【博士】高性能瀝青混合料材料特性與施工技術(shù)研究【2008】

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　　學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：武漢理工大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　當前我國高速公路建設(shè)呈跳躍式發(fā)展態(tài)勢。但由于技術(shù)儲備不足，加之車流量大，車輛超載嚴重等原因，導(dǎo)致在高速公路快速發(fā)展的同時，瀝青路面的早期損壞問題同樣十分突出。調(diào)查研究表明：產(chǎn)生瀝青路面早期損壞的原因十分復(fù)雜，除了環(huán)境和荷載因素外，還與路面結(jié)構(gòu)形式、混合料組成設(shè)計、施工技術(shù)等許多方面有關(guān)。盡管近些年來在瀝青路面結(jié)構(gòu)和混合料組成設(shè)計上進行了大量的研究，而且在室內(nèi)試驗研究中取得了良好的綜合性能，但是許多實體工程路面早期損壞問題依然十分嚴重。特別是有些路面雖然直接采用了國外的先進設(shè)計理念，也沒有得到滿意的結(jié)果。愈來愈多的工程實踐表明：在高速公路建設(shè)中瀝青混合料的施工特性、設(shè)備應(yīng)具備的性能、設(shè)備之間的匹配關(guān)系、設(shè)備與材料之間的相互作用特性等對保證和提高路面質(zhì)量具有重要作用。本文針對以上問題進行了系統(tǒng)的理論與工程應(yīng)用研究?！　r青混合料因礦料級配不同構(gòu)成了不同的組織結(jié)構(gòu)，由混合料的結(jié)構(gòu)狀況、體積性能和施工特性共同決定了其使用性能。高性能混合料不同于傳統(tǒng)混合料的級配與性能，其粗、細集料用量有嚴格的范圍，粗一級集料形成的空隙決定了細一級集料的用量，形成多級嵌擠密實結(jié)構(gòu)，使混合料既具有高抗車轍能力又有抗水損壞的綜合性能。因此，本文首先分析、研究了高性能混合料的級配特征、參數(shù)控制、體積特性和影響體積性能的因素、施工質(zhì)量控制等方面的問題，提出了保證混合料優(yōu)良性能的級配允許變化范圍和施工參數(shù)控制范圍。　　機械設(shè)備應(yīng)針對具體的作業(yè)對象選擇功能和確定參數(shù)，以適應(yīng)千變?nèi)f化的路面結(jié)構(gòu)、材料組成及環(huán)境要求，發(fā)揮最佳的工作特性。因此，本文分析了瀝青路面施工中的主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、工作特性和影響設(shè)備性能的因素，提出了主要控制指標。深入研究了攪拌設(shè)備與材料相互作用特性，攤鋪設(shè)備與材料相互作用特性。建立了攪拌設(shè)備拌和均勻性的數(shù)學(xué)模型和采用自動調(diào)平系統(tǒng)攤鋪機的工作裝置運動學(xué)模型，并進行了應(yīng)用研究。　　瀝青路面施工是由一系列機械設(shè)備，通過各單機組合形成的一個有機整體，并相互協(xié)調(diào)進行規(guī)模化生產(chǎn)，實現(xiàn)最佳的工作質(zhì)量和最優(yōu)的工作效率。因此要求各機型之間有合理的匹配關(guān)系。本論文基于混合料壓實的共振理論，研究了碾壓過程中材料壓實度隨壓實次數(shù)變化的規(guī)律，得出了多功能攤鋪機振動夯實系統(tǒng)的壓實度隨攤鋪速度變化的數(shù)學(xué)模型，確定了攤鋪機合理的作業(yè)區(qū)段，建立了以保證作業(yè)質(zhì)量為目標的主要設(shè)備、輔助設(shè)備與核心設(shè)備作業(yè)性能相適應(yīng)的新型匹配關(guān)系?！　∮捎诟咝阅転r青混合料對施工變異性十分敏感，瀝青路面一旦發(fā)生變異將嚴重影響其耐久性和使用壽命。近年來雖然對施工過程中造成路面質(zhì)量變異性的原因以及相應(yīng)的處理措施進行了研究，但缺乏全面性、系統(tǒng)性，忽視了設(shè)備對施工變異性的影響。本文從材料特性、機械性能及其相互作用特性上研究了瀝青混合料設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、攤鋪、碾壓全過程的材料離析、溫度離析和壓實離析現(xiàn)象與機理，提出了預(yù)防與控制的技術(shù)途徑和離析的判別標準體系?！　∫陨涎芯砍晒言诙鄺l高速公路實體工程中得到應(yīng)用。　　本文將理論研究與工程實踐緊密結(jié)合，分別在“襄十”高速公路、“漢宜”高速公路和“老集”高速公路進行了試驗驗證及廣泛的推廣應(yīng)用。結(jié)果表明：研究成果對預(yù)防與控制瀝青路面早期病害，提高施工質(zhì)量，增加路面耐久性等方面效果十分顯著。　　

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