（材料學(xué)專(zhuān)業(yè)論文）采用間接拉伸試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫性能研究.pdf

摘要 本文研究的目的在于提出一種更加適合于評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫性能的簡(jiǎn)單性能 試驗(yàn)方法 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的各種試驗(yàn)方法試驗(yàn)設(shè)備 試驗(yàn)條件和影響因素的對(duì)比分析 提出采用間接拉伸試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫性能 本文分別對(duì)采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件和標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件的瀝青混合料進(jìn)行了間接 拉伸試驗(yàn) 并對(duì)相應(yīng)的瀝青混合料進(jìn)行了車(chē)轍試驗(yàn) 影響間接拉伸試驗(yàn)結(jié)果的主要因 素有溫度 加載速率 級(jí)配 瀝青膠結(jié)料種類(lèi) 瀝青用量 本文從以上幾個(gè)方面對(duì)試 驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行了分析 并和車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析 研究發(fā)現(xiàn) 采用基質(zhì) 瀝青混合料的間接拉伸試驗(yàn)結(jié)果i d t 強(qiáng)度與車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果有良好的相關(guān)性 可以作 為用來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫抗車(chē)轍的力學(xué)指標(biāo) 建議在混合料設(shè)計(jì)過(guò)程中采用 而 s b s 改性瀝青混合料由于改性瀝青在高溫狀態(tài)下具有極強(qiáng)的粘度 i d t 強(qiáng)度與車(chē)轍試 驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性差 建議進(jìn)一步研究 另外 對(duì)于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件 本文分析了密實(shí)曲線的斜率k 值 k 值能反映混合料 被壓實(shí)的容易程度 即可以反映混合料內(nèi)摩阻力的大小 k 值能反映瀝青混合料的內(nèi) 在信息 在混合料設(shè)計(jì)過(guò)程中 可以把該參數(shù)作為評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫性能的參考指 標(biāo) 關(guān)鍵詞 瀝青混合料設(shè)計(jì) 試驗(yàn)方法 間接拉伸試驗(yàn) 車(chē)轍 力學(xué)指標(biāo) a b s t r a c t t h ea i mo ft h i sp a p e ri st oc h o o s eam o r eu n i f i e da n ds u i t a b l es i m p l ep e r f o r m a n c et e s t m e t h o d sf o re v a l u a t i n gt h er u t t i n gp o t e n t i a lo fa s p h a l tm i x t u r e sa th i g ht e m p e r a t u r e t h r o u g hc o m p a r i n ga n da n a l y z i n gt h et e s t i n ge q u i p m e n t s e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sa n d i n f l u e n c ef a c t o r so ft h ee x i s t i n gt e s tm e t h o d s t h ei n d i r e c tt e n s i l et e s th a sb e e np u t f o r w a r d t h i sp a p e rd e s c r i b e sr e s e a r c ht h a ts u g g e s t st h a tt h ei n d i r e c tt e n s i o n i d t s t r e n g t