a d ed e s i 印t os n l d yo nd i a b a s em u l t i - c o m p o n e n te p o x ya s p h a l tm i ) 【na l s o d i db a s i cp e r f o n n a n c et e s t so f a g g r e g a t ef o rp a v e m e n t ，t l l et e s ts h o w e dm a tt h ed i a b a s e b a s i c a l l ym e e tt l l es t e e lb r i 起ed e c ko na g g r e g a t ed e m a l l d ，t l l eo p t i m i z a t i o no ft l l em i n e r a l a g g r e g a t eg r a d a t i o ni i a i l g e ，d e t e m l i n e dt 1 1 eo p t i m 啪a s p h a l tm 仅t l j r er a t i o 锄dt 1 1 el l i 曲c u r i n g t e m p e “l t u r ea n dt i m ep a r 锄e t e r s 1 k r d l y ，m ep 印e rm a d et h ef i m t ee l 锄e n ts i m u l a t i o no fi i l i c r os 饥l c t u r eo ft h r e et ) ，p e so f d i a b a s e 蓼a d e dm u l t i - c o m p o n e n te p o x ya l s p h a l tm i x o nm eb r i d g e 留a d a t i o 玛a c 一2 0 ，s u p - 2 0 ， i to b t a i n e dm es 仃e s ss t a t eo fm ec o a r s ea g 伊e g a t ea 1 1 dt l l ea s p h a l tm a s t i ci 1 1t l l es 锄es 仃e s s c o n d i t i o n s l a s t l y i tm a d et h ec o m p 耐s o no fs 仃e n g t l l ，m 曲t e m p e r ：帆鹏锄dw a c e r 鼬i l i 坝s h o c k a n d 衔c t i o i l ，l o wt e m p e r a n 聪c r a c l ( i n ga i l do t l l e rm a c r 0 一m e c h 枷c a lp e r f - 0 衄觚c eb e 帆e e n b a s a j ta n dd i a b a s e 印o x ya s p h a l tm i x n 鹏，a tt i l es 锄et i m e ，i ts t l l d i e dt l l et e c c a l 锄d e c o n o i n i c a n a l y s i s f 0 rt l l ed i a b a s e m u l t i c o r n p o n e n te p o x y 唧h a hm i xp a v e m e m t h e r e s e a r c hr e s u l t sp r o v i d e dt h er e l i a b l et l l e o d ，a 1 1 df o u n d a t i o nf o r 也ea p p l i c a t i o no fm ed i a b a s c