林区道路硫酸钙晶须改性沥青混合料疲劳性能研究

发布时间：2020-06-27 05:11

【摘要】：林区道路是林业和地域发展不可或缺的基础设施。相比其他高速公路、国道和省道的行车车辆而言,林区道路更多的是重载车辆和大轴载车辆,致使原设计无法满足重载交通的需求,在荷载和环境的综合作用下路面极易出现疲劳破坏。为了改善林区道路的疲劳性能,采用新材料、新技术、新工艺减少路面的损坏,延长其使用寿命,是当前改善沥青混合料路面疲劳性能的重要手段。已有研究证明硫酸钙晶须作为一种新型的沥青混合料添加剂,具有耐磨耗、耐酸碱、抗腐蚀以及耐高温等特点,并提高路面的疲劳性能。本文将硫酸钙晶须以外掺法的方式应用到沥青混合料中,并通过室内疲劳试验得到以下结论:1.基于马歇尔设计法,进行CSW改性沥青混合料配合比设计,最终确定了最佳沥青用量。2.从硫酸钙晶须掺量、应变水平、试验温度和加载频率四种不同角度基于现象学分析了沥青混合料疲劳性能的影响。可以发现硫酸钙晶须的掺入,增加了材料的疲劳寿命,但并不是掺量越多其疲劳性能越好,当掺量在3%时,其疲劳寿命达到最高值。3.从应变角度分析发现,当应变为400με时,沥青混合料耐久性更长,所以说更适合林区道路。4.从温度角度研究建立了温度-疲劳方程,并从劲度模量的角度分析了温度对疲劳性能的变化规律。5.从加载频率角度研究发现,随着加载频率的增大,试件的疲劳寿命在增加,当加载频率增加到10Hz以上时,其疲劳寿命逐渐稳定。所以,在林区路面上,以10Hz设计比较合理。并建立了频率-疲劳方程。6.基于能耗法分别进行了耗散能相对变化率和疲劳损伤的分析。从耗散能相对变化率分析得到,目前规范所说的疲劳破坏准则并非材料的真正的破坏点。并且从耗散能相对变化角度再次证明,掺量为3%时硫酸钙晶须改性沥青混合料的疲劳寿命最大。7.从疲劳损伤分析得到,在试验初始阶段随着加载次数的增大,累计损伤迅速增大的趋势,其中应变越大其损伤也越大,并且建立了疲劳损伤方程。8.通过显著性分析,四个因素对CSW改性沥青混合料的影响主次关系为:应变→温度→频率→硫酸钙晶须掺量。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S773
【图文】：

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随着林业建设的发展，已经将林区道路纳入到公路网。内蒙古大兴安岭林区已建成林业专业公路[1]15894.6km，林业专业公路网密度仅为 1.7m/hm2。随着大兴安岭旅游业事业的发展和营林等生产的需要，目前林区公路总公里数已不能满足林区道路的需求，相比其他高速公路、国道、省道而言，林区道路的重载车辆较多，其轴载分布形式也有较大区别，致使林区道路的沥青路面产生疲劳破坏等病害[2]。目前，关于沥青混合料的疲劳性能的研究主要是针对普通公路，而对于林区道路的疲劳性能研究相对较少。大兴安岭地区的气候条件和车辆种类都不同与普通公路，对路面使用寿命和路面的性能应该有更高的要求。为了改善路面的疲劳性能，多数研究者从材料本身出发，大多数采用改性沥青如 SBS 改性沥青。根据相关研究，硫酸钙晶须不仅价格低廉，将其掺入到沥青混合料中，还能改善路面的疲劳性能。本研究的目的就是把硫酸钙晶须掺入到沥青混合料中，为此针对林区气候环境和交通环境的特点研究硫酸钙晶须改性沥青混合料疲劳性能，为延长林区道路使用寿命、改善其疲劳性能和道路设计提供了一定的依据和借鉴作用。

示意图,三分点加载,万能试验机,方式

图 8 三分点加载方式示意图Fig. 8 Schematic diagram of three point loading mode澳大利亚（TPCIndustrial Process Control Limiting Machine）“万能试验机”，如下图：

【参考文献】