小粒径排水抗滑型超薄沥青罩面技术研究

发布时间：2020-07-16 21:26

【摘要】：在重交通运输的影响下,沥青路面运营3~5年之后多发生面层开裂和表面抗滑安全性不足等问题,给车辆的行驶安全性和舒适性带来不利影响。而现有的预防性养护措施却存在着寿命周期短、胎路噪声大等缺陷。为此,本文提出小粒径排水抗滑型超薄沥青罩面结构,从结合料选取、级配组成设计、路用性能、功能特性、力学仿真分析、路面排水模拟以及施工关键指标参数等方面进行了试验研究和仿真验证。首先,以60℃动力粘度"g10,000 Pa·s作为评判指标,选用70#基质沥青、SBS改性沥青和2种高粘改性剂(I型和II型),制备4类高粘度改性沥青结合料,综合FTIR试验、DSR试验、60℃动力粘度试验和三大指标试验结果确定其最佳配类型和掺配比例为:SBS:I型=86:14和SBS:II型=86:14;同时借鉴体积设计法和Bailey设计法,设计得到粗型(PAC-1型)和细型(PAC-2型)2种级配类型;在此基础上,采用析漏试验、飞散试验和马歇尔稳定度试验确定得到4种沥青混合料的最佳油石比和基本指标参数。其次,通过车辙试验、小梁低温弯曲试验、冻融劈裂试验、动态模量试验,对4种沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能、水稳定性能以及不同温度与频率作用下的动态模量进行评价,结果表明:PAC-1-II型(采用II型高粘改性剂和PAC-1型级配,下同)的整体路用性能最优,动稳定度高达8400次/mm,PAC-1-I型次之,PAC-2-I型和PAC-2-II型较差;采用动摩擦系数试验、摆式摩擦试验、构造深度试验和渗水试验对4种沥青混合料的抗滑性能与排水性能进行评价,结果表明:PAC-1-I型和PAC-1-II型的排水性能和在中高速条件下的抗滑性能优于PAC-2-I型和PAC-2-II型,渗水系数分别为7230mL/min、7273mL/min、6857 mL/min和6316 mL/min,低速条件下的抗滑性能相反。再次,采用ABAQUS有限元软件建立了不同变量条件下的路面仿真模型,分析荷载作用频率、环境温度以及罩面层厚度对沥青路面各结构层力学指标的影响,结果表明:增加罩面层厚度有利于减小路表弯沉和改善罩面层层底的受力状况,提高荷载作用频率与降低环境温度得到的影响规律一致;采用SWMM暴雨洪水管理模型分析罩面层厚度对路面结构排水效果的影响规律,15mm、20mm和25mm罩面层厚度对应的排水能力分别为17.4mm、23.2mm和29mm。最后,通过室内击实试验分析了不同击实温度和击实次数对马歇尔试件飞散性能的影响,以飞散损失率小于10%作为标准,则PAC-1-I型和PAC-1-II型沥青混合料的初压温度不应低于150℃,PAC-2-I型和PAC-2-II型不应低于165℃,达到20%目标空隙率对应的室内击实次数分别为53次、59次、50次和50次;基于能量等效原理建立室内击实功与现场压实功之间的对应关系,以此确定合理的碾压组合遍数,并指导试验段的现场施工。研究成果可对超薄沥青罩面层的设计提供理论参考,有助于施工温度与碾压组合方式的进一步选取与优化。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.217
【图文】：

路线图,研究技术,路线图

为罩面层结构厚度的选取制定依据。（5）小粒径排水抗滑型超薄沥青罩面排水能力设计以路表面不出现径流为判断标准，选择水文学中的 Horton 模型，利用城市暴雨洪水管理软件 SWMM 建立不同降雨重现期下的路面排水模型，变换不同罩面层结构厚度，模拟不同情况下的路面排水特性曲线，分析目标罩面层厚度范围内是否能够满足排水需求，并与实际降雨强度相结合，计算小雨、中雨、大雨条件下路表面不出现径流的最小罩面层厚度。（6）小粒径排水抗滑型超薄沥青罩面施工关键指标参数研究在不同温度和不同击实次数下成型马歇尔试件，进行肯塔堡飞散试验，以飞散损失率为指标确定施工碾压温度和室内击实次数；查阅文献计算得到马歇尔击实一次产生的击实功以及钢轮、胶轮碾压一遍产生的压实功，建立二者之间的对应关系，根据室内马歇尔击实次数初步确定现场的碾压组合方式，以此为指导进行试验段的摊铺工作，对试验段进行钻芯取样，并测试试验段路面的抗滑与排水特性，比较室内数据与现场数据的关系，验证所建立的关系模型是否可靠。具体实施技术路线如图 1-1 所示。

改性剂

（a）I 型高粘改性剂（b）II 型高粘改性剂图 2-1 高粘改性剂表 2-3 高粘改性剂技术指标试验指标检测结果技术要求试验方法I 型高粘改性剂 II 型高粘改性剂外观蓝色颗粒，均匀黄色颗粒，均匀颗粒状，均匀目视单个颗粒质量/g 0.14 0.05 "f0.5 称重灰分/% 0.35 0.4 "f1.0 T 0614-2011干拌分散性略有残留无颗粒残留无颗粒残留干拌.1.2 室内加工制备将 70#基质沥青、SBS 改性沥青和 I 型高粘改性剂、II 型高粘改性剂掺配，制备 4 种类型高粘度改性沥青结合料，分别记为 70#-I 型、70#-II 型、SBS-I 型和 SBS。在以往排水沥青混合料施工设计时，通常将沥青与高粘改性剂的掺配质量比例设8:12[28]。本文以此为中值，将改性剂的掺量分别上下各±2 和±4，即每种类型高粘

工序图,结合料,高粘度,改性沥青

试验指标检测结果技术要求试验方法I 型高粘改性剂 II 型高粘改性剂外观蓝色颗粒，均匀黄色颗粒，均匀颗粒状，均匀目视单个颗粒质量/g 0.14 0.05 "f0.5 称重灰分/% 0.35 0.4 "f1.0 T 0614-2011干拌分散性略有残留无颗粒残留无颗粒残留干拌2.1.2 室内加工制备将 70#基质沥青、SBS 改性沥青和 I 型高粘改性剂、II 型高粘改性剂掺配，制备得到 4 种类型高粘度改性沥青结合料，分别记为 70#-I 型、70#-II 型、SBS-I 型和 SBS-I型。在以往排水沥青混合料施工设计时，通常将沥青与高粘改性剂的掺配质量比例设为88:12[28]。本文以此为中值，将改性剂的掺量分别上下各±2 和±4，即每种类型高粘沥青结合料共计 5 个掺量比例，分别为 84:16、86:14、88:12、90:10 和 92:8。室内采用 PRIMIX 公司生产的小型高速剪切仪制备不同掺量比例的高粘度改性沥青结合料，制备工序如图 2-2 所示。剪切完毕之后即可对其进行性能测试，剪切过程及成品高粘度改性沥青结合料如图 2-3 所示。

【参考文献】