【博士】沥青混合料性能与施工变异性研究【2009】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：同济大学交通运输工程学院　　学位年度： 2009年　　近年来，沥青路面早期损坏问题依然在道路界和社会界引起广泛关注。优化的沥青混合料性能在实际施工过程中的转化及其实现程度存在一定差距，沥青路面施工变异性已是引发路面早期损坏重要因素之一。目前，道路工程界十分重视解决室内静态试验设计与动态施工过程控制存在的偏离，进行了大量沥青混合料室内路用性能水平的基础性研究工作，为延长半刚性基层沥青路面使用寿命提供技术支持。本文以安徽省沿江高速公路和安景高速公路沥青路面工程为依托，以常用的AC型沥青混合料为研究重点，运用均匀正交设计、灰色系统理论和统计分析软件等理论方法，研究分析了AC型沥青混合料性能的影响规律与变异性，分析论证了各种影响因素与变异性对混合料性能的影响程度和规律。同时，结合研究结论，分别给出了提高施工质量与降低施工变异性的技术标准与工程保证措施。主要内容如下：　　通过综述国内外沥青路面发展状况与研究进展，沥青混合料配比与性能优化水平，以及结合沥青路面施工存在较大的变异性导致危及路面使用性能的快速衰减，提出了本文要研究的问题和主要研究内容。　　通过AC-13沥青混合料影响因素与变异性分析，论证了15度劈裂强度及其变异性的影响因素与分布规律。结果表明，细集料级配对15度劈裂强度的影响处于支配控制地位，15度劈裂强度并没有因粗集料级配区间变异较大而受到较大影响；细集料级配和油石比的变化对空隙率变异性产生决定性作用；占矿料质量为1．5％，--3％之间可以明显区分出掺加消石灰较掺加水泥等作为填料的沥青混合料具有更好提高冻融劈裂强度和冻融劈裂强度比的能力。　　运用均匀正交方差理论研究分析了影响AC-20沥青混合料马歇尔性能指标的因素和空隙率、稳定度的变异性，优化提出了适合高温多雨地区的AC-20级配工程设计范围，得到了级配对高温稳定性能的影响程度与分布规律。在此基础上，从原材料技术指标变化的角度研究了AC一20沥青混合料水稳定性影响程度，并给出了关键性筛孔的控制标准和提高原材料质量的控制技术标准。　　研究了AC-13沥青混合料级配优化、骨架密实结构检验与调整方法，以及AC-13沥青混合料施工性能的实现程度。在此基础上，同时研究了AC-25沥青混合料矿料级配优化。由此给出了适合高温多雨地区的AC-13和AC-25工程设计范围；通过工程应用研究，得到了2．36mm筛孔通过率基本不变的同时，4．75mm筛孔通过率对AC-13改性沥青混合料的可压实性具有显著影响；提出了骨架密实结构检验与调整的三种方法，推荐采用粗集料毛体积密度和集料毛体积密度与表观密度相结合的骨架密实结构评价方法。结合不同区域原材料密度差异性较大的特点，给出了构成AC-13级配骨架密实结构的2．36mm通过率控制区间为27％～37％。　　分析了沥青混合料成型技术参数对沥青混合料性能的影响与空隙率变异性对沥青混合料力学性能的影响规律。在单因素研究的基础上，运用灰色系统理论，较为详细的研究分析了压实功、成型温度、不同级配和油石比的变异性对沥青混合料空隙率的影响规律。得到了压实功能的大小与碾压温度对空隙率的影响较级配和油石比影响更为显著，据此给出了施工质量控制技术措施与建议。　　工程应用表明，改进马歇尔设计可以获得较高的沥青混合料间接抗拉强度和抗车辙性能；室内外力学性能对比分析表明，良好的施工工艺控制是保证优化沥青混合料配合比设计实现的关键所在，各结构层的力学强度基本反映了配比设计的实现程度；集料针片状含量大小和使用质量多少对马歇尔性能和力学性能指标影响非常显著，偏大的针片状含量显著降低了沥青混合料高温和低温力学性能，并给出了解决针片状含量偏大的工程实现技术途径。　　论文最后对沥青路面施工技术参数变异性进行分析研究，通过实体工程应用和大量的试验数据，分析了各种沥青结构层厚度、级配与油石比的变异性，以及摊铺沥青混合料级配变异性分布特征与变异程度。通过成型沥青路面空隙率变异性分析，得到了级配和油石比变异性、以及各沥青结构层的残余空隙率变异性分布水平与分布规律及其对路面综合路用性能的影响规律。最后给出了施工变异性技术参数控制标准与施工工艺控制的建议。　　以上研究成果己在安徽省多条高速公路沥青路面中得以应用和验证。结果表明，研究成果有助于提高材料组成设计与施工一体化水平，降低施工变异性，提高路面施工质量。　　

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