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原文传递市政道路井周路面养护材料制备及性能评价

论文题名：	市政道路井周路面养护材料制备及性能评价
关键词：	路面养护;市政道路;井周路面;微碳纤维;改性沥青;流变特性
摘要：	城市管网是城市基础设施中必不可少的重要组成部分，被称为“城市大动脉”。检查井作为城市管网中的重要组成部分，原则上应布置于城市道路范围以外，但是受到城市管道路网和路面宽度的影响，大量的检查井布设于城市道路范围内，在车辆荷载的重复作用下，检查井和井周路面附近常出现检查井的沉降、井周路面凹陷以及开裂等病害。检查井和井周路面的病害大大降低了路面平整度，严重影响乘车舒适性及安全性。针对以上问题，本文以城市道路检查井及井周路面为研究对象，分析车辆荷载下井周路面的破坏机理，提出井周路面材料性能控制指标，研发一种性能优异的井周路面修补材料，解决井周路面行车舒适性差、易破损的问题，具有非常重要的社会意义和工程价值。　　为研究检查井和井周路面的破坏机理，在检查井和井周路面病害调查的基础上，建立人-车-井盖耦合振动模型，分析车辆动态特性，研究车辆荷载作用下的井周路面力学响应，探寻井周路面破坏关键影响因素，揭示其破坏失效机理。结果表明：检查井和井周路面病害以检查井沉陷（或凸起）及裂缝类为主，破损类病害相对较少，变形类病害极少；检查井沉降主要分布于0~10mm范围内，井周路面最大间隙主要分布在5~20mm范围内；较大的车辆速度、坡度差、检查井沉降和井周路面不平整导致车辆在经过检查井及井周路面时的冲击荷载增大，导致井周路面层层底拉应变和基层层底拉应力增大，面层、基层处的疲劳寿命减少；冲击荷载和各结构层压实度不足等原因是导致检查井和井周路面产生病害的重要原因。为解决井周路面频繁破坏问题，提出疲劳寿命和弯拉应变作为养护材料的力学控制指标，研发一种高强、高韧、耐疲劳的改性沥青及混合料。　　为满足井周路面养护使用需求，研发井周路面养护材料，采用微碳纤维（Microcarbonfiber，简称MCF）和SBS及MCF、SBS和SBR复配得到SBS/MCF复合改性沥青和SBS-SBR/MCF复合改性沥青，对改性沥青进行常规指标和微观性能进行研究，并利用常规SBS改性沥青作为对比样。研究结果表明：MCF、SBR的加入，使针入度降低，软化点、延度和动力粘度效果均有不同程度的增加；黏韧性试验表明MCF的加入能有效的改善沥青的黏韧性及韧性指标；FTIR试验表明MCF的加入并未有新官能团产生，说明MCF加入没有发生化学变化，只是物理共混。　　为研究复合改性沥青的高温流变特性和低温蠕变特性，基于旋转粘度试验、动态剪切流变试验和低温弯曲梁流变试验对不同复合改性沥青流变特性进行分析。结果表明：6%SBS+0.8%MCF掺量下，动力粘度既符合规范要求，又能达到很好的施工和易性；MCF加入在沥青与SBS之间起到加筋作用，同时可以提高SBS改性沥青高温、粘弹性能以及高温抗变形能力；6%SBS+0.8%MCF掺量下的S值最大，m值最小，说明低温性能高于其他改性沥青，各类改性沥青的低温分级相同，其低温分级均为PG-28。　　为研究改性沥青混合料的路用性能和力学特性，进行车辙试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验、四点弯曲试验、摩擦系数试验、构造深度试验、渗水试验和动态模量试验，并拟合获得动态模量主曲线。结果表明：MCF的加入对混合料的高温、低温韧性、疲劳性能均有明显改善，对水稳定性提升效果有限，其抗滑和渗水效果良好，最终发现6%SBS+0.8%MCF改性沥青混合料综合性能最优，用于井周路面养护时可显著提高路面使用寿命，降低养护频率。
作者：	刘瑶
专业：	道路与铁道工程
导师：	赵全满
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2022