ht e s t p e r f o r m e dw i t hs g cs p e c i m e n sa n dm a r s h a l ls p e c i m e n s i sp o t e n t i a l l yas i m p l et e s tf o r e v a l u a t i n gt h er u tr e s i s t a n c eo fa s p h a l tm i x t u r e s a l s o w h e e llu r i n gt e s t sa r es e l e c t e df o r s a m es p e c i m e n s t e s tr e s u l t sa n da n a l y s i si n d i c a t et h a tt e m p e r a t u r e l o a d i n gr a t e g r a d a t i o n b i t u m i n o u sc e m e n ta n dp i t c hd o s a g ea l et h em a j o rf a c t o r sa f f e c t i n gt h ei d ts t r e n g t h a f t e r a n a l y z i n gt h ed a t a f a v o r a b l ec o r r e l a t i o n sa r eo b s e r v e d b e t w e e ni d ts t r e n g t ha n d l a b o r a t o r yt e s t so fr u tr e s i s tw h e nu s i n gb a s ea s p h a l tm i x t u r e t h e s ec o r r e l a t i o n ss u g g e s t t h a tt h ei d ts t r e n g t hc o u l db et h ed e s i g ni n d e x e sf o re v a l u a t i n gt h er u tr e s i s t a n c eo f a s p h a l tm i x t u r e b u tw h e nu s i n gs b s m o d i f i e da s p h a l tm i x t u r e t h ec o r r e l a t i o n sa r en o ta s g o o da n dn e e dt od om o r er e s e a r c h i na d d i t i o n t h es l o p ekv a l u eo fg y r a t o r yc o m p a c t i o nd e n s i f i c a t i o nc u r v ei sa n a l y z e d i nt h i sp a p e r i tc o u l dr e f l e c tn o to n l yc o m p a c t i o nw o r k a b i l i t yb u ta l s oi n t e r n a lf r i c t i o no f a s p h a l tm i x t u r e b a s eo nt h er e s e a r c h t h ek v a l u ew h i c hr e f l e c ti n h e r e n ti n f o r m a t i o no f a s p h a l tm i x t u r ei sr e c o m m e n d e da st h er e f e r e n c ei n d i c a t o rf o re v a l u a t i n gt h er u tr e s i s t a n c e o f a s p h a l tm i x t u r ei na s p h a l tm i x t u r ed e s i g np h a s e k e yw o r d s a s p h a l tm i xd e s i g n t e s tm e t h o d s t h ei n d i r e c tt e n s i l et e s t r u t t i n g d e s i g ni n d e x e s 論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明 本人所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行研究 工作所取得的成果 除論文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 對(duì)論文的研究做 出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本論文中不包 