m u l t i - c o m p o n e n te p o x ya s p h a j tm i xp a v e m e n ti i lm el o n gs p a i ls t e e lb r i d g e s n a b s t r a c t _ ，e yw o r d s ：d i a b a l s e ；b a s a l t ；m u l t i c o i n p o n e n t 印o x ya s p h a j t ；a d h e s i o n ；m i xd e s i 弘；m i c r 0 s t r u c t u r ea i l a l y s i s ；m a c r o - m e c h a l l i c sp e r f 0 肌a i l c e m 目录 目录 摘要i a b s t r a c t 目录 第一章绪论1 1 1 研究的背景与意义。1 1 2 国内外研究概况及分析1 1 2 1 国内外研究概况1 1 2 2 国内外现状分析3 1 3 研究内容3 1 4 本研究的关键技术路线4 参考文献4 第二章辉绿岩与多组分环氧沥青相互作用机理研究6 2 1 概j 述6 2 2 材料性质对粘附性影响研究7 2 2 1 集料性质对粘附性影响研究7 2 2 2 沥青性质对粘附性影响研究8 2 3 集料与沥青粘附性测定方法研究11 2 4 提高集料与沥青粘附性的措施1 3 2 5 本章小结1 4 参考文献1 4 第三章辉绿岩多组分环氧沥青混合料配合比设计1 5 3 1 概述1 5 3 2 原材料试验1 6 3 2 1 集料技术指标性能比较1 6 3 2 2 石灰岩矿粉l7 3 2 3 环氧沥青结合料l7 3 3 辉绿岩矿料级配1 8 3 4 混合料配合比设计指标与标准1 9 3 5 最佳沥青用量的确定2 0 3 6 辉绿岩多组分环氧沥青混合料固化时间的确定2 3 3 7 本章小结2 3 参考文献。2 4 第四章辉绿岩多组分环氧沥青混合料细观力学分析。2 5 4 1 概述。2 5 4 2 混合料试件断面的图像处理研究2 5 4 2 1 数字图像处理技术简介。2 5 4 2 2 本章数字图像的处理过程2 6 4 3 辉绿岩多组分环氧沥青混合料断面有限元建模3 0 4 3 1 沥青混合料中材料参数的确定3 0 4 3 2 沥青混合料试件有限元模型的建立与力学仿真分析3l 4 4 本章小结3 3 参考文献3 4 目录 第五章辉绿岩多组分环氧沥青混合料宏观力学性能研究3 5 5 1 概j 苤3 5 5 2 辉绿岩多组分环氧沥青混合料强度性能3 5 5 2 1 马歇尔稳定度3 5 5 2 2 抗压强度3 6 5 2 3 抗弯强度3 7 5 2 4 劈裂强度3 8 5 3 辉绿岩多组分环氧沥青混合料高温和水稳定性能3 8 5 3 1 高温稳定性能3 8 5 3 2 水稳定性能3 9 5 4 辉绿岩多组分环氧沥青混合料抗冲击性能4 1 5 5 辉绿岩多组分环氧沥青混合料的抗滑性能4 2 5 6 辉绿岩多组分环氧沥青混合料低温性能研究4 3 5 7 辉绿岩多组分环氧沥青混合料技术经济性分析4 3 5 7 1 技术性能评价4 3 5 7 2 经济性能评价4 4 5 8 本章小结4 5 参考文献。4 6 第六章结论与展望4 7 6 1 本文结论4 7 6 2 进一步研究设想4 7 致谢 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目 附件 v 4 9 5 0 5 l 第一章绪论 第一章绪论帚一早珀下匕 1 1 研究的背景与意义 近十几年，大跨径桥梁的建设在我国迅猛发展，综合考虑到我国的环境因素、经济 影响、交通特征、地域因素，我国近期建设的多座大跨径桥梁普遍采用扁平流线型正交 异性钢箱梁主梁形式，桥面采用沥青混凝土铺装i l j 。