基于細(xì)觀力學(xué)方法預(yù)測(cè)瀝青混合料低溫模量及工程應(yīng)用

長(zhǎng)沙理工大學(xué) 碩士學(xué)位論文 瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量研究 姓名：羊明 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士 專業(yè)：道路與鐵道工程 指導(dǎo)教師：田小革 20070401

由于交通量激增以及重載、超載等因素，瀝青路面的車轍病害日趨嚴(yán)重。發(fā)生車轍病害的路面由于輪跡處的車轍變形，路面的使用功能降低，行車舒適性和安全性也受到影響。研究表明，車轍在很大程度上是剪應(yīng)力作用下瀝青混合料塑性流動(dòng)的結(jié)果。發(fā)生車轍病害的瀝青路面結(jié)構(gòu)中，瀝青面層的永久變形量占路面車轍總量的70％以上，并且其比重隨瀝青層厚度的增加而增大。

為促進(jìn)高模量瀝青混合料的推廣應(yīng)用,對(duì)高模量瀝青混合料的性能進(jìn)行分析,并與基質(zhì)瀝青混合料、sbs改性瀝青混合料進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:高模量瀝青混合料較基質(zhì)瀝青混合料,靜態(tài)模量提高28.7%,動(dòng)態(tài)模量能夠達(dá)到靜態(tài)模量的5~7倍,且超過14000mpa,是基質(zhì)瀝青混合料的1.64倍；高模量瀝青混合料具有優(yōu)良的高溫抗車轍能力；高模量瀝青混合料低溫性能滿足使用要求,應(yīng)根據(jù)地域溫度及性能需求選擇應(yīng)用層位；高模量瀝青混合料抗疲勞性能優(yōu)越,是普通瀝青混合料疲勞壽命的1.1~1.48倍。

高模量瀝青混合料施工控制 摘要：熱拌基質(zhì)瀝青和各種改性瀝青混合料的施工工藝已經(jīng)很成熟，但用于 提高瀝青混合料模量的高模量外摻劑，它的施工工藝和控制要點(diǎn)還沒有很好的施 工規(guī)范去遵循。文章主要總結(jié)了高模量改性瀝青混合料的施工工藝和控制要點(diǎn)， 指出高模量瀝青混合料從生產(chǎn)到施工過程與普通的混合料的差異，為以后的施工 提供技術(shù)支撐。 關(guān)鍵詞：瀝青混合料；高模量；施工工藝 生產(chǎn)力的發(fā)展使物質(zhì)量得到增加，這給交通帶來了更大的壓力。交通量 的猛增，超載的不斷嚴(yán)重使路面產(chǎn)生很多問題，尤其是車轍。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)提 高瀝青混合料的勁度模量以改善瀝青混凝土路面的抗車轍能力進(jìn)行了大量的研 究。結(jié)果表明，提高瀝青性能可以顯著改善混合料的抗車轍性能。高模量瀝青的 勁度模量、粘度一般較大，可以很好提高混合料的勁度模量，在一定溫度和加載 速率下，抗剪切變形能力增強(qiáng)，瀝青混合料抗車轍性能加強(qiáng)，路面車轍

凍融損壞是冰凍地區(qū)瀝青混合料的主要破壞形式。通過凍融循環(huán)作用下的瀝青混合料單軸壓縮和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn),分析了凍融循環(huán)次數(shù)、油石比等因素對(duì)瀝青混合料力學(xué)特性的影響。試驗(yàn)得出,凍融循環(huán)次數(shù)和油石比對(duì)混合料的抗壓和劈裂抗拉特性均有影響,油石比越小,影響越明顯;在最佳油石比5.5%時(shí),混合料的抗凍性能最好;凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)瀝青混合料力學(xué)特性的影響逐漸減弱,在10~12次凍融循環(huán)后,瀝青混合料凍融后的強(qiáng)度和模量損失率均逐漸趨于穩(wěn)定。

節(jié)能環(huán)保、低碳施工是我國(guó)現(xiàn)階段工程建設(shè)過程中積極倡導(dǎo)的施工工藝.為測(cè)試usp低溫改性瀝青混合料的使用性能,本研究對(duì)其馬歇爾穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、高溫穩(wěn)定性、凍融劈裂、劈裂強(qiáng)度、滲水性進(jìn)行試驗(yàn)分析,結(jié)果顯示,usp低溫瀝青混合料具有較好的抗水毀能力,摻入usp改性瀝青能夠提高瀝青混合料的低溫疲勞性能,改善瀝青混合料抵抗外力破壞性能.

