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高性能聚合物改性沥青混合料中小跨径钢桥面铺装体系研究
| 论文题名： | 高性能聚合物改性沥青混合料中小跨径钢桥面铺装体系研究 |
| 关键词： | 中小跨径钢桥;桥面铺装;聚合物改性沥青混合料;高温性能;抗疲劳性能 |
| 摘要： | 由于具有外表美观且承载力强等特点，钢箱梁桥在城市重要交节点上的建设逐渐兴起，但相比于大型公路钢桥，现今对于中小钢桥铺装的研究仍没有得到足够的重视，直接移植大跨境钢桥面铺装在经济性和功能性上均有不足。本文依托南京红山路快速化改造工程晓庄立交钢桥铺装项目，基于高性能聚合物改性沥青，建立适宜中小跨径钢桥面铺装的双层改性沥青混合料铺装体系，在满足铺装性能需求的同时达到经济效益。 首先，运用ABAQUS有限元软件基于实际依托工程的主桥和匝道分别建立三维实体有限元模型，研究中小跨径钢箱梁桥面铺装的温度场状况与力学响应。在最不利荷位研究基础上分析铺装层模量和厚度、纵横向荷载以及桥梁跨径等因素对铺装力学响应的影响，研究不同环境状况下铺装层在不利季节随气温周期性变化的温度场状况，从而明确中小跨径钢桥面铺装层结构设计需求，给出合理的结构与参数。 然后，根据钢桥面铺装磨耗层和保护层特点，优选胶结料并设计混合料，研究单层铺装材料路用性能。选择高胶沥青、高强沥青和浇筑式沥青三种聚合物改性沥青，通过温度扫描试验、多应力蠕变恢复试验、弯曲梁流变实验、线性振幅扫描试验、红外光谱试验比较三种沥青的高温、低温、疲劳及微观性能，结果表明高胶沥青的高低温和疲劳性能均更优。设计SMA-13混合料，通过车辙试验和小梁弯曲试验对比高胶沥青和高强沥青混合料的高低温性能，最终选用性能更优的高胶沥青 SMA-13 混合料作为磨耗层。以高胶沥青为胶结料，以AC-10和CAM为级配设计富油低空隙率混合料，并与浇筑式沥青混合料进行对比，最终选择高温和低温性能较为均衡的高胶沥青AC-10F混合料和高胶沥青CAM混合料作为保护层。对于所选三种混合料进行单轴动态蠕变试验和动态加载半圆弯曲疲劳试验，验证其高温粘弹特性和中温抗疲劳性能。 最后，通过防水粘结层的粘结性能、变形性能和防水性能研究，确定采用日本环氧作为防水粘结层，用量0.5kg/m2。以4cm上面层和3.5cm下面层的铺装结构，采用复合结构车辙试验和动态蠕变以及改进的五点复合梁疲劳试验对铺装体系的高温性能和疲劳性能进行验证。结果表明以高胶沥青为胶结料，SMA-13级配为磨耗层，富油的AC-10F和CAM为保护层，结构高温和疲劳性能均满足铺装需求，其中以CAM为保护层高温性能更优，以AC-10F为保护层疲劳性能更优。 |
| 作者： | 祁浩东 |
| 专业： | 交通运输工程;道路与铁道工程 |
| 导师： | 顾兴宇;茅荃 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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