含任何未加明確注明的其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的成果 本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān) 一彳葉 叩年 月莎日 論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)權(quán)屬聲明 本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下所完成的論文及相關(guān)的職務(wù)作品 知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬 學(xué)校 學(xué)校享有以任何方式發(fā)表 復(fù)制 公開(kāi)閱覽 借閱以及申請(qǐng)專(zhuān)利 等權(quán)利 本人離校后發(fā)表或使用學(xué)位論文或與該論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論 文或成果時(shí) 署名單位仍然為長(zhǎng)安大學(xué) 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定 論文作者簽名 導(dǎo)師簽名 t 乙之名 明年占月矽日 鑼年石月8 日 長(zhǎng)安大學(xué)碩上論文 第一章緒論 1 1 課題的提出及研究意義 改革開(kāi)放以來(lái)的2 0 多年 是我國(guó)公路歷史上交通發(fā)展速度最快 最具活力的時(shí) 期 自1 9 8 8 年沈大高速公路及滬嘉高速公路建成通車(chē)以來(lái) 高等級(jí)公路以前所未有 的速度發(fā)展 我國(guó)的公路事業(yè)進(jìn)入了以建設(shè)高速公路 一級(jí)公路為主的新時(shí)代 從以 9 0 年代初京津塘高速公路建成成為標(biāo)志的中國(guó)高速公路開(kāi)始騰飛 到如今五縱七橫 國(guó)道主骨架的初步形成 大量高速公路瀝青路面的修建標(biāo)志著我國(guó)在這一領(lǐng)域已經(jīng)取 得了輝煌的成就 我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展 截止到2 0 0 5 年底 全國(guó)高 速公路通車(chē)總里程3 9 萬(wàn)公里 居世界第二位 事實(shí)證明公路尤其是高速公路已經(jīng)成 為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展 持續(xù)增長(zhǎng)的重要產(chǎn)業(yè)之一 公路的客貨運(yùn)輸量在諸多運(yùn)輸 方式中占有主導(dǎo)地位 在高速公路建設(shè)中 由于瀝青路面具有良好的行車(chē)舒適性和優(yōu)良的使用性能 建 設(shè)速度快 維修方便 因此高速公路絕大部分都采用了瀝青路面 但是在我國(guó)高速公 路的建設(shè)實(shí)踐中 瀝青路面的耐久性問(wèn)題和早期破壞現(xiàn)象逐漸表現(xiàn)出來(lái) 隨著交通量 的迅猛增長(zhǎng)和重載 超載情況的加劇 車(chē)輛渠化等等 不少新建路面開(kāi)放交通一二年 就出現(xiàn)坑槽 開(kāi)裂 車(chē)轍 表面功能不足等早期破壞情況 并導(dǎo)致路面的實(shí)際使用壽 命 3 5 年 大大短于設(shè)計(jì)使用壽命 1 5 2 0 年 水損害 高溫變形及抗滑性能衰 減過(guò)快等成為目前高速公路面層的主要問(wèn)題 個(gè)別路段甚至很?chē)?yán)重 不得不進(jìn)行修復(fù) 造成了巨大的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失 那些全部選用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)瀝青或進(jìn)口瀝青 施工也 采用全套進(jìn)口拌和攤鋪設(shè)備的高速公路 在建成通車(chē)后 也產(chǎn)生了不同程度的早期損 壞和實(shí)際使用壽命小于設(shè)計(jì)壽命的現(xiàn)象 這其中就包括我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的瀝青混合 料馬歇爾設(shè)計(jì)方法自身的缺陷問(wèn)題 目前 我國(guó)高速公路路面再經(jīng)過(guò)反射裂縫和水損 害類(lèi)型之后 目前的主要問(wèn)題是嚴(yán)重的車(chē)轍 因此如何通過(guò)混合料設(shè)計(jì)來(lái)提高瀝青路 面的路用性能已經(jīng)成為廣大道路技術(shù)人員面臨的重要研究課題 一直以來(lái) 