為獲取煤瀝青混合瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量參數(shù),采用動(dòng)態(tài)頻率掃描試驗(yàn)對(duì)煤瀝青混合瀝青混合料、sbr與sbs改性混合瀝青3類材料,進(jìn)行了3組不同溫度和10個(gè)不同荷載作用頻率下的試驗(yàn)研究,得出了相應(yīng)試驗(yàn)條件下混合料的動(dòng)態(tài)模量值及其變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明,混合瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量隨著溫度的升高而降低,在固定溫度下隨著加載頻率的減小而減小?；旌蠟r青混合料動(dòng)態(tài)模量的測(cè)定為進(jìn)行煤瀝青路面結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供了材料參數(shù)。

材料在試驗(yàn)時(shí)的受力狀態(tài)越接近路面結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力環(huán)境,所得到的參數(shù)就越客觀準(zhǔn)確。在路面結(jié)構(gòu)受到行車荷載、氣候、環(huán)境等因素的多重作用下,瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量能夠更加真實(shí)地反應(yīng)路面結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作受力狀態(tài)與材料性質(zhì)。美國(guó)ncharp的研究成果表明,高溫和中等溫度下的動(dòng)態(tài)模量能很好的反映瀝青混合料的抗高溫和疲勞開裂的能力。本文在查閱研究國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,綜合介紹了瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量及其近些年來國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展,最后提出了瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量進(jìn)一步的研究方向。

材料在試驗(yàn)時(shí)的受力狀態(tài)越接近路面結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力環(huán)境,所得到的參數(shù)就越客觀準(zhǔn)確。在路面結(jié)構(gòu)受到行車荷載、氣候、環(huán)境等因素的多重作用下,瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量能夠更加真實(shí)地反應(yīng)路面結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作受力狀態(tài)與材料性質(zhì)。美國(guó)ncharp的研究成果表明,高溫和中等溫度下的動(dòng)態(tài)模量能很好的反映瀝青混合料的抗高溫和疲勞開裂的能力。本文在查閱研究國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,綜合介紹了瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量及其近些年來國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展,最后提出了瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量進(jìn)一步的研究方向。

瀝青路面低溫開裂是一種常見的病害類型,也是道路工作者比較關(guān)注的問題。文章采用連續(xù)密級(jí)配ac-20,通過低溫彎曲試驗(yàn)和低溫抗裂試驗(yàn),研究橡膠顆粒摻量、橡膠顆粒粒徑對(duì)混合料低溫性能的影響。結(jié)果表明:隨著橡膠顆粒粒徑的減小,低溫性能呈增強(qiáng)趨勢(shì);在一定范圍摻量下,橡膠顆粒摻量增大,低溫性能提高。

為評(píng)價(jià)橡膠瀝青混合料ar-osma-13與sbs-sma-13混合料的低溫性能,采用低溫彎曲試驗(yàn),以破壞強(qiáng)度、破壞應(yīng)變與勁度模量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行低溫性能對(duì)比分析。通過室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果得出:與sbs-sma-13混合料相比,橡膠瀝青混合料有較低的脆化點(diǎn)溫度、較大的低溫應(yīng)變及勁度模量,呈現(xiàn)出很好的低溫抗裂性能。橡膠瀝青混合料擁有出眾的低溫路用性能,完全能夠應(yīng)用于高等級(jí)公路建設(shè)中。

2009年　　12月鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)dec1　2009 第30卷　第4期journalofzhengzhouuniversity(engineeringscience)vol130　no14 　　收稿日期:2009-04-21;修訂日期:2009-07-01 　　基金項(xiàng)目:2008年度交通運(yùn)輸部行業(yè)聯(lián)合科技攻關(guān)項(xiàng)目(2008353333200) 　　作者簡(jiǎn)介:劉　強(qiáng)(1971-),男,河南許昌人,長(zhǎng)安大學(xué)博士研究生,主要從事路面結(jié)構(gòu)與材料方面的研究. 　　文章編號(hào):1671-6833(2009)04-0098-05 高模量瀝青混合料路用性能試驗(yàn)研究 劉　強(qiáng)1,秦建軍 2 ,翁效林 1 ,戴經(jīng)梁 1 ,蔣應(yīng)軍 1 (1.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院,陜西

采用簡(jiǎn)單性能測(cè)試系統(tǒng)(spt系統(tǒng))對(duì)水泥乳化瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量和相位角進(jìn)行測(cè)試,基于sigmoidal數(shù)學(xué)模型回歸得到了水泥乳化瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量主曲線方程.對(duì)比了水泥乳化瀝青混合料和普通的熱拌瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量特性,通過微觀形貌觀察對(duì)水泥乳化瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量特性進(jìn)行了解析.結(jié)果表明:在溫度為15~25℃、加載頻率為0.1~25.0hz時(shí),水泥乳化瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量在1541~5921mpa變化;水泥乳化瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量曲線移位因子小于熱拌瀝青混合料,即水泥乳化瀝青混合料溫度敏感性較熱拌瀝青混合料低.水泥與乳化瀝青中水生成的水化產(chǎn)物不僅降低了水泥乳化瀝青混合料的黏性,使之更具有彈性性質(zhì),同時(shí)也改善了水泥乳化瀝青混合料的溫度敏感性.

