【博士】大粒径沥青混凝土级配设计及技术性能研究【2007】

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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：长安大学　　学位年度： 2007年　　我国高等级公路沥青路面目前普遍存在早期破坏现象。路面病害的主要形式是疲劳开裂和车辙。这些破坏除了与路面施工和材料有关外，还与我国采用单一的路面结构相关。如何从路面结构入手，找到解决沥青路面早期破坏的有效途径，显得尤为重要。为此本文采用有限元方法，分析了大粒径沥青混凝土材料在路面结构中受车辆荷载作用下的响应，得到大粒径沥青混凝土在路面结构中的受力特点及其在不同条件下的路面响应变化规律。然后在分析研究沥青混合料不同级配理论的基础上，针对大粒径沥青混合料拟定出五种级配(面层两种，基层三种)，采用不同的成型方式进行试验，系统地比较研究不同设计方法下大粒径沥青混合料的路用性能。同时，结合现有沥青混合料组成设计方法，提出适合于我国国情的大粒径沥青混合料配合比设计方法。　　由于级配良好的大粒径沥青混凝土比一般沥青混合料有相对较高的弹性模量。使用大粒径沥青混凝土的路面结构在同等荷载作用下明显比使用一般沥青混合料的路面结构产生的路表弯沉和应变小，对变形的抵抗能力强。随着大粒径混凝土层厚度增加，可以明显降低各层底的应力。　　有限元分析表明：一定范围内土基弹性模量的变化对路面结构层内的最大剪应力和弯拉应力的影响不十分明显，但对结构的路表弯沉有很大的影响，相对于别的路面层位的模量变化基层模量的变化对弯沉的影响较大。各层位的模量变化对应变的影响相对于对应力的影响要显著。这表明采用大粒径沥青混凝土这种高弹性模量的结构层，对减小路面弯沉具有显著的作用。材料泊松比的变化对水平应力的影响较明显，而对竖向压应力和剪应力的影响不大。　　首次基于弹塑性理论，分析了大粒径沥青混凝土的受力特点，表明LSAM使路面材料的塑性变形大大降低，从而大大提高了路面结构的使用寿命。路面的塑性应变与荷载大小呈线性关系，荷载越大，塑性应变越大。　　通过室内实验，对不同级配大粒径沥青混合料级配设计方法和路用性能进行了研究。结果表明对于面层混合料，体积设计法设计的级配A除了抗疲劳性能较差外，其余路用性能良好，适用于四季温差大的地区作中下面层使用。基层混合料中，级配E综合性能最优，级配C、D次之，且随着最大公称粒径的增加，成型时混合料离析现象较严重。　　针对五种大粒径沥青混合料级配，首次采用GTM设计法确定最佳沥青用量，结果表明：GTM设计法得到的混合料最佳油石比、矿料间隙率、空隙率小于大马歇尔法得到的混合料，试件标准密度、稳定度大于大马歇尔法。因而GTM设计得到的混合料各路用性能优于大马歇尔设计法的，尤其高温稳定性能。　　针对大粒径沥青混合料级配易离析的现状，自行开发了评价LSAM离析的试验装置，首次采用前后料仓混合料集料通过率之差来评估离析。　　通过室内系统的模拟施工实验，分析了LSAM混合料的施工特性。结果表明随着大粒径沥青混合料滩铺厚度增大，混合料表面降低到终压温度需要的时间延长，储存热量多，易施工碾压，且LSAM混合料的温度离析要比一般沥青混凝土要轻。　　

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