瀝青混合料設(shè)計(jì)體系基本沿用傳統(tǒng)的強(qiáng)度表面理論和瀝青混合料馬歇 爾法 其主要缺陷為 表面理論無(wú)法解釋瀝青混合料復(fù)雜的粘彈性變化 與表面理論 相應(yīng)的瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)一馬歇爾法是一種經(jīng)驗(yàn)性的體積設(shè)計(jì)法 它是通過(guò)體積 第一章緒論 指標(biāo)的限制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)路用性能的控制 體積設(shè)計(jì)法根據(jù)控制標(biāo)準(zhǔn)的不同分為兩種 一 是用油量標(biāo)準(zhǔn) 求得與所選礦料剛好相適應(yīng)的瀝青用量即為最佳瀝青用量 以瀝青膜 厚計(jì)算法和馬歇爾法為代表 二是空隙率標(biāo)準(zhǔn) 以美國(guó)的s u p e r p a v e 設(shè)計(jì)方法為代表 求得滿足空隙率要求和礦料間隙率要求的用油量為最佳瀝青含量 該法更注重混合料 整體上的結(jié)構(gòu)特性 由于體積指標(biāo)不僅受測(cè)試條件和計(jì)算方法的影響大 且體積指標(biāo) 無(wú)法與瀝青混合料性能力學(xué)指標(biāo)建立相關(guān)性 也不能用于預(yù)測(cè)瀝青混合料使用性能和 壽命 因此造成瀝青結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì)相互割裂 無(wú)法實(shí)現(xiàn)材料與結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì) 這也是我國(guó)瀝青路面病害無(wú)法得到根治的主要原因 從前些年的水損害到現(xiàn)在的車(chē)轍 病害頻發(fā) 都暴露出設(shè)計(jì)結(jié)果的隨意性和經(jīng)驗(yàn)性 更凸現(xiàn)了混合料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)脫 節(jié)的缺陷 特別是近年的車(chē)轍病害問(wèn)題更是引發(fā)了道路工作者對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法的思考 和檢討 長(zhǎng)期以來(lái) 大部分國(guó)家都是采用傳統(tǒng)的馬歇爾法設(shè)計(jì)瀝青混合料 但是這種 經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法沒(méi)有考慮交通設(shè)計(jì)水平 環(huán)境等因素影響 另外 由該設(shè)計(jì)方法得到 的參數(shù)也不能真正地評(píng)價(jià)瀝青的抵抗高溫車(chē)轍性能 隨著交通量及交通荷載的增大 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已不太適用 縱觀現(xiàn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)體系 包括路面病害分析 設(shè)計(jì)階段的材料選擇 配比 設(shè)計(jì)以及瀝青混合料性能預(yù)測(cè)等方面沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的主題和核心 使得材料選擇一混 合料設(shè)計(jì)一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)相互割裂 不能進(jìn)行綜合設(shè)計(jì) 無(wú)法得到最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果 這也是瀝青混合料設(shè)計(jì)研究工作始終無(wú)法取得重大突破的主要原因 所以良好的配合 比設(shè)計(jì)應(yīng)是以力學(xué)參數(shù)為設(shè)計(jì)的 且參數(shù)不僅可以用于瀝青混合料配比設(shè)計(jì) 同時(shí)該 參數(shù)也可以作為路面設(shè)計(jì)參數(shù) 并可用于瀝青混合料的性能預(yù)測(cè)模型 目前在瀝青混合料設(shè)計(jì)中 附加有一些性能檢驗(yàn)方法 但這些方法如車(chē)轍試驗(yàn) 低溫破壞試驗(yàn)等都需另行成型試件 且不能作為力學(xué)參數(shù)來(lái)用 不能直接用于混合料 配比設(shè)計(jì) 且各參數(shù)不能用于性能預(yù)測(cè)和瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本項(xiàng)目在試驗(yàn)研究和分 析瀝青混合料各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上 