新型添加劑在瀝青路面中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著交通的高速發(fā)展,我國公路建設(shè)也突飛猛進(jìn),對路面材料也提出了更高的要求。常規(guī)的瀝青混合料的性能已難以滿足要求,必需對其加以處理以改善瀝青的使用性能。在瀝青中添加改性劑進(jìn)行改性,是當(dāng)前國內(nèi)外研究的先進(jìn)技術(shù)措施之一,市場上也因此出現(xiàn)了種類繁多的瀝青添加劑。 目前國內(nèi)對瀝青添加劑已經(jīng)做了一些研究,但工程應(yīng)用尚處于初級(jí)階段,僅僅局限于少數(shù)幾種常用添加劑,對瀝青添加劑的研究未能形成系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。在一些地區(qū)對改性瀝青還有一個(gè)認(rèn)識(shí)過程。另

2、外,市場上新型瀝青添加劑種類繁多,很多對瀝青及混合料的影響還不明確,缺乏系統(tǒng)的數(shù)據(jù)積累。 本文通過深入的研究多種添加劑的改性機(jī)理和對瀝青混凝土的性能影響,為新型瀝青添加劑的進(jìn)一步工程應(yīng)用提供參考。 主要研究內(nèi)容如下： (1)不同添加劑對瀝青膠結(jié)料高低溫性能的影響研究 選取軟化點(diǎn)試驗(yàn)、稠度試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)(DSR)評價(jià)改性瀝青膠結(jié)料的高溫性能,選取延度、測力延度試驗(yàn)、直接拉伸試驗(yàn)和簡支梁彎曲蠕變試驗(yàn)評價(jià)改

3、性瀝青的低溫性能,并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析幾種添加劑對瀝青膠結(jié)料高低溫性能的影響。在瀝青膠結(jié)料高溫性能方面,幾種添加劑隨著摻量增加都不同程度增大了彈性部分變形量,高溫穩(wěn)定性得到提高。加入TPS和上交大的瀝青膠結(jié)料低溫性能有所提高,加入路孚8000、Sasobit和Domix的瀝青膠結(jié)料的低溫性能改善不明顯。 (2)改性瀝青膠結(jié)料的微觀結(jié)構(gòu)研究 采用微觀儀器對幾種改性瀝青膠結(jié)料進(jìn)行觀測,通過微觀分析技術(shù)得到改性瀝青的微觀結(jié)構(gòu)、常

4、規(guī)試驗(yàn)方法得到改性瀝青的技術(shù)性能指標(biāo)值、運(yùn)用回歸分析方法建立改性瀝青的微觀結(jié)構(gòu)與其使用性能之間的定量關(guān)系,為評價(jià)改性瀝青的性能提供另一條簡單而有效的途徑；進(jìn)一步明確與改性瀝青使用性能相關(guān)性較好的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)；為通過微觀結(jié)構(gòu)控制改性瀝青性能的設(shè)想作一探索,為開發(fā)改性瀝青材料的組成設(shè)計(jì)新方法作一個(gè)基礎(chǔ)的研究。 (3)改性瀝青混合料的基本性能試驗(yàn) 根據(jù)選定的路面結(jié)構(gòu)類型,采用符合實(shí)際環(huán)境因素、受力狀態(tài)、變形過程的試驗(yàn)方法,來確

5、定添加新型添加劑后瀝青混合料的基本性能,包括高溫性能、疲勞性能和低溫性能,對不同類型新型添加劑對路用性能的改性效果進(jìn)行對比分析。在試驗(yàn)時(shí)高溫性能試驗(yàn)選取了車轍試驗(yàn)方法,并進(jìn)行了車轍試驗(yàn)與瀝青高溫指標(biāo)的相關(guān)分析,疲勞性能試驗(yàn)選取了四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法進(jìn)行,低溫性能試驗(yàn)選取了低溫小梁彎曲試驗(yàn)和約束試件溫度應(yīng)力試驗(yàn)進(jìn)行。 TPS對瀝青混合料的高溫性能、疲勞性能均有明顯的提高,但對低溫性能提高不大；上交大改性劑對瀝青混合料的基本性能有比

