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原文传递沥青路面凝冰损坏影响因素及细观机理研究

论文题名：	沥青路面凝冰损坏影响因素及细观机理研究
关键词：	沥青路面;凝冰损坏;影响因子;细观机理
摘要：	我国南方云南、贵州、四川等省地处高海拔潮湿山区,由于气候条件和地理位置等原因,冬季或早春时节经常出现凝冻灾害。凝冻天气会导致路面产生凝冰,不但会严重影响道路交通安全和运输效率,还会直接或间接造成路面本身的严重损坏。由于凝冻天气条件的特殊性,其对沥青路面造成的损坏有别于我国北方等季冻区冬季温度和湿度持续较低的气候特点对路面造成的损坏,目前针对沥青路面凝冰损坏的相关研究也较少。鉴于此,本文针对南方高原潮湿山区凝冻天气对沥青路面造成的损坏,开展其损坏特点、影响因素、细观机理以及评价方法等方面的研究,从而为这些地区沥青路面凝冰前防护、凝冰后修复以及抗凝冰损坏路面材料的设计等工作提供依据。　　首先,通过现场调查、检测,结合芯样试验分析了凝冰对沥青路面使用性能和混合料组成结构的影响,结果表明:凝冰破坏作用主要影响路面表面状况,使其集料剥落、形成麻面等病害,路面构造深度增大。通过对凝冰损坏不同程度路面的检测和芯样试验,分析沥青路面抗凝冰损坏能力存在差异的材料特性,结果表明:混合料空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、集料表面沥青膜厚度,集料强度、与沥青的低温粘结性等性质都会影响沥青路面抗凝冰损坏能力。　　然后,根据现场调研结果,开展了沥青混合料凝冰损坏影响因素研究。单面冻融试验和低温飞散试验表明:空隙率对混合料受凝冰作用,以及受凝冰和交通荷载共同作用的损坏程度有重要影响,提出了 AC-16混合料抗凝冰损坏需控制的临界空隙率为6％。鉴于空隙对混合料凝冰损坏的重要影响,采用工业 CT试验、图像处理技术、有限元等方法揭示了空隙率及空隙分布状态对沥青混合料凝冰损坏、交通荷载加剧混合料损坏的影响机理。此外,分析了其它影响沥青路面受凝冰和交通荷载共同作用损坏的内在因素,结果表明:SMA-13混合料抗凝冰损坏效果优于 AC-13和 AC-16,两种 AC混合料相差不大;与基质沥青相比,改性沥青对混合料凝冰后的抗集料剥落能力有显著提高,且冻融次数越多优势越明显;在空隙率一致的情况下,玄武岩混合料抗凝冰和交通荷载冲击、磨耗能力优于石灰岩混合料。　　鉴于沥青路面行车道交通荷载会加剧路面凝冰损坏,采用限元模拟分析了交通荷载加剧混合料凝冰损坏的机理。结果表明:空隙内动水冲刷作用对不同位置沥青砂浆和沥青膜的受力和变形有加剧或减弱的作用,整体上会加剧混合料损坏;空隙中水结冰产生的冻胀力作用会明显造成或加剧沥青混合料损坏。　　再后,鉴于凝冰后沥青路面麻面、松散等病害与沥青胶浆-集料间的粘结特性有密切关系,开发了“沥青胶浆-未处理集料粘结特性的拉拔试验”方法,揭示了凝冰对混合料胶浆-集料粘结结构的损坏机理。结果表明:①水的浸入使得沥青胶浆-集料粘结的破坏形式由粘聚破坏变为粘附破坏,且破坏荷载大大降低,在冰膨胀力最大的-4℃时对路面损坏最显著。②若胶浆与集料界面无水浸入,则冻融作用对其无明显破坏作用;若界面有水浸入,冻融初期即对界面粘结力产生严重的破坏作用,界面很快脱粘。　　并从沥青胶浆-集料粘结特性角度揭示了原材料对混合料凝冰损坏的影响机理:SBS改性沥青优于基质沥青,界面有水时优势更明显;粉胶比应控制在0.7～1.3范围内;温度约-4℃以上时,石灰岩与沥青胶浆粘结性能受界面冰冻胀作用的影响稍小于玄武岩,但温度约-4℃以下时,两种集料相差不大。　　最后,针对沥青路面仅受凝冻作用时损坏具有隐蔽性,开发了用于检测沥青路面表面层集料剥落程度的“沥青路面冻融损坏现场快速检测设备”,并验证了采用该设备测得的单位面积剥落量评价沥青路面凝冰损坏程度具有良好的敏感性。结合现场调查结果,针对贵州地区沥青路面上面层 AC-16混合料,提出了“快速检测设备”测得的临界单位面积质量损失为0.4g/cm2,可为当地沥青路面凝冰损坏修复工作提供依据。
作者：	赵立东
专业：	道路与铁道工程
导师：	谭忆秋
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文