研究瀝青混合料力學(xué)性能試驗(yàn)方法和參數(shù) 以完善 現(xiàn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法 瀝青混合料作為一種典型的粘彈性材料 力學(xué)性質(zhì)隨溫度的變化而變化 瀝青路 面在不同的溫度區(qū)間 會(huì)出現(xiàn)不同類(lèi)型的路面病害 瀝青路面病害表現(xiàn)出的復(fù)雜性和 多樣性使瀝青混合料設(shè)計(jì)工作既重要又有難度 2 長(zhǎng)安大學(xué)碩上論文 1 2 國(guó)內(nèi)外研究狀況 近年來(lái) 采用流變力學(xué)指標(biāo)研究瀝青混合料使用性能得到世界各國(guó)的重視 并將 其用于瀝青混合料設(shè)計(jì)方法中 以美國(guó)s h r p 的研究成果s u p e r p a v e 最為引人矚目 該法提出了基于性能的瀝青結(jié)合料性能分級(jí)體系和瀝青混合料三水平設(shè)計(jì)方法 瀝青 結(jié)合料性能分級(jí)體系通過(guò)對(duì)瀝青的高溫 低溫性能和疲勞耐久性指標(biāo)的評(píng)價(jià) 建立與 實(shí)際工程的交通與氣候因素的關(guān)系 對(duì)瀝青的使用性能和適用性給出了科學(xué)的評(píng)價(jià) 三水平設(shè)計(jì)體系中提出采用流變力學(xué)指標(biāo)用于瀝青混合料的設(shè)計(jì) 使瀝青混合料設(shè)計(jì) 更趨科學(xué) 世界各國(guó)的對(duì)瀝青混合料流變學(xué)的研究并用于混合料設(shè)計(jì)表明了瀝青混合 料設(shè)計(jì)方法的發(fā)展趨勢(shì) 但在s u p e r p a v e 設(shè)計(jì)體系中 二 三水平設(shè)計(jì)雖提出了一些反映路用性能的瀝青 混合料性能檢驗(yàn)方法 但還遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用的程度 儀器復(fù)雜昂貴 且各界對(duì)其有效性 還有爭(zhēng)議 s h r p 一水平設(shè)計(jì)方法也屬體積設(shè)計(jì)法 仍避免不了體積方法的缺陷 配 比設(shè)計(jì)指標(biāo)中沒(méi)有力學(xué)指標(biāo) 也無(wú)法用于預(yù)測(cè)瀝青混合料的性能 也無(wú)法進(jìn)行瀝青路 面結(jié)構(gòu)與材料的綜合設(shè)計(jì) 目前 美國(guó)s h r p 在第二期研究計(jì)劃一n c h r p 研究計(jì)劃 中也致力于瀝青混合料簡(jiǎn)單性能試驗(yàn)方法的研究 目前工作還在進(jìn)行當(dāng)中 美國(guó)西部環(huán)道試驗(yàn)結(jié)果和類(lèi)似的加速加載試驗(yàn)以及其他一些試驗(yàn)路和實(shí)體工程 的結(jié)果使道路建設(shè)者產(chǎn)生這樣的疑問(wèn) 僅以s u p e r p a v e 的體積設(shè)計(jì)方法和標(biāo)準(zhǔn)能否成 為在某種交通荷載和氣候條件下的瀝青混合料接受與否的條件 另外基層的施工企業(yè) 也需要一個(gè)能在s u p e r p a v e 體積設(shè)計(jì)階段進(jìn)行簡(jiǎn)單性能試驗(yàn)方法s p t s i m p l e p e r f o r m a n c et e s t 美國(guó)n c h r p s u p e r p a v e9 19 有兩個(gè)基本目的 一是提供一個(gè)能結(jié) 合s u p e r p a v e 體積設(shè)計(jì)法使用的簡(jiǎn)單性能試驗(yàn)方法s p t 二是開(kāi)發(fā)基于簡(jiǎn)單性能試驗(yàn) 方法的瀝青混合料性能預(yù)測(cè)模型 對(duì)s p t 的要求是能測(cè)試瀝青混合料基本力學(xué)性質(zhì) 并且可用在先進(jìn)的瀝青混合料病害預(yù)測(cè)模型中 如永久病害模型 疲勞開(kāi)裂模型和溫 度開(kāi)裂模型 目前這項(xiàng)工作也正在進(jìn)行當(dāng)中 h a f i a n g 2 8 2 0 0 1 結(jié)合西部環(huán)道試驗(yàn) 通過(guò)對(duì)幾種被認(rèn)為有可能作為疲勞評(píng)價(jià) 的試驗(yàn)方法包括劈裂試驗(yàn)回彈模量試驗(yàn) 劈裂試驗(yàn)以及蠕變?cè)囼?yàn)等的比較 采用劈裂 蠕變?cè)囼?yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)可以作為理想的結(jié)合s u p e r p a v e 