6、較全面的改善,尤其對低溫性能的改善效果最好；路孚8000對瀝青混合料的高溫性能的提高顯著,但是疲勞性能極差,也對低溫性能有不良影響；Sasobit的使用并沒有使瀝青混合料的基本性能有顯著的提高,僅對對高溫性能有所幫助,但疲勞性能和低溫性能都下降了。 (4)瀝青路面典型病害的發(fā)展規(guī)律研究 通過ABAOUS有限元程序,對車轍、反射疲勞裂縫和溫縮裂縫等瀝青路面典型病害的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了研究,重點(diǎn)考慮瀝青路面的溫度場和應(yīng)力場對瀝青

7、路面各層位的病害發(fā)展的不同影響,為不同層位評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立提供依據(jù)。同時(shí),還對各病害的發(fā)展壽命進(jìn)行了分析,為權(quán)重模型提供參數(shù)。車轍以蠕變模型為基礎(chǔ)、反射疲勞裂縫和溫縮疲勞裂縫以斷裂力學(xué)模型為基礎(chǔ),采用與實(shí)際路面相符的應(yīng)力場和溫度場,以ABAQUS有限元程序進(jìn)行數(shù)值分析,對各病害的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了深入地探討,并對半剛性路面典型病害的發(fā)展壽命進(jìn)行了計(jì)算。 在加載的初期,瀝青路面的車轍大幅度增加,初期的車轍量占到全部車轍量的一半以上。然后

8、隨著加載時(shí)間的增加,車轍量雖然也在增加,但是逐漸穩(wěn)定,有保持不變的趨勢。從瀝青路面的各個(gè)層次來看,中面層的車轍量最大,幾乎占到總車轍量的一半；其次上面層的車轍也較大,下面層的車轍最小。反射疲勞裂縫,隨著裂縫的向上擴(kuò)展,應(yīng)力強(qiáng)度因子K2逐漸增加,裂縫的發(fā)展速度逐漸加快,發(fā)展初期的疲勞壽命對總疲勞壽命的貢獻(xiàn)很大,占到總壽命的80％左右。 溫縮疲勞裂縫,隨著裂縫的向上擴(kuò)展,應(yīng)力強(qiáng)度因子K1逐漸增加,一般在瀝青路面上面層就可以達(dá)到瀝青混

9、合料斷裂韌度,然后便迅速形成貫穿整個(gè)瀝青路面的橫向溫縮裂縫。 (5)瀝青混合料綜合評價(jià)的權(quán)重模型 分析現(xiàn)有各種求取權(quán)重的數(shù)學(xué)思想和數(shù)學(xué)方法,結(jié)合本文已有的研究成果,借鑒層次分析法的思想,通過改進(jìn)比較矩陣法建立瀝青混合料路面性能的權(quán)重模型。對瀝青混合料性能的重要性程度進(jìn)行了數(shù)學(xué)定義,完成了本文客觀評價(jià)的基礎(chǔ)。通過瀝青混合料混合料路用性能的預(yù)估壽命,結(jié)合改進(jìn)的比較矩陣法建立了權(quán)重模型,分別求取了上面層、中面層、下面層,以及整

10、個(gè)瀝青路面的各路用性能的權(quán)重。 從各路用性能的權(quán)重來看,上面層的瀝青混合料設(shè)計(jì)應(yīng)以抗車轍性能為主,兼顧疲勞性能；下面層的瀝青混合料設(shè)計(jì)應(yīng)以獲得最大疲勞性能為主要目標(biāo)；中面層的瀝青混合料設(shè)計(jì)應(yīng)以獲得最大抗車轍性能為主要目標(biāo)。 (6)不同添加劑改性的瀝青混合料綜合性能評價(jià) 將瀝青混合料的基本性能指標(biāo)的進(jìn)行一致化處理,得到評價(jià)對象,并由改進(jìn)的比較矩陣法求取的權(quán)重,得到了瀝青混合料在面層的不同層位的綜合性能指數(shù),不同的添