基于重载交通条件的排水沥青混合料技术研究

发布时间：2020-03-22 05:30

【摘要】：排水路面的大空隙特征使其具有排水降噪行车安全等优良性能,因此我国引进后迅速发展,由轻型快速交通逐渐普及到高速公路。然而我国交通增长迅速、汽车轴重不断增大的趋势使交通日渐重载化,这对排水路面的抗重载抗疲劳等性能要求也越来越高,由此排水路面也出现了飞散、压密和车辙等病害,因此针对重载交通条件进行排水沥青混合料研究有着重要意义。本文在调查了国内外排水沥青路面发展与应用历程中的经验以及现阶段排水路面在我国重载交通环境下面临的问题与考验的基础上,分析了重载条件下排水路面的病害形式及其原因,针对性的总结了排水沥青混合料设计过程的材料要求与设计要点;经过调查确定了重载交通的荷载特征与排水路面典型结构及力学参数;为了探究排水路面结构在荷载作用下的应力应变特征对其进行了Abaqus有限元模拟,得到了标准荷载下排水沥青路面不利位置的应力应变状态,其后为了探究排水面层轮胎荷载两侧边缘不利位置在不同的重载水平下的应力应变水平,借助Abaqus有限元分析软件分析了不同荷载水平下面层内部的受力与变形情况,以此确定相应荷载水平下的材料要求。在研究了排水沥青混合料骨架类型与强度形成机理的基础上确定了混合料设计要点,即高质量的沥青胶结料、矿料及稳定的骨架嵌挤结构;以球体堆积模型研究了集料的填充干涉规律,确定了混合料粗细集料的划分原则;在研究总结了之前国外和国内的设计与应用经验的基础上,分别以粗集料锥入度试验和集料骨架间隙率VCA为力学指标和体积指标进行排水沥青混合料粗集料骨架稳定性检验评价得到各档粗集料的最佳配比;基于工程经验及研究结论选取了高粘沥青方案、粗细集料以及纤维,以SGC旋转压实仪为手段,以体积法关系进行了不同骨架密实度的重载排水沥青混合料配合比设计;在空隙率和析漏率均满足设计要求的前提下以稳定度、肯塔堡飞散率和TSR为指标优选出排水沥青混合料粗集料骨架最佳密实度对应的混合料级配。最后对所设计的重载排水沥青混合料排水功能性、高低温性能以及动态模量等性能进行了检验,重点地对排水路面最为常见的飞散病害进行了大型飞散试验以验证其抗剥落飞散能力,经过检验过程确定了大型飞散实验的基本步骤和试验条件,提出了以大型飞散试验检验沥青混合料抗松散掉粒能力的评价方法。各试验评价结果综合来看,所设计的重载排水沥青混合料性能优异。
【图文】：

病害,路面,构造深度

可能带来路面的过早破坏，缩短道路寿命。2.1.2 重载交通下排水沥青路面使用状况调查及主要病害由于排水路面材料的大空隙特征，材料中集料颗粒之间的接触面积相比其他类型沥青混合料而言更小，因此在相同的荷载特别是重载作用下混合料更容易发生病害。经调查研究可知排水路面病害主要分两类：结构性的破坏和功能性丧失。（1）结构性破坏排水沥青混合料结构性破坏主要反映在混合料结构性损伤上，，具体有表面松散脱落和微裂缝两种。表面松散脱落又叫做飞散，是指排水层表面集料在外力作用下与路面结构脱离的损坏现象，是排水路面较为显著的病害形式，占病害比重超过 70%，首先通过对盐通高速排水路面进行了现场调研发现其整体状况良好，重车道发现少量表面松散脱落，行车道有轻微飞散而超车道几乎没有此类病害。用铺沙法测试路面构造深度来评价排水路面的飞散损坏情况，结果表明，飞散严重处构造深度较大，为 3.1mm，无飞散处构造深度较小，为 2.4mm。

结构示意图,排水面层,面层

图 2-2 排水路面结构示意图Fig.2-2 Schematic diagram of Drainage Pavement Structure排水面层：功能性要求排水面层具有较大空隙率，一般为 18%~25%，大快速排出路表水以保证行车安全并发挥降低噪声的作用；路用性能要求排车辙、低温抗裂、耐疲劳及抗飞散剥落。防水粘结层：排水沥青路面排水面层与其下的中面层之间需设置防水粘因为相较于密级配沥青混合料而言，排水面层与其下层结构层接触面积较推移剪切下粘结强度不足；另一方面中面层直接与下渗的水分接触，出于粘结层防水性能优异。对于重交通排水沥青路面而言需采用改性热沥青类践中使用橡胶改性沥青或 SBS 改性沥青表现出良好的防水粘结效果。沥青中下面层：沥青中下面层主要起到扩散荷载应力的作用，重载下应此中下面层应具有较强的抗变形能力、密实防水，一般要求与排水面层沥青混合料动稳定度大于 5000 次/mm。基层：在重交通道路上铺筑排水面层要求基层坚实稳定耐久，在保持现不大幅度增加的基础上优化沥青层性能，并增大半刚性基层厚度以提高路
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414

【参考文献】