使用的簡(jiǎn)單性能試驗(yàn)方法 認(rèn)為 劈裂蠕變?cè)囼?yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)的斷裂能與疲勞性能有很好的相關(guān)性 最大的優(yōu)勢(shì)就是可以 采用s g c 試件 試驗(yàn)簡(jiǎn)單省時(shí) 3 第一章緒論 美國(guó)工程兵團(tuán)提出的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法一g t m 法是將力學(xué)指標(biāo)用于混合料設(shè) 計(jì)中最早的設(shè)計(jì)方法 通過(guò)混合料被旋轉(zhuǎn)壓實(shí)到平衡狀態(tài)時(shí)的各項(xiàng)參數(shù) 比如應(yīng)變比 g s i 抗剪強(qiáng)度安全系數(shù)g s f 試件壓實(shí)到平衡狀態(tài)時(shí)的密度等 來(lái)確定路面混合料 的設(shè)計(jì)密度和最佳瀝青用量 g t m 法采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件模擬車(chē)輪對(duì)路面的實(shí)際 作用狀態(tài) 并基于對(duì)瀝青混合料力學(xué)參數(shù)的分析設(shè)計(jì)瀝青用量 具有科學(xué)性 但其設(shè) 計(jì)方法僅考慮了高溫性能要求 確定的瀝青用量偏小 目前推廣較少 目前g t m 引 進(jìn)我國(guó)的時(shí)間不長(zhǎng) 缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料的積累 并且設(shè)備較為昂貴 操作技術(shù)要求 較高 不適合作為旌工控制的手段 s h e l l 設(shè)計(jì)方法是由英 荷殼牌石油公司研究所研究 發(fā)展和完善起來(lái)的基于 力學(xué)分析的設(shè)計(jì)方法 是通過(guò)理論分析并結(jié)合a a s h t o 試驗(yàn)路 室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)而提 出的方法 該方法1 9 6 3 年發(fā)表了設(shè)計(jì)計(jì)算圖解法 1 9 7 8 年提出了較為完善的殼牌路 面設(shè)計(jì)手冊(cè) s p d m 該法充分考慮了溫度及交通量對(duì)路面的影響 并將瀝青混合 料的路用性能用勁度及疲勞特性來(lái)表征 s h e l l 法設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單 容易操作 對(duì)于 不同的設(shè)計(jì)指標(biāo) 采用了不同的標(biāo)準(zhǔn)荷載換算方法 在考慮溫度影響時(shí) 提出了加權(quán) 年平均溫度概念 考慮了一年不同時(shí)期的溫度對(duì)材料特性的影響程度 但該法對(duì)路面 模型作了許多假定 和實(shí)際情況有一定的差異 并且設(shè)計(jì)方法的完善 需依賴(lài)于力學(xué) 理論的發(fā)展 與s h e l l 設(shè)計(jì)方法類(lèi)似 a i 設(shè)計(jì)法也把路面看成多層彈性體系 各層材料以彈 性模量和泊松比表征 瀝青混合料以動(dòng)態(tài)模量表征 粒料以回彈模量表征 瀝青混 合料的動(dòng)態(tài)模量及粒料的回彈模量依據(jù)回歸方程式確定 土基回彈模量m r 可由室內(nèi) 重復(fù)三軸抗壓試驗(yàn)確定 或根據(jù)m r 與c b r 或r 的關(guān)系式估計(jì)而得 交通荷載以 兩個(gè)雙輪組表示 與路面的接觸面假定為圓形 接觸壓力 半徑和間距一定 設(shè)計(jì)時(shí) 的臨界應(yīng)變位置位于雙輪荷載的對(duì)稱(chēng)軸上 環(huán)境的影響通過(guò)面層溫度對(duì)混合料勁度值 的影響得以體現(xiàn) 以瀝青面層1 3 深處的溫度作為瀝青層的設(shè)計(jì)溫度 由月平均氣溫 和約平均路面溫度的關(guān)系式計(jì)算得到 這種設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)參數(shù)并不能反映瀝青混合 料的高溫性能 無(wú)法保證瀝青路面在高溫下的路用性能 瀝青路面設(shè)計(jì)中不考慮剪切控制是瀝青路面設(shè)計(jì)方法的重要缺陷之一 從瀝青混 合料的角度控制強(qiáng)度 尤其是剪切特性 已經(jīng)越來(lái)越被人們重視 在2 0 世紀(jì)五六十 年代 美國(guó)道路研究者對(duì)瀝青混合料的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了大量的研究 其中最有代表性 