铺装层一般由防锈层、粘结层、沥 青混合料构成，直接铺筑于钢箱梁正交异性桥面板上【2 卅。由于大跨径钢桥桥面铺装的 结构特性，在行车荷载、风载、温度变化等外界因素的综合作用下，铺装结构的应力和 形变较公路路面或机场道面更为复杂。钢桥面铺装层设计时对铺装层的材料强度、抗疲 劳性能、抗车辙及变形协调性等性能均做了更高的要求。 从南京长江第二大桥开始，我国引入了环氧沥青这种桥面铺装材料，并由此展开了 我国桥面铺装史上新的一页。随后，环氧沥青混凝土桥面铺装又相继用于润扬长江大桥、 南京长江三桥、苏通大桥、阳逻长江大桥、杭州湾大桥等国家重点工程【4 l 。从南京长江 第二大桥的近十年的桥面使用状况以及其他各桥的施工质量检测指标来看，环氧沥青混 凝土桥面铺装效果从总体上较为令人满意。 环氧沥青混合料主要由环氧沥青与优质集料两部分组成，优质的原材料是保证钢桥 面沥青混凝土铺装性能的先决条件，为了确保在钢箱梁正交异性桥面板上成功实施铺 装，首先必须选择性能优异、与沥青相容性好的集料。集料是钢桥面铺装的关键材料之 一，集料的力学性能很大程度上决定了混合料的强度特性，集料的颗粒形状与表面特性 不仅影响沥青混合料的构架，也直接关系到混合料的抗车辙性能与抗疲劳性能。钢桥面 铺装对集料的要求更高，必须选用坚硬致密、耐磨、颗粒形状较好，并与沥青结合料有 较好的粘附性能的硬质石料1 5 j 。 正是由于这些因素，在上述以环氧沥青混凝土作为桥面铺装材料的工程中，采用的 集料均为玄武岩。钢桥面铺装对集料的质量有严格要求，且在生产的各个环节中都进行 实时监控。在此情况下所生产的玄武岩集料，各方面指标非常优异，磨耗值、压碎值、 磨光值、针片状含量等指标均远远优于一般集料。但使用这种玄武岩集料也存在一定的 问题，由于这种集料的要求高，其加工成本大大提高。而价格低廉且性能与玄武岩相近 的辉绿岩作为改性沥青混凝土的集料在厦门海仓大桥、广东湛江海湾大桥等桥面铺装工 程中得到应用。 辉绿岩是一种基性浅成侵入岩，是上等的建筑材料，在我国境内分布较广，如在江 苏、安徽、浙江、湖南、湖北、广西、江西、福建、四川等省均有大量分布，且开采方 便。辉绿岩与玄武岩集料相比，在密度、吸水率等方面均优于玄武岩，且在价格上更具 优势。当前我国正处于大跨径桥梁快速发展时期，一大批大跨径钢梁桥正在或即将建设， 由于作为上面层集料的玄武岩的缺乏，急需寻找新的集料来源，扩展新的集料类型。如 能将辉绿岩集料代替玄武岩集料成功应用于环氧沥青混合料中，不仅可以解决表面层集 料料源缺乏的现状，而且可以减少初期投入，降低工程造价，对大跨径桥梁桥面铺装的 设计与建设具有积极意义。 1 2 国内外研究概况及分析 1 2 1 国内外研究概况 有资料表明：在德国的高速公路较少使用玄武岩，德国学者研究显示玄武岩有这样 的一个特点，长期处在高温阳光的直射下，玄武岩集料表面会出现斑点和裂纹，最终导 致表面剥离【6 1 。因此辉绿岩集料作为德国高速公路表面层的粗集料应用的居多，而玄武 东雨大学硕士学位论文 岩则很少有使用。在德国考虑要使用玄武岩时，必须要做s o l l e n b 瑚d 试验( 光照剥离 试验) 1 7 j ，在国内还未用这样的指标来衡量石料的使用性能。从辉绿岩在德国高速公路 沥青面层的使用情况来看，辉绿岩集料具有良好的抗压、抗击碎、高温稳定和抗磨耗性 能。其主要技术指标见表1 1 。 表1 1 德国高速公路用辉绿岩集料主要技术指标 密度 抗压强度磨光值 抗击碎强度， 碎石石屑砂砾 g c m - 3 m p ap s v s d l os z 8 ，1 2 2 7 5 2 9 5 1 8 0 2 5 04 4 - 6 07 1 79 2 0 注：s d l o 见德国标准d i n 5 2 1 1 5 ；s z 8 ，1 2 见德国标准d i n 5 2 l1 5 玄武岩集料已被广泛应用于国内的道路建设，由于现代道路的交通量大，行车速度 快，以及表层抗滑性能要求高等因素，对现代道路面层所用集料提出了更高的要求。