【博士】重载交通沥青路面车辙成因及混合料组成设计研究【2008】

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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： 2008年　　随着交通运输事业的发展，重载交通已十分普遍，广东地处中国南方，常年气温较高，在高温重载作用下，沥青路面面临着严峻的考验-车辙就是其最典型也最有危害的破坏形式之一，同时也是目前沥青混合料设计方法难于控制的问题之一。车辙的出现不仅会缩短路面使用寿命，影响行驶舒适性，而且危及到行车的安全，从而给社会造成巨大的经济损失和不良社会影响。面对广东省乃至全国大规模的高速公路建设高潮，以及现实普遍存在的已建高速公路的车辙损坏问题，对重载交通下的抗车辙沥青混合料进行深入研究，防止和减少沥青路面车辙病害的发生，对广东乃至全国公路建设有着极大的现实意义。　　首先，本研究以广东省几条具有典型车辙病害的道路沥青路面作为依托，通过现场详细的检测调查，结合室内多种高温性能试验的论证分析，从沥青混合料材料本身抗高温稳定性能的角度探讨了重载交通下沥青路面车辙病害的形成机理，查明了不同程度车辙病害下的沥青混合料使用性状，为沥青混合料的设计和施工质量控制提供了依据。其次，应用GTM法与马歇尔法两种方法，对广东省几种常见类型沥青面层混合料进行了配合比设计，展开了沥青混合料高温稳定性，以及其它路用性能的对比试验研究，找出了两种设计方法的异同，并在综合两种设计方法优点的基础上完善了抗车辙沥青混合料配合比设计方法。再次，基于贝雷法粗细集料的划分思想，应用GTM混合料设计方法，通过正交试验研究，对影响沥青混合料高温性能的各材料比例因素进行了探讨，在线性回归的基础上，提出了沥青混合料的级配检验和优化准则，及合理体积参数。最后，通过采用三轴重复荷载蠕变试验、GTM旋转压实试验，以及车辙试验对不同沥青混合料高温性能评价的对比分析，提出了沥青混合料高温性能各试验方法的合理评价指标和标准，并在此基础上建立了车辙预估模型。　　研究结果表明：车辙病害主要产生在沥青路面的中、上面层，造成车辙病害的主要原因是由于沥青混合料施工时的油石比控制不准，矿料级配控制不严或设计不合理，以及施工时层间粘结不良、压实度不足、均匀性较差等导致路面混合料抗剪强度较低、容易被碾压密实，使得在车辆荷载的作用下路面混合料产生过大侧向流动和压密变形；若将沥青混和料的GTM力学设计法和传统体积设计法结合起来，可以充分发挥两者的优点，设计出来的沥青混合料高温稳定性比相应的马歇尔法基本提高了一倍，而水稳定性也因空隙率的减小而有所改善；根据捣实状态下混合矿料空隙率的变化曲线回归公式，可找出各相邻粒径集料间的界限填充比例，该比例即为相邻粒径集料粒子干涉作用的分界点，据此可作为设计级配骨架密实情况检验的一个依据；仅从抗车辙的角度来看，重载交通沥青路面混合料空隙率应大于3％，而饱和度应小于72％，骨架接触度则与一般交通相当，宜保持在1．07～1．15之间。采用车辙动稳定度指标评价沥青混合料高温性能时，可能夸大了改性沥青的作用，其对不同级配优劣的鉴别能力与实践事实间也存在一定的差异，而蠕变劲度模量指标能够较为客观地评价沥青混合料的高温稳定性能，且在此基础上建立的车辙预估模型经实践检验具有较高的可靠性。　　

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