环氧沥青钢桥面铺装级配优化设计与压实规律研究

发布时间：2017-10-09 21:23

  本文关键词：环氧沥青钢桥面铺装级配优化设计与压实规律研究

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【摘要】：钢桥面铺装相关技术是大跨径钢桥建设和运行、养护的关键技术之一,一直受到国内外学术界与工程界的高度重视与关注。目前,国内外常用的铺装方案主要有双层SMA类、浇注式类、环氧类和组合类,其中尤以环氧类的铺装在高温重载交通的钢桥面铺装中表现较好。环氧沥青混合料是一种性能优良的铺装材料,具有优良的高温稳定性、强度、水稳定性、抗疲劳耐久性,尤其对高温、重载交通具有较强的适应性。调查情况表明部分环氧沥青混凝土铺装存在早期抗滑性能较低,环氧沥青混合料试验和施工多参考一般沥青混合料技术规范,缺乏针对性的试验评价方法和技术标准。基于上述问题,本文从环氧沥青混合料的级配优化设计角度出发,完善环氧沥青混合料设计方法,评价环氧沥青混合料的压实特性和规律。沥青混合料的级配、空隙率与压实特性、铺装表面构造、耐久性相互影响和制约。空隙率是混合料压实关键控制指标,为评价较大空隙率对环氧沥青混合料性能影响,研究了空隙率偏高时(3%),环氧沥青混凝土在冻融循环试验条件下的损坏机理。通过荧光显微镜、扫描电子显微镜观察分析了冻融循环处理前后环氧沥青及其混合料的微观结构的变化。并且通过环氧沥青拉伸试验、冻融劈裂试验,研究冻融循环处理对环氧沥青及其混合料性能的影响。研究表明,环氧沥青在经过冻融处理后,其微观结构出现沥青颗粒团聚的现象;环氧沥青的拉伸强度在经过冻融处理后,降低了23.9%;空隙率较大的环氧沥青混合料其冻融劈裂强度比为69.8%。混合料空隙率较大时,不利于环氧沥青混凝土的水稳定性,因此,环氧沥青铺装混合料宜控制空隙率低于3%。针对环氧沥青铺装早期抗滑性能低、疲劳耐久性问题,提出Ⅰ型粗级配环氧沥青混凝土和富环氧沥青混凝土的方案。对设计的两种环氧沥青混合料的马歇尔稳定度、小梁弯曲、水稳定性、疲劳性能进行综合比较评价,并与传统级配的环氧沥青混合料进行了性能对比分析,试验结果显示:Ⅰ型粗级配环氧沥青混凝土,在提高铺装表面抗滑性能的同时,混合料的弯拉性能、马歇尔稳定度、抗水损性能变化不明显;富环氧沥青混凝土提高变形性能的同时,混合料的马歇尔稳定度为64.06 kN,相比传统级配的环氧沥青混合料下降了11%,但仍然高于40kN。在800με、1000με条件下,富环氧沥青混合料的疲劳性能最好,Ⅰ型粗级配环氧沥青混凝土次之,传统级配的环氧沥青混凝土较低。通过旋转压实仪SGC试验研究了不同压实次数、温度、级配下环氧沥青混合料的压实特性。同时比较了A-90、A-70、SBS改性沥青与环氧沥青混合料的压实曲线的差异。同时比较了击实成型、轮碾成型和旋转压实的压实差异。研究表明,环氧沥青混合料的压实曲线在半对数坐标系中存在明显的拐点,呈双向线性趋势;马歇尔击实的密实曲线与旋转压实得到的密实曲线差别明显,轮碾成型与旋转压实的密实曲线类似。最后,以广东江顺大桥钢桥面铺装工程为依托,开展了应用实践研究,对优化设计级配的环氧沥青混凝土施工压实工艺进行了测试研究,总结分析了较粗级配的环氧沥青混合料铺装施工工艺,可为环氧沥青铺装级配设计和施工控制提供参考。研究表明:较大空隙的环氧沥青混凝土不适合作为钢桥面铺装层,易产生水损害等耐久性问题;提出的Ⅰ型粗级配密实型环氧沥青混凝土,能提高铺装层的抗滑性能,并且疲劳性能好于传统级配环氧沥青混凝土;通过SGC试验研究了环氧沥青混凝土的压实规律,总结分析了较粗级配的环氧沥青混合料铺装施工工艺。
【关键词】：钢桥面铺装 抗滑性能 疲劳性能 级配优化 微观分析 压实特性
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U443.33
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 研究背景和意义13-14
• 1.2 国内外钢桥面铺装材料应用现状14-19