4 長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文 的為n o r m a n w m c l e o d n o r m a n w m c l e o d 詳細(xì)闡述了馬歇爾試驗(yàn)方法和設(shè)計(jì)方法中的 不足 指出了馬歇爾方法中的穩(wěn)定度從嚴(yán)格意義上講只是一種經(jīng)驗(yàn)的方法 不足以描 述路面的實(shí)際受力狀態(tài)如剪切強(qiáng)度和其他的基本物理性能 也不能道路的實(shí)際使用性 能 在當(dāng)時(shí)的情況下 n o r m a n w m c l e o d 就已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 按照傳統(tǒng)的馬歇爾設(shè)計(jì)方法得 到的混合料 其穩(wěn)定度值均滿足要求 但道路很快發(fā)生了破壞 n o r m a n w m c l e o d 為 了尋找一種能反映混合料力學(xué)性能的試驗(yàn)方法從三個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究 靜載 作用條件下的路面抗剪切穩(wěn)定度 考慮輪胎內(nèi)力分布時(shí)的路面抗剪穩(wěn)定度 考慮 剎車(chē)以及車(chē)輛加速時(shí)的有水平剪應(yīng)力條件下的路面抗剪穩(wěn)定度 在后來(lái)的研究中 n o r m a n w m c l e o d 還給出了基于直線包絡(luò)線時(shí)的路面抗剪的設(shè)計(jì)方法 使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更 加符合道路的實(shí)際受力狀態(tài) 除n o r m a n w m c l e o d 外 在當(dāng)時(shí)比較重要的人物還有v a e n d e r s b y 它首先提出 了如何制備在三軸試驗(yàn)條件下的瀝青混凝土試件 提出了具體的試驗(yàn)方法 l w n i j b o e r 利用由三軸測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行混合料設(shè)計(jì) 為使設(shè)計(jì)更加完善 l w n i j b o e r 還利用p r a n d t l 公式對(duì)塑性條件下的混合料進(jìn)行了評(píng)估 v r s m i t h 利 用彈性理論的方法系統(tǒng)全面地闡述了道路的剪切受力狀態(tài) 并給出了三軸試驗(yàn)方法所 采用的類(lèi)型 加載速率和溫度對(duì)試件的抗剪能力的影響 從試樣制備到數(shù)據(jù)的整理都 給出了完備的理論分析和詳細(xì)的步驟 v r s m i t h 把試驗(yàn)結(jié)果與其它的方法進(jìn)行了比 較和分析 提出了瀝青混合料的破壞標(biāo)準(zhǔn) 最后提出了混合料應(yīng)該滿足的物理性能 并給出了在不同荷載條件下混合料應(yīng)達(dá)到的抗剪要求 畫(huà)出了諾模圖 w s h o u s e l 利用三軸試驗(yàn)方法對(duì)瀝青混合料進(jìn)行了力學(xué)方面的解釋 指出了 粒料的真實(shí)受力特性其實(shí)是一種拱聯(lián)效應(yīng) 力的傳遞就是通過(guò)拱聯(lián)效應(yīng)傳遞的 給出 了相應(yīng)的計(jì)算公式 r g h e n n e sa n d c c w a n g 則利用三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)混合 料進(jìn)行了力學(xué)方面的解釋 除此之外 比較有名的還有h v e e n t e r z a g h i t a y l o r r u t l e d g e 以及h o l t z 等 他們都分別從混合料抗剪的特性出發(fā) 對(duì)瀝青混合料和路面 設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了卓有成效的研究 我國(guó)同濟(jì)大學(xué)在2 0 世紀(jì)9 0 年代后期研究中也提出 在瀝青混合料設(shè)計(jì)中增加剪切指標(biāo) 研究采用單軸貫入試驗(yàn) 通過(guò)該試驗(yàn)測(cè)出瀝青混 合料的抗剪強(qiáng)度 由于該試驗(yàn)是一個(gè)新的試驗(yàn)方法 試驗(yàn)條件及設(shè)備等諸多因素尚未 確定 沒(méi)有形成一個(gè)成熟的試驗(yàn)方法 增加這一力學(xué)指標(biāo)后 將使混合料的設(shè)計(jì)過(guò)程 更為復(fù)雜 對(duì)于變異性很大的混合料而言 要得出最優(yōu)的組成設(shè)計(jì)是十分困難的 