采用溫度實(shí)測(cè)和pavecool理論計(jì)算對(duì)比分析的方法,首先對(duì)低溫施工環(huán)境下ac-20和sma-13兩種改性瀝青混合料的攤鋪降溫規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比分析;然后分析了施工條件及環(huán)境因素對(duì)于攤鋪降溫規(guī)律的影響;最后通過必需碾壓時(shí)間及不同工況下能提供的有效碾壓時(shí)間對(duì)比分析,提出了在低溫施工環(huán)境下采用溫拌施工工藝及改善施工措施的必要性。

介紹了摻入溫拌劑后瀝青混合料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、施工工藝及鋪筑后的路用性能。

通過溫拌瀝青混合料試驗(yàn)路的鋪筑,總結(jié)了低溫環(huán)境中溫拌瀝青混合料路面的施工方法,結(jié)果表明,采取合理的溫拌劑用量,在基本不改變?yōu)r青混合料材料配比和施工工藝的前提下,可使瀝青混合料拌和溫度降低30℃以上。

低標(biāo)號(hào)瀝青具有針入度小、粘稠度、勁度大、軟化點(diǎn)高、延度小的特點(diǎn),低標(biāo)號(hào)瀝青混合料高溫性能優(yōu)良,溫度敏感性好.通過不同低標(biāo)號(hào)瀝青的高溫、低溫、水損壞、抗疲勞及力學(xué)等性能比較,以全面了解低標(biāo)號(hào)瀝青的使用性能,為其應(yīng)用選擇提供依據(jù).

為了研究纖維瀝青混凝土的本構(gòu)模型,將其視為以瀝青混合料為粘彈性基體,纖維為彈性夾雜的兩相復(fù)合材料。對(duì)基于復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)理論建立的有效模量表達(dá)式進(jìn)行了修正,提出了纖維瀝青混凝土的割線有效松弛模量。以聚酯纖維瀝青混凝土為例進(jìn)行了有效松弛模量的解析分析和模擬蠕變實(shí)驗(yàn)的有限元分析,分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較表明,該文提出的割線有效松弛模量模型對(duì)于纖維瀝青混凝土粘彈性力學(xué)行為具有很好的預(yù)測(cè)能力。應(yīng)用該模型對(duì)路面彎沉變形進(jìn)行了有限元分析,結(jié)果表明:纖維的加入有效的改善了瀝青混凝土路面的粘彈性性能。

ogfc是一種大空隙的新型路面結(jié)構(gòu),它具有優(yōu)良的抗滑、排水、降噪等功能.本文介紹了ogfc路面的性能特點(diǎn),從原材料選擇方面闡述了ogfc混合料對(duì)集料、瀝青等原材料的技術(shù)要求.從礦料配合比設(shè)計(jì)和混合料最佳瀝青用量的確定,依托鹽靖高速公路,詳細(xì)研究混合料設(shè)計(jì)方法.

國(guó)外瀝青混合料設(shè)計(jì)方法

本文將對(duì)比橡膠瀝青混合料裝車的兩種方法，分別為手動(dòng)裝車和機(jī)械裝車。通過對(duì)比它們的優(yōu)缺點(diǎn)，以及在建設(shè)工程領(lǐng)域的適用性，為讀者提供選擇合適的裝車方法的參考。

針對(duì)目前預(yù)測(cè)瀝青混凝土彈性模量的主要方法(基于宏觀層面的試驗(yàn)法和經(jīng)驗(yàn)法)均未能反映其細(xì)觀結(jié)構(gòu)的問題,基于復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)方法建立了瀝青混凝土多相的2層嵌入式細(xì)觀力學(xué)模型,求解得到單夾雜復(fù)合材料的2個(gè)彈性常數(shù)(彈性模量和剪切模量);結(jié)合多步驟方法,即將各檔粒徑集料與空隙逐一投入,然后進(jìn)行均勻化,得到多夾雜復(fù)合材料彈性模量,并與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本相同;該方法能夠反映各組成材料在瀝青混凝土中所起的力學(xué)作用;瀝青混凝土的空隙率、瀝青膠漿的彈性模量對(duì)瀝青混凝土的彈性模量有重要影響。