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原文传递灌入式半柔性混合料抗裂性能及路面结构层优化研究

论文题名：	灌入式半柔性混合料抗裂性能及路面结构层优化研究
关键词：	半柔性路面;沥青混合料;水泥灌浆料;聚合物改性;路面结构;抗裂性能
摘要：	灌入式半柔性混合料具备良好的抗车辙性能、水稳定性能，但是其抗裂性能还有所欠缺。为了进一步提升半柔性路面的综合性能，本文在现有研究的基础上，对灌入式半柔性路面的抗裂机理及影响因素进行分析，通过对基体沥青混合料进行配合比设计，设计出满足半柔性混合料性能指标的基体沥青混合料，其次对掺加不同种类聚合物改性水泥灌浆料的性能进行测试，提出能够改善灌入式半柔性混合料抗裂性能的改性灌浆料，然后通过有限元仿真的方式对所研究出的聚合物改性灌入式半柔性混合料在路面结构中的应用及抗裂性能进行仿真计算，最后分析总结出适用于聚合物改性灌入式半柔性路面的施工工艺。本文选用粘弹性能较好的SBS改性沥青，以及可再分散性乳胶粉、环氧树脂两种不同种类的聚合物，研究灌入式半柔性混合料的抗裂性能。得到主要结论如下：　　（1）灌入式半柔性材料开裂机理及影响因素分析。通过文献调研对灌入式半柔性混合料在开裂类型、宏观细观层面的开裂机理进行分析，分析认为灌入式半柔性路面产生开裂主要是由于灌浆料与基体沥青混合料力学性能差距大，水泥与沥青的界面粘结问题导致的。通过分析材料组成、路面结构、环境因素及体积稳定性对灌入式半柔性路面的抗裂影响，得出混合料的配合比、路面结构的层位选择以及水泥灌浆料本身的体积稳定性会对半柔性路面开裂产生影响，并提出通过聚合物改性剂可以改善半柔性混合料的抗裂性能。　　（2）基体沥青混合料的配合比设计及性能验证。通过设计 GOAC-13-II 型和GOAC-16-II型两种级配，对混合料的马歇尔稳定度、空隙率进行测试，得出混合料的稳定度和空隙率均满足要求。通过析漏试验、飞散试验对混合料的配合比及最佳油石比进行验证，得出适用于半柔性路面的两种基体沥青混合料配合比，油石比分别为3.4%和3.2%，空隙率为22.47%和24.34%，灌浆率均大于95%的基体沥青混合料。　　（3）聚合物改性水泥基灌浆料材料组成设计及性能研究。初步拟定水泥基灌浆料水灰比为0.63，砂胶比为0.5，通过对配合比中水掺量的调整，控制砂浆流动度控制为10s~14s，保证水泥基灌浆料的基本灌入性能。然后对比可再分散性乳胶粉和环氧树脂两种不同掺量的灌浆料的性能，通过抗压强度、抗折强度以及收缩率试验对灌浆料的性能进行测试，最终确定聚合物改性水泥灌浆料配合比为：可再分散性乳胶粉：水灰比0.48、砂胶比0.5、聚胶比0.15，环氧树脂：水灰比0.405、砂胶比0.5、聚胶比0.15。　　（4）灌入式半柔性混合料的抗裂性能研究。对比两种不同级配在添加不同种类的聚合物的性能指标，通过混合料浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、动稳定度试验测试其基本性能指标，在满足基本性能的条件下利用混合料的低温抗裂性能、劈裂强度性能和抗剪性能对灌入式半柔性混合料的抗裂性能进行分析。分析得出环氧树脂改性的灌入式半柔性混合料在路用性能及抗裂性能上，均优于可再分散性乳胶粉改性的灌入式半柔性混合料。其中，残留稳定度平均提升3%，劈裂强度比提升7%，劈裂抗拉强度提升14%，动稳定度提升12.5%，破坏应应变提升6%，抗剪性能提升7.5%。　　（5）灌入式半柔性路面结构层位选择研究，通过有限元仿真模拟对将灌入式半柔性路面的结构力学响应进行分析，设置四种不同结构形式的路面结构组合，分析灌入式半柔性路面在路面结构中的受力情况。通过分析四种不同路面结构的各层拉应力、拉应变以及路表弯沉情况，分析得出当灌入式半柔性混合料作为路面结构上面层结构时，下面层底面拉应力相较于其他层位，最大下降幅度为56%，并且在路表弯沉方面相较于普通沥青混合料路面下降了 18%。因此，推荐将灌入式半柔性混合料应用于路面结构上面层，可以有效提高路面结构的抗裂性能。　　（6）灌入式半柔性路面施工工艺研究，针对灌入式半柔性路面的特点，总结出灌入式半柔性路面在基体沥青混合料生产和运输、灌浆料生产和灌注工艺、灌浆后表面处置和养生以及施工工程质量控制等方面的施工建议。
作者：	黄智泓
专业：	交通运输
导师：	钟科
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023