动水冲刷与冻融循环共同作用下沥青混合料的水稳定研究

发布时间：2020-05-11 16:08

【摘要】：水损害是目前高速公路沥青路面使用中普遍存在的问题,部分新建路面甚至在通车一两年后就产生了大量的坑槽、松散等病害,影响道路的使用和舒适度。水是引起水损害的关键因素,车辆荷载以及温度因素会加剧水损害现象的发生。沥青混合料作为典型的多孔材料,存在于混合料空隙当中的水在行车载荷的反复作用下形成动水冲刷作用,在荷载的反复作用下,孔隙水的存在会导致沥青与集料的粘附性降低,产生疲劳破坏。对于季节性冻土区,冬春交融季节沥青混合料内部水分反复的冻融也会加速沥青薄膜的剥离,水损害进一步加剧。开展沥青路面水损害特性及防治措施研究,对于预防和减轻水损害带来的经济损失都具有重要的理论及现实意义。基于沥青路面水损害的基本作用机理,综合考虑车辆荷载引起的动水冲刷作用以及季节性冻土区的冻融交替作用,通过室内模拟动水冲刷-冻融循环试验,结合微观结构分析(CT扫描),对沥青混合料在水-温-荷共同作用下的水损害特性进行研究。同时,论文结合甘肃省路用集料的特性,以目前工程中常用的固态抗剥落剂水泥、消石灰以及新型抗剥落剂为研究对象,对动水冲刷-冻融循环累加作用下的抗剥落性能进行评估。通过对连续密集配AC-13沥青混合料的动水冲刷-冻融循环试验研究,结果表明:动水冲刷作用会加剧沥青混合料内部细集料的流失,导致沥青薄膜与集料粘附性的降低;在低温的冻胀作用下,沥青混合料的力学性能下降更显著;动水冲刷作用导致混合料内部大量的微开口空隙存留大量水分,并且随着冻融循环过程的持续而不断的发生冻胀,产生大量的微裂隙;在动水压力的反复冲刷作用下,微裂隙逐渐贯通,导致空隙率不断增大;动水冲刷模式下混合料的冻融损伤模式呈现出典型的台阶状递增模式,主要分为快速损伤期,稳定损伤期以及加速损伤期三个阶段;而静态浸水模式则表现为持续渐进式损伤模式。CT扫描结果显示,动水冲刷的机械磨蚀作用会加速沥青薄膜的剥离,同时,动水冲刷会加速细集料的流失,导致周边空隙体积增大。通过对添加不同类型抗剥落剂的AC-13类沥青混合料在动水冲刷-冻融循环作用下的力学性能分析,结果表明:在多次冻融循环过程后,相对于未添加抗剥落剂的沥青混合料,添加高分子聚合物的沥青混合料劈裂抗拉强度最高,消石灰类次之,水泥类最小;添加水泥的沥青混合料对于冻融和动水冲刷的累加作用更敏感,混合料的空隙率和TSR的变化速度最快,添加高分子聚合物的混合料空隙率与TSR变化速度最慢,水稳定性能最佳。
【图文】：

示意图,冲刷试验,实物,电磁阀

动水冲刷与冻融循环共同作用下沥青混合料的水稳定研究（①顶盖②试样环③底座④进（出）水阀⑤固定螺杆⑥容器空腔⑦试件⑧平衡系统电磁阀⑨空压机电磁阀⑩压力表○11 真空泵电磁阀○12 真空泵○13空压机○14 计算机控制系统○15 连接线路）图 2.1 动水冲刷模拟试验装置示意图

装置图,压力容器,装置图

图 2.3 压力容器装置图力模拟加载系统试验装置的压力模拟加载系统由空气压缩机、真空泵通路的电磁阀组成。空压机最大可调压力为 0.75M 4kW/5.5P。真空泵最大抽气速率为 6L/s，，极限真空压高达 180 万次以上，适合大功率条件下以及频繁启工况。压力表采用全不锈钢压力真空表，测量范围：-泵以及平衡管路的开闭控制均由各通路的电磁阀实现算机控制系统的计算机控制系统（图 2.4）主要由电源系统、保护电源系统主要控制压力设备以及相应管路电磁阀的电开启和停止进行操控；控制编码器采用工业用 PLC
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U414

【参考文献】