[博士]瀝青路面典型基層材料與工程對比研究

內容簡介

　　[博士]瀝青路面典型基層材料與工程對比研究　　學科專業(yè):道路與鐵道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：長安大學　　學位年度：2010　　作為國民經濟大動脈，公路的行車舒適性、使用壽命、抗重軸載的破壞能力等使用性能是工程建設的重心，其中對行車質量的保持程度，尤為公路使用者和建設者的關注熱點。而這些性能的實現(xiàn)無疑與基層這一主要的受力層和結構轉換層息息相關。路用性能優(yōu)越的基層，將提高整個公路的使用質量和運營壽命?！　? 為深入了解柔性、半剛性、剛性三種不同類型的基層對瀝青路面使用性能的影響，提出與氣候和交通等條件相適應的基層材料結構，本項目在山西省大新高速公路鋪筑了實體工程，該試驗路段囊括了國內外高等級公路上常見且較合理的基層結構類型，包括4種瀝青路面面層厚度結構組合，4種混合料級配類型，4種改性瀝青，7種基層結構組合和2種復合式路面結構，總計22種瀝青路面結構總長7公里，其在國內瀝青路面性能研究中屬首次?！　? 本文依托實體工程，針對目前公路瀝青路面常用的柔性基層、剛性基層、半剛性基層等三類基層類型的材料設計與路用性能展開室內試驗研究與實體工程現(xiàn)場施工與性能檢測驗證。采用正交敏感分析方法，結合BISAR程序計算結果，深入分析了基層力學設計參數(shù):結合試驗路的鋪筑，對三類基層的施工技術進行比較研究，并對試驗路的彎沉和裂縫進行了長期的跟蹤檢測，對試驗路裂縫問題進行成因分析并提出有效的處治措施;運用壽命周期費用分析法分析了基層設計對瀝青路面建設費用的影響?！　? 研究認為:　　 (1)柔性基層材料組成設計時，采用馬歇爾擊實成型下的力學指標法能夠取得良好的設計效果。采用大馬歇爾擊實成型條件下，ATB-30級配的力學指標法能夠獲得良好的低溫抗裂性能，并且疲勞性能和高溫抗變形性能也較好;ATB-25級配的力學指標法能夠同時獲得良好的高低溫抗變形和疲勞特性;AC-30II級配的力學指標法也能夠同時獲得良好的高低溫抗變形和耐疲勞特性;AM-30級配的傳統(tǒng)馬歇爾法能夠獲得良好的低溫抗裂性能。ATB-30表現(xiàn)出較其他幾種類型級配更為優(yōu)越的高溫抗變形、低溫抗裂和耐疲勞性能。　　 (2)對比貧混凝上、高摻量粉煤灰混凝土基層兩種剛性基層的配合比設計、強度、剛度等特性得出:隨著粉煤灰含量的增加，水泥含量的減少，抗壓強度和抗折強度都漸減小，且減小趨勢逐漸變緩。粉煤灰在混凝土中起著微集料效應、火山灰效應和滾珠效應，粉煤灰、水泥、集料的不同比例及齡期的變化影響著該類材料的力學特性?！　? (3)水泥穩(wěn)定基層材料的抗壓強度>抗折強度，抗壓彈性模量>抗折彈性模量，隨著齡期的增長，水泥穩(wěn)定基層材料的強度和模量均逐漸增大?？箟簭姸入S齡期變化規(guī)律的線性回歸結果;抗壓強度Rc =0. 0549 T(齡期)十3.5782, Rz=0. 999,抗壓強度隨齡期的變化速率前期和后期相差較小。　　 (4)路面結構設計中關鍵因素的正交敏感分析表明，各結構因素的敏感性大小排列為:基層厚度>底基層模量>’基層模量;路面承載力計算結果表明，路面承載能力大小排列為剛性基層>半剛性基層>柔性基層。　　 (5)柔性基層的施工中施工厚度、溫度的選擇和防止離析是關鍵，施工厚度可以加大到粒徑的S倍以上，壓實溫度的控制宜采用粘溫曲線確定的溫度進行，在溫度降低到80℃以前完成碾壓成型;剛性基層施工時整平難度較大，可通過添加外摻劑來改善施工性能;半剛性基層的施工過程中，應注意控制含水量和水泥等膠凝材料的用量，以減少半剛性基層裂縫的產生?！　? (6)實體工程瀝青路面裂縫的分布密度排列為:柔性基層<半剛性基層<剛性　　基層，裂縫的寬度密度排列為:柔性基層<半剛性基層<剛性基層，最大裂縫寬度排列為:柔性基層<半剛性基層<剛性基層。裂縫處鉆芯取樣結果表明，裂縫主要為基層反射裂縫，降溫速度快和溫度過低是導致基層開裂產生路面反射裂縫從而使試驗路出現(xiàn)裂縫的主要原因?！　? (7)不同基層類型瀝青路面的壽命周期費用分析經濟評價結果表明，柔性基層較一般半剛性基層瀝青路面使用壽命長，能在較長時間內保持較高的服務能力，相對減少行程時間費、車輛運行費和事故費?！　? (8)在選擇基層類型時，要深入分析剛性、柔性、半剛性基層各自的特點，結合當?shù)氐慕煌看笮?、氣候條件、水溫地質條件，在保證基層滿足基本路用性能的前提下，著重考慮主要性能要求，同時兼顧次要性能要求，經濟合理地選用可獲得最大路用效益的基層?！　? 研究成果有助于提高我國公路工程技術水平和公路工程建設質量，可為相關規(guī)范的修訂提供參考。

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