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原文传递布顿岩沥青改性沥青混合料与沥青混合料配合比设计理论研究

论文题名：	布顿岩沥青改性沥青混合料与沥青混合料配合比设计理论研究
关键词：	岩沥青;改性沥青混合料;配合比设计;矿料间隙率;空隙率;沥青用量;沥青改性;级配曲线;体积指标;基质沥青;计算公式;粘滞系数;应力松弛性能;试验;设计理论;模型;路面工程;矿料级配;简便方法;高温性能
摘要：	改性沥青或改性沥青混合料一直是道路工程领域持续研究的热门方向之一。但长期以来，SBS改性沥青在路面工程中占据着主导地位;丰富和发展沥青改性措施或改性途径应是一项必需做的工作。天然沥青是自然界中自然形成的资源，具有独特的优势，充分利用这种资源改性沥青具有重要的工程意义。布顿岩沥青是一种天然的岩沥青，常温下呈颗粒粉末状，产自印尼，在印尼有着较为广泛的应用，被引入国内是最近几年的事情，但工程应用中对其尚缺乏深入的应用研究。本文依托于山东省交通厅2003年科技攻关项目“布顿岩沥青改性沥青混合料实验研究”，对布顿岩沥青在路面工程中的应用做了系列研究工作，并就沥青混合料配合比设计理论方面提出了一些见解。对布顿岩矿粉及其沥青进行的电镜分析表明，布顿岩沥青中含有碳、氢、氧、硫、硅、锰、铝、钙及铁等元素；跟普通石油沥青相比，纯布顿岩沥青的四组分中沥青质含量高，胶质含量低，由此使纯布敦岩沥青具有稠度高、粘附性好、软化点高、温度稳定性好、延度低等特性。经纯布顿岩沥青改性的沥青，高温性能显著提高，但与此同时却又几乎同幅度地降低了低温性能。布顿岩沥青直接掺加沥青混合料后即可明显的高温改性作用，布顿岩矿粉占总矿料的 4.5％时可使布顿岩沥青混合料的动稳定度高达3500次／mm以上。根据高温弯曲蠕变试验建立了Burgers模型，Burgers模型的四个参数均成数倍增加，Maxwell 模型的瞬时弹性模量为基质沥青混合料的5.7倍，粘滞系数为10倍，而Kelvin 模型的弹性常数、粘滞系数分别为2.6倍和4.2倍；从机理上揭示了高温性能优良的现象。单轴压缩试验也表明了布顿岩沥青改性的沥青混合料的回弹模量近似成倍提高。应力松弛方程表明，布顿岩沥青混合料比基质沥青混合料具有较好的应力松弛性能。至于布顿岩沥青的用量，考虑水稳性后掺加的适宜比例是：布顿岩沥青与基质沥青的质量比为1∶0.8～1∶0.9。综合分析认为，布顿岩沥青的应用该有气候条件限制，适宜高温地区，按低温气候考虑则限于冬温区。在沥青混合料配合比设计理论方面，针对沥青混合料矿料间隙率等体积指标认识上存在的问题，对空隙率、矿料间隙率及沥青饱和度等各体积指标的意义及其相互关系作了全面细致的论述，澄清了一些模糊认识，发现了一些有趣的事实，提出了直接计算有效沥青含量的新公式;利用灰色系统理论，分析了矿料级配曲线图中级配曲线位置与空隙率之间关系的规律，即，级配曲线与理论最大密度线的相似性决定了空隙率的大小，相似性越大，空隙率就越小，而以目测判断曲线位置进而调整级配曲线，企图改变沥青混合料空隙率的通常做法并不可靠；依据空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度的计算公式，首次推导出在矿料级配确定后，利用体积指标标准计算最佳沥青用量小范围的公式，提出了适用于各种配合比设计方法的最佳沥青用量预估方法；依据间断级配体积设计法的思想，并针对该法存在的不足，结合本文推导的最佳沥青用量计算公式，并加进矿料间隙率体积指标，初步建立了骨架嵌挤密实型沥青混合料配合比设计的方程组；针对SMA配合比设计过程中必须判断集料嵌挤状态的繁琐试验方法，提出了无需通过大量试验而是通过计算就能判定矿料是否形成嵌挤状态的简便方法。最后，就布顿岩沥青改性沥青混合料的施工工艺与施工质量控制做了论述，并就进一步研究的相关问题进行了简要讨论。关键词：布顿岩沥青，改性沥青混合料，性能，最佳沥青用量范围，级配设计，嵌挤状态判定简便方法
作者：	刘树堂
专业：	道路与铁道工程
导师：	郭忠印
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输工程学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文