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水泥路面超薄表面功能层关键技术研究

作 者: 李晓娟
导 师: 韩森
学 校: 长安大学
专 业: 道路与铁道工程
关键词: 沥青表面功能层 抗剪性能 层间粘结性能 功能性 沥青混合料设计 高性能乳化沥青
分类号: U416.216
类 型: 博士论文
年 份: 2012年
下 载: 107次
引 用: 1次
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内容摘要


采用超薄沥青表面功能层技术是改善水泥混凝土路面表面功能较为理想的方法,但由于超薄沥青表面功能层厚度较薄(2.0cm~3.0cm),且与水泥混凝土路面的模量相差较大,极易发生剪切、推移破坏,因此必须采取适当的措施加强表面功能层混合料的抗剪性能并提高层间粘结性能。基于此,本文着重从提高抗剪性能的超薄表面功能层混合料设计方法及层间粘结材料研发两方面着手,以期有效解决水泥路面超薄表面功能层路面结构的关键技术问题。通过对水泥路面超薄表面功能层路面结构层间剪应力的分析,得出了层间接触面的最大剪应力变化情况,为功能层路面结构粘结层材料的设计提供了理论依据和基础参数。通过对与表面功能层混合料空隙率相关的性能指标的研究,得出了基于功能性和抗剪性能的混合料空隙率范围,并推荐了相应的性能指标标准,为混合料的设计提供了参考。采用正交试验设计法,推荐了超薄表面功能层混合料的矿料级配范围,在满足表面功能层对功能性要求的前提下,较好的兼顾混合料强度要求。对超薄表面功能层混合料抗剪强度、内摩阻角及粘聚力随级配类型、沥青品种、沥青用量、外掺剂种类、加载速率以及试验温度等因素变化规律的研究,为超薄表面功能层沥青混合料设计提供了试验依据。通过对全文相关研究成果进行总结,从原材料选择、配合比设计及路用性能检验三部分入手,提出了基于抗剪性能的表面功能层混合料设计方法,并推荐了相应的设计标准。对超薄表面功能层混合料的高温抗车辙性能、低温性能、水稳性能、抗剥落性能、抗剪性能、耐久性能随SBS掺量、补强剂掺量及级配粗细三因素变化规律的研究,得出SBS与补强剂的最佳掺量,并为级配粗细选择提供一定试验依据,目的是力求超薄表面功能层混合料在更好发挥抗剪性能同时兼顾或不过多损害其他路用性能。通过对层间粘结材料的研究开发,提出了一种高性能乳化沥青的制备工艺和配方。该高性能乳化沥青的研制成功,对解决水泥路面超薄表面功能层由于层间粘结力不足而造成的剪切、拥包等病害有重要的实用价值。采用层间直接剪切试验,对高性能乳化沥青在提高层间粘结效果方面的优越性进行了对比验证,同时重点研究了界面粘结增强剂对层间粘结性能的影响,发现它可以显著改善层间粘结性能。通过相关力学计算及试验研究,提出了水泥路面超薄表面功能层结构层间抗剪强度设计标准。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
    1.2.1 超薄沥青混合料抗剪设计的国内外研究现状评述  12-15
    1.2.2 乳化沥青粘结层国内外研究现状及评述  15-17
  1.3 研究内容  17-19
第二章 水泥路面超薄表面功能层层间剪应力分析  19-27
  2.1 剪应力计算方法  19
  2.2 计算模型及层间接触状况分析  19-21
    2.2.1 计算模型及参数  19-20
    2.2.2 层间接触状况分析  20-21
  2.3 层间最大剪应力 max分析  21-26
    2.3.1 层间最大剪应力τmax位置分析  21-22
    2.3.2 表面功能层厚度的影响  22-23
    2.3.3 表面功能层模量变化的影响  23-24
    2.3.4 超载及水平力系数的影响  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 超薄表面功能层混合料的级配设计  27-55
  3.1 超薄表面功能层技术性能要求分析  27-28
  3.2 试验用原材料技术性质  28-30
  3.3 超薄表面功能层沥青混合料设计空隙率范围研究  30-39
    3.3.1 层间直接剪切试验  31-35
    3.3.2 构造深度试验  35-37
    3.3.3 马歇尔稳定度试验  37
    3.3.4 浸水飞散试验  37-39
  3.4 超薄表面功能层混合料级配研究  39-53
    3.4.1 正交试验方法介绍  39-40
    3.4.2 因素和水平的选取  40-41
    3.4.3 正交表的选取  41-42
    3.4.4 正交试验结果分析  42-52
    3.4.5 超薄表面功能层矿料级配范围推荐  52-53