一 般高速公路路面设计中，尤其在北方，抗滑层【8 】采用具有抗滑、耐磨、抗高温、抗车辙、 耐低温、抗开裂的路面面层，其涉及的骨料主要为玄武岩，而辉绿岩集料用于在道路表 面层只有零星的研究。而在钢桥面铺装工程中所用集料也以玄武岩集料为主【9 - 1 4 】，对辉 绿岩集料用于钢桥面铺装的研究则更少。 1 9 9 8 年8 月江苏省内连徐高速公路开始建设，在徐州境内在建高速公路与地方道路 的改造规模扩大，作为沥青混凝土上面层常用集料玄武岩在徐州境内没有资源，但徐州 境内辉绿岩储量大，可开采的地方也很多。中国矿业大学、连徐高速公路指挥部、江苏 省高速公路指挥部的科研人员对辉绿岩集料用于道路上面层进行了研究并与玄武岩集 料进行了性能对比。中国矿业大学张基成【l5 】通过大量的室内试验，对辉绿岩作为上面层 集料进行研究。通过对辉绿岩、玄武岩、石灰岩集料的各种物理、力学性质以及马歇尔 试验的各项指标分析，证明了辉绿岩作为沥青混凝土上面层集料是完全可行的。江苏省 高速公路建设指挥部金志强、蒋天府1 16 j 通过对辉绿岩进行室内外试验研究和高速公路应 用实践，提出了辉绿岩集料应用于高速公路表面层的可行性，同时他们的研究表明辉绿 岩沥青混凝土的抗车辙性能好于采用玄武岩为集料的沥青混凝土，动稳定度结果辉绿岩 比玄武岩大3 5 ，并且其低温柔性也好于玄武岩沥青混凝土。徐州牛蹄山辉绿岩在连 徐高速公路沥青路面上面层大规模使用后，经过近一年的行车考验，路用性能良好。江 苏连徐高速公路管理公司耿敏与徐州高速公路指挥部高尚l l7 j 通过在连徐高速现场和室 内试验研究也证明了辉绿岩作为高速公路表面层集料是完全可行的，并且提出了辉绿岩 作为沥青混凝土上面层集料应用的施工工艺。 2 0 0 3 年襄十高速公路开始修建，该高速公路的修建对优质石料的需求量大，然而沿 线缺乏用于高速公路沥青面层的优质石料，但从高速公路沿线岩石调查发现大都为变质 辉绿岩，且开采较为方便。因此在襄十高速公路中大量应用辉绿岩石料。武汉理工大学 对襄十高速公路中辉绿岩石料的应用进行了一系列科研项目。武汉理工大学宁琰【l8 】研究 了辉绿岩细砂混凝土在襄十高速公路中的应用，研究得出利用辉绿岩细砂配置混凝土一 方面能显著的降低工程造价，另一方面利用辉绿岩细砂同样能够掺配出高中低不同强度 的水泥混凝土。周明凯【l9 】等人利用辉绿岩石料配置出了c 5 0 的水泥混凝土，成功应用于 襄十高速3 5 8 7 5 k m 里程的桥梁。傅玉等人【2 眦2 】通过研究得出，粗集料采用辉绿岩，细 集料采用石灰岩或石灰岩与辉绿岩各半，配置出的沥青混凝土在高速公路的表面层会有 较好的效果。吴少鹏等人1 2 l j 通过研究也证明辉绿岩性能良好，利用它配置的沥青混凝土 路用性能与水稳定性良好，很好的解决了襄十高速沥青路面上面层集料缺乏的难题。 同济大学许志鸿等人【2 3 j 通过对辉绿岩与玄武岩的路用性能进行了对比研究，辉绿岩 2 至= 垩笙堕 和玄武岩作为沥青面层的粗集料各项性能指标均不相上下，完全满足高等级沥青混凝土 路面上面层要求的表面抗滑、水稳定性、热稳定性以及低温抗裂性能等指标。重庆交通 大学凌天清等人【2 4 】通过性能比较及试验路测试结果可以看出，用辉绿岩代替玄武岩，有 利于解决料源问题，既可以降低造价，又可以满足道路使用性能的要求。长沙理工大学 王丽群等人1 2 5 j 通过分析辉绿岩石料的物理、化学性能，研究其作为沥青路面石料的可行 性，同时经过配合比设计和路用性能验证，制备出满足工程需要的中、下面层( a c 2 0 i 、a c 2 5i 型) 沥青混合料。 