新型添加劑在瀝青路面中的應用研究.pdf

1、隨著交通的高速發(fā)展,我國公路建設也突飛猛進,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行改性,是當前國內(nèi)外研究的先進技術措施之一,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,但工程應用尚處于初級階段,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。在一些地區(qū)對改性瀝青還有一個認識過程。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理和對瀝青混凝土的性能影響,為新型瀝青添加劑的進一步工程應用提供參考。 主要研究內(nèi)容如下： (1)不同添加劑對瀝青膠結料高低溫性能的影響研究 選取軟化點試驗、稠度試驗和動態(tài)剪切試驗(DSR)評價改性瀝青膠結料的高溫性能,選取延度、測力延度試驗、直接拉伸試驗和簡支梁彎曲蠕變試驗評價改

3、性瀝青的低溫性能,并根據(jù)試驗結果分析幾種添加劑對瀝青膠結料高低溫性能的影響。在瀝青膠結料高溫性能方面,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料低溫性能有所提高,加入路孚8000、Sasobit和Domix的瀝青膠結料的低溫性能改善不明顯。 (2)改性瀝青膠結料的微觀結構研究 采用微觀儀器對幾種改性瀝青膠結料進行觀測,通過微觀分析技術得到改性瀝青的微觀結構、常

4、規(guī)試驗方法得到改性瀝青的技術性能指標值、運用回歸分析方法建立改性瀝青的微觀結構與其使用性能之間的定量關系,為評價改性瀝青的性能提供另一條簡單而有效的途徑；進一步明確與改性瀝青使用性能相關性較好的微觀結構參數(shù)；為通過微觀結構控制改性瀝青性能的設想作一探索,為開發(fā)改性瀝青材料的組成設計新方法作一個基礎的研究。 (3)改性瀝青混合料的基本性能試驗 根據(jù)選定的路面結構類型,采用符合實際環(huán)境因素、受力狀態(tài)、變形過程的試驗方法,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行對比分析。在試驗時高溫性能試驗選取了車轍試驗方法,并進行了車轍試驗與瀝青高溫指標的相關分析,疲勞性能試驗選取了四點彎曲疲勞試驗方法進行,低溫性能試驗選取了低溫小梁彎曲試驗和約束試件溫度應力試驗進行。 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)律進行了研究,重點考慮瀝青路面的溫度場和應力場對瀝青

7、路面各層位的病害發(fā)展的不同影響,為不同層位評價標準的建立提供依據(jù)。同時,還對各病害的發(fā)展壽命進行了分析,為權重模型提供參數(shù)。車轍以蠕變模型為基礎、反射疲勞裂縫和溫縮疲勞裂縫以斷裂力學模型為基礎,采用與實際路面相符的應力場和溫度場,以ABAQUS有限元程序進行數(shù)值分析,對各病害的發(fā)展規(guī)律進行了深入地探討,并對半剛性路面典型病害的發(fā)展壽命進行了計算。 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,隨著裂縫的向上擴展,應力強度因子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,隨著裂縫的向上擴展,應力強度因子K1逐漸增加,一般在瀝青路面上面層就可以達到瀝青混

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

10、個瀝青路面的各路用性能的權重。 從各路用性能的權重來看,上面層的瀝青混合料設計應以抗車轍性能為主,兼顧疲勞性能；下面層的瀝青混合料設計應以獲得最大疲勞性能為主要目標；中面層的瀝青混合料設計應以獲得最大抗車轍性能為主要目標。 (6)不同添加劑改性的瀝青混合料綜合性能評價 將瀝青混合料的基本性能指標的進行一致化處理,得到評價對象,并由改進的比較矩陣法求取的權重,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