  3.5 本章小结  53-55
第四章 超薄表面功能层沥青混合料抗剪特性试验研究  55-74
  4.1 沥青混合料抗剪强度影响因素分析  55
  4.2 试验方法及原材料  55-62
    4.2.1 试验方法  55-60
    4.2.2 原材料技术指标  60-62
    4.2.3 级配及马歇尔指标  62
  4.3 超薄表面功能层沥青混合料抗剪强度试验分析  62-73
    4.3.1 不同级配类型的影响  62-64
    4.3.2 沥青品种的影响  64-65
    4.3.3 沥青用量的影响  65-67
    4.3.4 外掺剂种类的影响  67-69
    4.3.5 不同加载速率的影响  69-71
    4.3.6 不同试验温度的影响  71-73
  4.4 本章小结  73-74
第五章 基于抗剪性能的超薄表面功能层混合料设计  74-105
  5.1 超薄表面功能层沥青混合料抗剪强度参数  74
  5.2 表面功能层混合料设计方法  74-79
    5.2.1 设计流程图  74-75
    5.2.2 设计步骤及内容  75-79
  5.3 表面功能层混合料路用性能  79-102
    5.3.1 高温性能  79-84
    5.3.2 低温性能  84-87
    5.3.3 水稳性能  87-91
    5.3.4 抗剥落性能  91-94
    5.3.5 抗剪性能  94-98
    5.3.6 耐久性能  98-101
    5.3.7 抗滑性能  101-102
    5.3.8 超薄表面功能层混合料路用性能研究评述  102
  5.4 本章小结  102-105
第六章 粘结层高性能乳化沥青材料研究  105-128
  6.1 粘结层的作用及对粘层材料性能要求  105
  6.2 乳化沥青形成机理  105-112
    6.2.1 乳化剂性质及分类  105-107
    6.2.2 乳化沥青形成机理  107-112
  6.3 改性乳化沥青原材料的技术性质及制备工艺  112-114
    6.3.1 改性乳化沥青原材料技术性质  112-113
    6.3.2 制备工艺  113
    6.3.3 改性乳化沥青的制备流程  113-114
    6.3.4 改性乳化沥青技术性质检测方法  114
  6.4 SBS 复配增粘剂制备的高性能乳化沥青原材料配伍设计  114-124
    6.4.1 乳化剂种类及最佳用量的确定  114-118
    6.4.2 稳定剂种类及最佳用量的确定  118-120
    6.4.3 改性剂最佳用量的确定  120-122
    6.4.4 增粘剂对乳化沥青的影响及作用  122-124
    6.4.5 增粘剂复配 SBS-36 改性剂的最佳用量确定  124
  6.5 高性能乳化沥青的制备与性质  124-126
    6.5.1 高性能乳化沥青配方确定  124-125
    6.5.2 高性能乳化沥青指标检测  125
    6.5.3 高性能乳化沥青性能优越性对比  125-126
  6.6 本章小结  126-128
第七章 粘结层抗剪性能试验研究  128-140
  7.1 粘层油层间性能评价的试验方法  128-129
    7.1.1 试件制备  128-129
    7.1.2 试验方法  129
  7.2 粘层油最佳用量的确定  129-130
  7.3 不同影响因素对层间抗剪强度的影响  130-137
    7.3.1 不同剪切速率的影响  130-132
    7.3.2 温度的影响  132-134
    7.3.3 水的影响  134-135
    7.3.4 界面粘结增强剂的影响  135-137
  7.4 水泥路面超薄表面功能层层间结构抗剪设计  137-138
    7.4.1 层间粘结材料的选择  137
    7.4.2 层间抗剪性能检验  137-138
  7.6 本章小结  138-140
第八章 结论与展望  140-143
  8.1 主要结论  140-141
  8.2 创新点  141-142
  8.3 进一步研究建议  142-143
参考文献  143-149
攻读学位期间取得的研究成果  149-150
致谢  150

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 道路工程 > 路基、路面工程 > 路面工程 > 路面:按使用材料分 > 水泥混凝土路面
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