重庆交通大学张粤生【2 6 】研究了辉绿岩环氧沥青混凝土在广东湛江海湾大桥中的应 用，此工程沥青混合料所用集料为：辉绿岩1 0 1 5 n 1 i i l 碎石、5 1 0 n h n 碎石、3 5 m m 碎石、 石屑，石灰岩矿粉，结合料为美国环氧沥青，研究表明湛江海湾大桥钢桥面铺装采用辉 绿岩集料作为混合料的集料可以满足工程性能指标要求。卢正宇等人【2 7 】在厦门海沧大桥 钢桥面铺装的研究过程中，通过检测证实辉绿岩集料可以应用于海沧大桥桥面铺装。同 时肖广成等人幽j 通过研究表明辉绿岩集料各指标基本符合崖门大桥桥面铺装“沥青面层 用集料质量技术要求和“沥青玛蹄脂碎石混合料设计施工指南 中s m a 表面层用集 料质量技术要求【2 9 3 0 】。 1 2 2 国内外现状分析 从国内外研究现状看，在德国高速公路上辉绿岩的研究应用较为广泛，并制定了辉 绿岩的相关技术标准。在国内把辉绿岩集料用于高速公路表面层和进行了一定的研究， 得出了可以应用于高速公路的面层上，但所做研究并不全面系统，更没有像国外那样形 成相应的技术标准。而将辉绿岩集料应用于桥面铺装中的研究就更少，只有一些工程应 用，缺乏理论依据，因此要将辉绿岩应用于多组分环氧沥青混合料的还有大量的研究工 作要做。 1 3 研究内容 l 、多组分环氧沥青与辉绿岩集料相互作用机理研究 沥青与集料的相互作用主要体现在沥青与集料之间的粘附关系，粘附性能与沥青与 集料两者的性质有很大的关系，对辉绿岩与多组分环氧沥青相互作用的研究首先要确定 辉绿岩和多组分环氧沥青的性质，从而研究多组分环氧沥青与辉绿岩集料相互作用机 理。 2 、辉绿岩多组分环氧沥青混合料配合比设计 为了使钢桥桥面铺装层具有优良的性能，不仅要求有优质的原材料，更要求有优良 合理的混合料配合比设计。合理的配合比是保证混合料性能的措施之一。因此，本文在 选择合适的原材料的基础上，确定合适的矿料级配，结合混合料的路用性能，进行辉绿 岩多组分环氧沥青混合料的配合比设计。 3 、辉绿岩多组分环氧沥青混合料内部微观结构对混合料性能影响研究 从宏观上研究沥青混合料的力学性能有一定的局限性，而沥青混合料的力学性能很 大程度上取决于沥青混合料的内部结构，因此，本部分拟在混合料配合比设计的基础上 通过建立混合料试件的内部细观结构的有限元模型，分析混合料微观结构中集料与沥青 胶浆的受力状况。 4 、辉绿岩多组分环氧沥青混合料宏观力学性能研究 辉绿岩能够应用于多组分环氧沥青主要体现在沥青混合料的性能上，本文拟研究辉 绿岩多组分沥青混合料的的强度性能、水稳定性、高低温性能等性能。并与玄武岩多组 分环氧沥青混合料的性能对比，结合对两者的技术经济性分析，研究分析辉绿岩应用于 多组分环氧沥青混合料的可行性。 3 东南大学硕士学位论文 1 4 本研究的关键技术路线 1总结以往沥青与集料的相互作用的研究经验，通过分析辉绿岩集料的化学成分 确定辉绿岩集料性质，同时分析多组分环氧沥青的酸碱性，并利用拉拔法测定多组分环 氧沥青与辉绿岩集料的粘附状态，从宏观与微观角度研究分析辉绿岩集料与多组分环氧 沥青的相互作用原理； 2 通过研究集料的最大粒径以及矿料级配对铺装层性能的影响对现有级配进行合 理的选择优化，对原材料的各项性能进行检测，满足钢桥面铺装的技术要求，采用马歇 尔设计方法对辉绿岩多组分环氧沥青混合料进行目标配合比设计。同时利用马歇尔试件 确定辉绿岩多组分环氧沥青混合料的固化温度、时间等参数。 3 首先对给定配比的沥青混合料成型旋转压实试件，利用数码相机拍摄旋转压实 取芯试件的截面，再利用数字图像处理( d 讶t a li m a g ep r o c e s s i n 简称d i p ) 技术将研究 的环氧沥青混合料试件的微观结构数码摄像图转化为可交换的数字格式( d x f ) 。 其次，通过p r o e 软件将可交换试件断面的数字格式( d x f ) 图像转化成有限元软件 a d i n a 可以识别的i g e s 格式，并将其导入到有限元软件中。 