[博士]瀝青路面典型基層材料與工程對比研究

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　　[博士]瀝青路面典型基層材料與工程對比研究　　學(xué)科專業(yè):道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：長安大學(xué)　　學(xué)位年度：2010　　作為國民經(jīng)濟大動脈，公路的行車舒適性、使用壽命、抗重軸載的破壞能力等使用性能是工程建設(shè)的重心，其中對行車質(zhì)量的保持程度，尤為公路使用者和建設(shè)者的關(guān)注熱點。而這些性能的實現(xiàn)無疑與基層這一主要的受力層和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層息息相關(guān)。路用性能優(yōu)越的基層，將提高整個公路的使用質(zhì)量和運營壽命?！　? 為深入了解柔性、半剛性、剛性三種不同類型的基層對瀝青路面使用性能的影響，提出與氣候和交通等條件相適應(yīng)的基層材料結(jié)構(gòu)，本項目在山西省大新高速公路鋪筑了實體工程，該試驗路段囊括了國內(nèi)外高等級公路上常見且較合理的基層結(jié)構(gòu)類型，包括4種瀝青路面面層厚度結(jié)構(gòu)組合，4種混合料級配類型，4種改性瀝青，7種基層結(jié)構(gòu)組合和2種復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)，總計22種瀝青路面結(jié)構(gòu)總長7公里，其在國內(nèi)瀝青路面性能研究中屬首次?！　? 本文依托實體工程，針對目前公路瀝青路面常用的柔性基層、剛性基層、半剛性基層等三類基層類型的材料設(shè)計與路用性能展開室內(nèi)試驗研究與實體工程現(xiàn)場施工與性能檢測驗證。采用正交敏感分析方法，結(jié)合BISAR程序計算結(jié)果，深入分析了基層力學(xué)設(shè)計參數(shù):結(jié)合試驗路的鋪筑，對三類基層的施工技術(shù)進行比較研究，并對試驗路的彎沉和裂縫進行了長期的跟蹤檢測，對試驗路裂縫問題進行成因分析并提出有效的處治措施;運用壽命周期費用分析法分析了基層設(shè)計對瀝青路面建設(shè)費用的影響?！　? 研究認為:　　 (1)柔性基層材料組成設(shè)計時，采用馬歇爾擊實成型下的力學(xué)指標法能夠取得良好的設(shè)計效果。采用大馬歇爾擊實成型條件下，ATB-30級配的力學(xué)指標法能夠獲得良好的低溫抗裂性能，并且疲勞性能和高溫抗變形性能也較好;ATB-25級配的力學(xué)指標法能夠同時獲得良好的高低溫抗變形和疲勞特性;AC-30II級配的力學(xué)指標法也能夠同時獲得良好的高低溫抗變形和耐疲勞特性;AM-30級配的傳統(tǒng)馬歇爾法能夠獲得良好的低溫抗裂性能。ATB-30表現(xiàn)出較其他幾種類型級配更為優(yōu)越的高溫抗變形、低溫抗裂和耐疲勞性能?！　? (2)對比貧混凝上、高摻量粉煤灰混凝土基層兩種剛性基層的配合比設(shè)計、強度、剛度等特性得出:隨著粉煤灰含量的增加，水泥含量的減少，抗壓強度和抗折強度都漸減小，且減小趨勢逐漸變緩。粉煤灰在混凝土中起著微集料效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和滾珠效應(yīng)，粉煤灰、水泥、集料的不同比例及齡期的變化影響著該類材料的力學(xué)特性?！　? (3)水泥穩(wěn)定基層材料的抗壓強度>抗折強度，抗壓彈性模量>抗折彈性模量，隨著齡期的增長，水泥穩(wěn)定基層材料的強度和模量均逐漸增大。抗壓強度隨齡期變化規(guī)律的線性回歸結(jié)果;抗壓強度Rc =0. 0549 T(齡期)十3.5782, Rz=0. 999,抗壓強度隨齡期的變化速率前期和后期相差較小?！　? (4)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中關(guān)鍵因素的正交敏感分析表明，各結(jié)構(gòu)因素的敏感性大小排列為:基層厚度>底基層模量>’基層模量;路面承載力計算結(jié)果表明，路面承載能力大小排列為剛性基層>半剛性基層>柔性基層?！　? (5)柔性基層的施工中施工厚度、溫度的選擇和防止離析是關(guān)鍵，施工厚度可以加大到粒徑的S倍以上，壓實溫度的控制宜采用粘溫曲線確定的溫度進行，在溫度降低到80℃以前完成碾壓成型;剛性基層施工時整平難度較大，可通過添加外摻劑來改善施工性能;半剛性基層的施工過程中，應(yīng)注意控制含水量和水泥等膠凝材料的用量，以減少半剛性基層裂縫的產(chǎn)生。　　 (6)實體工程瀝青路面裂縫的分布密度排列為:柔性基層<半剛性基層<剛性　　基層，裂縫的寬度密度排列為:柔性基層<半剛性基層<剛性基層，最大裂縫寬度排列為:柔性基層<半剛性基層<剛性基層。裂縫處鉆芯取樣結(jié)果表明，裂縫主要為基層反射裂縫，降溫速度快和溫度過低是導(dǎo)致基層開裂產(chǎn)生路面反射裂縫從而使試驗路出現(xiàn)裂縫的主要原因?！　? (7)不同基層類型瀝青路面的壽命周期費用分析經(jīng)濟評價結(jié)果表明，柔性基層較一般半剛性基層瀝青路面使用壽命長，能在較長時間內(nèi)保持較高的服務(wù)能力，相對減少行程時間費、車輛運行費和事故費?！　? (8)在選擇基層類型時，要深入分析剛性、柔性、半剛性基層各自的特點，結(jié)合當?shù)氐慕煌看笮?、氣候條件、水溫地質(zhì)條件，在保證基層滿足基本路用性能的前提下，著重考慮主要性能要求，同時兼顧次要性能要求，經(jīng)濟合理地選用可獲得最大路用效益的基層。　　研究成果有助于提高我國公路工程技術(shù)水平和公路工程建設(shè)質(zhì)量，可為相關(guān)規(guī)范的修訂提供參考。

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