• 1.2.1 双层SMA铺装16-17
• 1.2.2 浇注式沥青混凝土铺装17-18
• 1.2.3 聚合物混凝土铺装18
• 1.2.4 环氧沥青混凝土铺装18-19
• 1.3 国内外环氧沥青混凝土钢桥面铺装研究现状19-24
• 1.3.1 国外研究现状19-21
• 1.3.2 国内研究现状21-24
• 1.4 本文研究内容24-26
• 1.4.1 拟解决的关键技术问题24-25
• 1.4.2 主要研究内容25-26
• 1.5 研究技术路线26-27
• 第二章 环氧沥青及混合料微观结构研究27-43
• 2.1 环氧沥青在荧光显微镜下的微观形貌28-33
• 2.1.1 荧光显微镜基本原理28
• 2.1.2 荧光显微镜的样品制备28-29
• 2.1.3 环氧沥青的荧光显微镜试验过程与结果29-33
• 2.1.4 环氧沥青混合料的荧光显微镜试验结果33
• 2.2 环氧沥青混合料在SEM下的微观形貌33-40
• 2.2.1 扫描电子显微镜33-34
• 2.2.2 SEM的样品制备34-35
• 2.2.3 环氧沥青SEM试验结果与分析35-36
• 2.2.4 环氧沥青混合料SEM试验结果与分析36-40
• 2.3 性能试验验证40-42
• 2.3.1 拉伸试验40-41
• 2.3.2 冻融劈裂试验41
• 2.3.3 试验结果与分析41-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 环氧沥青混合料的级配优化设计43-72
• 3.1 传统的环氧沥青混合料设计方法43-45
• 3.2 基于抗滑性的环氧沥青混合料设计方法45-59
• 3.2.1 基本方案45-48
• 3.2.2 试验材料48-51
• 3.2.3 试验过程及结果分析51-54
• 3.2.4 改进的方法54-59
• 3.3 基于变形性能的环氧沥青混合料配合比设计59-63
• 3.3.1 试验方案59
• 3.3.2 试验材料59-60
• 3.3.3 试验结果60-63
• 3.4 三种环氧沥青混合料性能试验研究63-70
• 3.4.1 环氧沥青混合料马歇尔稳定度试验64-65
• 3.4.2 环氧沥青混合料冻融劈裂试验65
• 3.4.3 环氧沥青混合料小梁弯曲试验65-68
• 3.4.4 环氧沥青混合料四点弯曲疲劳试验68-70
• 3.5 本章小结70-72
• 第四章 环氧沥青混合料压实工艺的研究72-91
• 4.1 基于旋转压实环氧沥青混合料压实特性的研究72-85
• 4.1.1 试验仪器及其压实曲线的参数72-74
• 4.1.2 试验方案74-75
• 4.1.3 试验结果75-85
• 4.2 不同室内成型方式的比较研究85-89
• 4.2.1 试验方法85-86
• 4.2.2 试验结果86-88
• 4.2.3 压实速率分析88-89
• 4.3 本章小结89-91
• 第五章 工程应用91-102
• 5.1 项目背景91
• 5.2 项目特点91-92
• 5.3 钢桥面铺装推荐方案92-93
• 5.4 环氧沥青混合料碾压工艺研究93-99
• 5.4.1 传统级配环氧沥青混凝土（EA-10）的碾压工艺93-94
• 5.4.2 Ⅰ型粗级配环氧沥青混凝土（FAC-10）的碾压工艺94-97
• 5.4.3 压实效果与验收97-99
• 5.5 环氧沥青钢桥面铺装施工过程中的控制要点99-101
• 5.5.1 环氧粘层油的涂布及养生99-100
• 5.5.2 环氧沥青混合料整幅施工工艺100-101
• 5.6 本章小结101-102
• 结论与展望102-104
• 参考文献104-110
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果110-111
• 致谢111-112
• 附件112

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