4 最后，对数字格式的图像采用自适应网格剖分技术完成前处理，然后利用大型 有限元软件( a d i n a ) 完成混合料二维有限元的几何建模，通过有限元软件分析混合料 的细观力学性能，为后期混合料试验提供理论指导。 5 根据以上研究成果，配置辉绿岩多组分环氧沥青混合料，进行室内试验，研究 辉绿岩多组分环氧沥青混合料的强度性能、水稳定性、高温性能、低温性能以及疲劳性 能，通过对辉绿岩与玄武岩多组分环氧沥青混合料的性能的比较分析，研究辉绿岩集料 应用于多组分环氧沥青的可行性，同时分析使用玄武岩与辉绿岩两者的造价差异，从经 济学角度进行分析，对使用辉绿岩的经济性进行评价。 参考文献 【l 】 黄卫大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论与方法【m 】中国建筑工业出版社，2 0 0 6 【2 】 黄卫，钱振东高等沥青路面设计理论与方法【m 】北京：科学出版社，2 0 0 l 【3 】韩光义基于b o t d a 的钢桥面铺装层裂缝疲劳扩展模型研究 d 】硕士学位论文，南京：东南大 学，2 0 0 7 【4 】陈磊磊环氧沥青混合料动态参数试验研究 d 】硕士学位论文，南京：东南大学，2 0 0 8 【5 】吉林，李洪涛大跨径钢箱梁悬索桥环氧沥青混合料铺装技术 j 】公路，2 0 0 5 1 l ( 1 1 ) ：7 4 7 6 【6 】 p f o f e s s o rd r i n g e d e l t r a u ds 仃a u b eu 1 1 dp r o f e s s o rd r i n g h a m n u tb e c k e d a h l s n 毯s e n b a uu n d s 魄s e n e r h a l n j n g ：e i nh 锄d b u c h 新s t u d i u mu i l dp r 戤i s ，e r i c hs c 胁i d tv e r l a gg m b h & c o ，b e r l i n 2 0 0 0 【7 】 c e n t e s t sf o r 廿1 e 咖a la n dw e 砒e r i n gp r o p e n i e so fa g 弦g a t e s - p a n3 ：b o i l i n gt e s tf o r ”s o 彻e n b 瑚db a s a l t ”【s 】e n13 6 7 - 3 2 0 01 【8 】张立新，杨劲夫，楚亚慧浅谈用于抗滑表面层的粗集料一玄武岩的质量评定【j 】辽宁交通科 技，2 0 0 l ，2 4 ( 6 ) ：1 2 1 4 【9 】南京长江第二大桥建设指挥部，东南大学南京长江第二大桥钢桥面环氧沥青混凝土铺装技术 及应用限】，2 0 0 0 4 【l3 】 y o u ，z 锄dd a i ，q ai 沁v i e wo fa d v a n c e si nm i c r o m e c h a n i c a lm o d e l i n go fa g g r e g a t e - a g g r e g a t e i n t e m c t i o ni i l a s p h a l tm i x t u r e 【j 】c a r i a d i a l lj o 啪a lo fc i v i le n g i n e e r h l g 瓜e v c 锄醇n i ec i v 2 0 0 7 ，3 4 ( 2 ) ：2 3 9 2 5 2 【1 4 】朱义铭国产环氧沥青混合料性能研究【d 】硕士学位论文，南京：东南大学，2 0 0 6 【1 5 】张基成，张海辉绿岩与玄武岩沥青混凝土路用性能对比试验研究【j 】中南公路工程，2 0 0 5 1 2 ， 3 0 ( 4 ) ：2 0 7 2 0 9 【1 6 