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原文传递功能型沥青混合料及其设计方法研究

论文题名：	功能型沥青混合料及其设计方法研究
关键词：	功能型;沥青混合料;设计方法;沥青路面;抗车辙能力;水损害;模拟试验;空隙率;优化设计;设计思路;平衡设计;高速公路;封层技术;稳定度指标;级配;变量;细集料;有效解决;影响因素;性能验证
摘要：	沥青路面在我国高速公路总里程中占到90％以上，在短短的二十年间就铺筑了发达国家近百年的高速公路里程，但同时也造成我国沥青路面技术及创新研究相对滞后，已铺筑的相当数量高速公路先后出现一系列严重的路面早期病害，其中车辙和水损害问题相对更加突出，尤其在南方炎热多雨地区。如何有效解决车辙和水损害矛盾将关系到我国沥青路面长远健康发展，以及大量维修资金的节省。上世纪90年代以来，永久性沥青路面概念的提出进一步强化了设计功能型材料的理念，同时，人们对沥青路面结构对材料的功能化要求有了更深刻的理解。基于此研究背景，课题提出车辙与水损害平衡设计思路，在应用功能型沥青混合料设计方法优化设计抗车辙能力的基础上，采用完全封层技术防治路面透水问题，从而达到有效解决沥青路面车辙与水损害问题。　　沥青混合料抗车辙能力最直接影响因素研究，在理论分析及逐步剔除相关非直接影响因素的基础上，确定8个对沥青混合料抗车辙能力有直接影响的因素，包括矿料间隙率VMA、空隙率VV、沥青饱和度VFA、沥青用量AC等，采用ZC2-7型车辙仪进行车辙模拟试验，以动稳定度指标DS为评价标准，选择12种不同级配成型混合料试件计算8种因素不同的试验数据，通过灰关联理论分析系统确定3个（VMA、AC、VV）影响抗车辙能力相对更加显著的因素，进而采取“稳一变二”试验方法，设计考虑3种因素彼此独立性的27组试验，在分析动稳定度指标与车辙深度指标相关性的基础上，采用美国沥青路面分析仪APA进行轮辙试验，以车辙深度RD作为评价指标，深入分析车辙与VMA、车辙与AC及车辙与VV的关系，最终得出VV是影响抗车辙能力最直接的因素。　　沥青混合料抗车辙能力与空隙率临界关系研究，设计四种不同变量条件（压实度、油石比、碾压温度、级配）下独立的车辙试验方案，通过变换8种不同的压实度、7种不同的油石比、9种不同的碾压温度及6种不同的级配得到每种变量条件变化时相应的空隙率数值，进而运用Gauss Peak拟合工具得出四种不同变量条件时相应的临界点位置，并具体分析抗车辙能力和空隙率在四种不同变量条件下存在不同临界关系的内在根源及与实践应用的相关联性，为运用功能型沥青混合料设计方法提供定量的设计参数。　　抗车辙型沥青混合料优化设计方法研究，以抗车辙能力优化为目标函数，确定沥青混合料设计空隙率8％为优化变量，同时将设计的沥青混合料要求形成骨架密实作为约束条件，据此详细制定功能型沥青混合料具体的设计步骤，包括：矿料分级掺配成型方法的选择、粗细集料分界点的确定、集料质量指标分析、粗集料部分分级掺配、细集料部分分级掺配、粗细集料质量百分率的确定、级配曲线细部调整、沥青用量计算方法等，以花岗岩最大公称粒径（NMSA）16mm为具体设计示例，结合花岗岩NMSA-13mm、石灰岩NMSA-16mm及辉绿岩NMSA-13mm分级掺配设计结果，对矿料级配的特征进行了分析，进而成型混合料试件进行各种性能的验证，包括：骨架强度验证、压实性能验证、抗车辙性能验证等。　　车辙和水损害平衡设计及工艺研究，首先具体分析了目前在解决车辙和水损害方面存在的问题，进而提出明确的解决思路-“先拌后灌”，即在应用功能型沥青混合料设计方法优化设计抗车辙能力的条件下，采取有效的防治措施避免沥青路面水损害发生的可能。为此先通过正交试验设计方法分析了影响沥青路面发生水损害的最直接因素，得出路面空隙率是最关键的控制指标，围绕如何有效封住路表面空隙为核心目标，在综合比较多种路表面封水措施的条件下，采用完全封层技术作为主要的防治措施，进而通过多条试验路及相关室内试验对完全封层技术使用的封水材料--沥青还原剂在密水效果、改善沥青老化性能等方面进行全面评价，同时对路表面由于使用沥青还原剂可能带来的性能影响进行了评价。最后根据车辙和水损害平衡设计思路成型沥青混合料试件，通过渗水试验及车辙模拟试验进行实际应用效果评价。　　至此形成了一套完整解决沥青路面车辙和水损害矛盾的设计体系，这将对课题项目的实践应用奠定重要的理论基础，同时也提供了一条解决车辙和水损害新的设计思路。这对于减少沥青路面早期损坏严重的问题具有重要意义。
作者：	卢亮
专业：	结构工程
导师：	王端宜
授予学位：	博士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文