[博士]多功能阻燃隧道沥青路面结构与性能的研究

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内容简介

　　[博士]多功能阻燃隧道沥青路面结构与性能的研究　　学科专业: 建筑材料与工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：武汉理工大学　　学位年度：2009　　 随着我国交通事业的快速发展，大量大型公路隧道和跨江海隧道工程相继开展。出于安全性、耐久性及行车舒适性方面的考虑，大型跨江海隧道铺装需满足以下要求:1)良好的路用性能和耐久性能;2)具有防火阻燃功能，甚至对于隧道火灾具有一定的抑制作用，降低隧道火灾中人员伤亡和经济损失:3)路面抗滑性能好，特别在潮湿环境下的抗滑性能，降低交通事故率;4)具有一定的降噪功能，提高隧道路面的行车舒适性。　　 论文依托国家 863项目“抗滑、阻燃、降噪多功能隧道路面结构设计与铺装技术”，针对采用有机阻燃剂制备的阻燃沥青面层毒性大、成本高的问题，提出了以多孔沥青混合料大孔隙结构排逸可燃性液体阻燃为主，无机矿物阻燃沥青胶浆为辅的结构与材料复合阻燃设计方法，并利用多孔沥青混合料的连通空隙和表面构造深度提高路面的抗滑与降噪性能。围绕多孔沥青混合料的组成、结构与性能之间的关系，本文进行了系统研究，取得了以下成果:　　 在分析多孔沥青混合料的功能特性与力学特征以及沥青用量与工作性能和耐久性能之间关系的基础上，提出合理空隙率与最大油膜厚度相结合的多孔沥青混合料的设计原则;提出了采用Bailey法进行多孔沥青棍合料矿料级配设计并通过优化沥青胶浆的流变性能改善大孔隙沥青混合料力学结构性能进而优化合理空隙率的设计方法。　　 在设计原则和设计方法的指导下，通过采用高粘度改性沥青、掺加硅藻土改性填料和阻燃矿物纤维三种方式对多孔沥青混合料沥青胶浆性能进行了优化设计，显著提高了沥青胶浆的复数剪切模量、相位角等流变性能指标;系统研究了空隙率对多孔沥青混合料结构性能(力学性能和路用性能)和功能性能(阻燃、降噪、抗滑)的影响，根据大型隧道路面对铺装材料性能的要求，通过显著性分析确定满足大型隧道各项使用性能要求的多孔沥青混合料的空隙率应控制在18%~22% 。　　 以氢氧化铝(ATH)作为主体，利用氢氧化镁(MH)的协调阻燃作用及沸石粉(Zeolite )的阻燃促进效应研制开发无机粉状阻燃剂材料，并在其中加入硅藻土，制备出集阻燃、改性功能于一体的AMID阻燃矿物填料;并通过开放式燃烧试验、浸润式燃烧试验以及封闭式燃烧试验对采用这种填料制备的阻燃多孔沥青混合料(FRPA)的阻燃性能和阻燃机理进行了研究，结果表明FRPA可显著的降低燃烧时路面表面的温度，缩短燃烧时间，并降低燃烧时的烟气密度。此外，FRP的混响室吸声系数达到0.42，构造深度1.5mm以上，摆值摩擦系数达到68BPN，显著优于AC和SMA路面，各项力学性能和路用性能均达到甚至超过了改性沥青SMA .　　 结合隧道刚性基层沥青路面的结构受力特点，提出采用FRPA为多功能磨耗层，高模量路面材料为结构层，并在刚性基层与面层间设连接层的隧道沥青路面设计方法;制备出回弹模量在2800MPa以上的灌注式半柔性路面材料:以武汉长江隧道沥青路面设计为背景，设计大型隧道刚性基层沥青路面典型结构为4cmFRPA磨耗层+5~6cm半柔性下面层+高粘度改性沥青应力吸收粘结层十混凝土面板。　　 系统研究了高粘度沥青胶结料以及骨架空隙结构条件下FRPA的施工温度参数以及拌和、摊铺、碾压等工程应用关键技术，并针对长大隧道半封闭空间的施工特点对隧道口与隧道内部的施工温度进针对性设计，提出了隧道阻燃多孔沥青混合料的施工工艺。将研制出的FRPA应用于“万里长江第一隧”武汉长江隧道(3600m)和国家重点工程沪蓉西高速公路把水寺隧道(1375m)，各项性能指标均达到实验室测试水平，现场检测结果表明构造深度大于1.6mm，与一般沥青路面相比降低噪音可达3dB (A)以上。

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