】金志强，蒋天府辉绿岩在高速公路沥青路面上面层的应用【j 】华东公路，2 0 0 3 1 0 2 0 ，( 5 ) ： 5 7 5 8 【1 7 】耿敏，高尚辉绿岩作为沥青混凝土上面层集料的应用研究叨上海公路，2 0 0 7 ( 2 ) ：1 7 2 0 【1 8 】宁琰辉绿岩细砂混凝土在高速公路中的应用研究 d 】硕士学位论文，武汉：武汉理工大学， 2 0 0 3 【1 9 】关爱军，王稷良，周明凯c 5 0 t 型梁辉绿岩混凝土配制与应用研究阴公路，2 0 0 4 5 ，( 5 ) ： 1 3 5 - 1 3 7 【2 0 】周明凯，王稷良，关爱军辉绿岩混凝土的强度与界面特征研究田武汉理工大学学报，2 0 0 4 3 ， 2 6 ( 3 ) ：4 0 - 4 3 【2 1 】傅玉，张双延，赵玉宝，崔景祥，哈继勇辉绿岩在高速公路沥青路面表面层的应用【j 】武汉 理工大学学报，2 0 0 7 9 ，2 9 ( 9 ) ：7 1 7 3 【2 2 】吴少鹏，方晓睿，林振华，曹兵，丛培良辉绿岩沥青混凝土研究【c 】第八届国际交通新技术 应用大会，2 0 0 4 5 2 6 【2 3 】许志鸿，蔡氧辉绿岩与玄武岩的路用性能比较【j 】上海公路，2 0 0 3 ( 4 ) ：1 3 1 5 【2 4 】凌天清，林晓，许志鸿辉绿岩在高速公路路面表面层的应用研究【j 】。交通标准化，2 0 0 6 ( 1 ) ： 6 4 6 7 【2 5 】王丽群，周宏云辉绿岩在沥青混合料中的应用与研究【j 公路与汽运，2 0 0 6 6 ( 3 ) ：8 8 9 0 【2 6 】张粤生环氧沥青混凝土在湛江海湾大桥钢桥面铺装中的应用研究p 】硕士学位论文，重庆： 重庆交通大学，2 0 0 7 【2 7 】卢正宇，梁超，张志宏厦门海仓大桥钢桥面铺装【j 】中外公路，2 0 0 2 2 ，2 0 ( 1 ) ：5 3 5 4 【2 8 】肖广成，王向上s m a 在崖门大桥桥面铺装中的应用【j 】桥梁建设，2 0 0 3 ( 1 ) ：5 9 - 6 l 【2 9 】吕伟明沥青混合料设计原理与方法【l 川上海：同济大学出版社，2 0 0 l 【3 0 】李智，张肖宁，徐伟不同石料s 沥青混合料高温性能评价阴公路，2 0 0 6 ，1 2 ( 1 2 ) ：1 6 8 1 7 0 5 东南大学硕士学位论文 第二章辉绿岩与多组分环氧沥青相互作用机理研究 沥青一集料之间的相互作用对混合料的性能具有极为重大的影响，它在沥青混合料 的多项体系中，不仅占有相当大的比重，而且直接影响着沥青混合料的强度、温度稳定 性、水稳定性和老化性能等最基本、最重要的性能。为了研究辉绿岩多组分环氧沥青混 合料上述一系列性能，有必要对辉绿岩与多组分环氧沥青的相互作用关系做进一步深入 理论研究。本章通过对辉绿岩化学成分、岩性以及对多组分环氧沥青性质的研究分析， 对两者之间的相互作用原理进行论述。 2 1 概述 沥青与集料之间的相互作用是沥青混合料结构形成的决定性因素，它直接关系到沥 青混合料的强度、温度稳定性、水稳性以及老化速度等一系列主要性能。研究表明，沥 青与集料作用时，所发生的作用是多样和特殊的，其主要与表面效应有关1 1 。而影响集 料与沥青相互作用的因素可以归结为以下三方面。 l 、沥青与集料界面的物理吸附与化学吸附 沥青在分子引力的作用下发生的物理吸附作用会在矿料表面形成物理定向层，此时 被吸附的沥青不会发生任何化学变化。物理吸附有可能形成几个分子厚度的吸附层。化 学吸附作用仅触及被吸附物质的一层分子，沥青在矿料表面上的吸附强度，很大程度上 取决于沥青与石料之间发生粘结的性质。当存在化学键时，沥青与集料的粘结最为牢固。 例如碳酸盐或碱性岩石与沥青粘结时，它与沥青中的表面活性物质会发生化学吸附形成 新的化合物，因为如此反应形成的化合物不溶于水，所以在矿料表面形成的沥青层具有 较强的抗水损坏