所 第一章緒論 以 根據(jù)力學(xué)分析的結(jié)果 引入若干簡(jiǎn)單的強(qiáng)度參數(shù)作為設(shè)計(jì)指標(biāo)可能是一個(gè)簡(jiǎn)單有 效的途徑 按照強(qiáng)度 抗剪強(qiáng)度 剪切疲勞強(qiáng)度和彎拉疲勞強(qiáng)度 而不僅按照物理 指標(biāo)和簡(jiǎn)單變形指標(biāo)進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)應(yīng)該是今后的一種趨勢(shì) 瀝青混合料必須具有良好的高溫抗車(chē)轍性能 世界各國(guó)有關(guān)瀝青混合料的技術(shù)要 求中均有對(duì)高溫穩(wěn)定性的要求 車(chē)轍試驗(yàn)?zāi)茌^好地反映瀝青混合料高溫性能 但由于 其是一種工程試驗(yàn)參數(shù) 試驗(yàn)結(jié)果是工程指標(biāo)而不是力學(xué)參數(shù) 還不能用于理論分析 和計(jì)算 k a m i l 2 0 0 1 3 0 研究中選擇了三軸剪切強(qiáng)度試驗(yàn) 靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)和反復(fù) 加載永久變形試驗(yàn)三種試驗(yàn)方法和1 6 個(gè)試驗(yàn)參數(shù) 并結(jié)合m i n n e s o t a 試驗(yàn)路 聯(lián)邦 公路局加速加載設(shè)備以及聯(lián)邦公路局的西部環(huán)道試驗(yàn)路的試驗(yàn)數(shù)據(jù) 通過(guò)試驗(yàn)和分 析 認(rèn)為總體上反復(fù)加載試驗(yàn)可以作為瀝青混合料設(shè)計(jì)中高溫性能的簡(jiǎn)單性能試驗(yàn)方 法 作為設(shè)計(jì)階段力學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù) 應(yīng)具備以下2 條件 1 試驗(yàn)參數(shù)必須是力學(xué)參數(shù) 不僅可以作為瀝青混合料設(shè)計(jì)的粘彈性參數(shù)和性能預(yù)測(cè)參數(shù) 同時(shí)要求也可以作為瀝 青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù) 2 應(yīng)簡(jiǎn)單 實(shí)用 易推廣 包括試件制作容易 使用的材 料少 試驗(yàn)費(fèi)用低設(shè)備簡(jiǎn)單 最好能使用現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣的試件 但實(shí)際情況是這兩個(gè) 方面是相互矛盾的 最終途徑是求折衷 目前有關(guān)力學(xué)指標(biāo)的試驗(yàn)方法主要采用有圓柱形試件和梁式試件 而梁式試件制 作困難 受不穩(wěn)定因素影響大 測(cè)試方法復(fù)雜 結(jié)果分散 大面積推廣有一定困難 相比之下 圓柱體試件制作方便 試驗(yàn)簡(jiǎn)單 易于操作 考慮到目前混合料配合比設(shè) 計(jì) 以及現(xiàn)場(chǎng)控制的方便 本課題以圓柱形試件為主要研究對(duì)象 本課題擬通過(guò)研究 提出能反映瀝青混合料高溫性能的試驗(yàn)方法和在瀝青混合 料體積設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的力學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù) 以完善瀝青混合料設(shè)計(jì)方法 1 3 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 以瀝青混合料粘彈性為主線 力學(xué)分析和試驗(yàn)相結(jié)合 研究瀝青混合料不同力 學(xué)模式的試驗(yàn)方法和力學(xué)參數(shù) 綜合考慮材料配比設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制 和檢測(cè)的要求 以目前馬歇爾試件為重點(diǎn) 提出結(jié)合馬歇爾體積設(shè)計(jì)法使用的力學(xué)設(shè) 計(jì)參數(shù) 完善瀝青混合料設(shè)計(jì)方法 1 瀝青混合料流變特性研究和瀝青路面病害機(jī)理研究 分析瀝青路面在高溫狀態(tài)下的破壞機(jī)理 研究瀝青混合料在不同荷載 溫度等因 6 長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文 素條件的流變特性 2 高溫設(shè)計(jì)指標(biāo)研究 馬歇爾穩(wěn)定度和流值與瀝青混合料的高溫性能缺乏相關(guān)性 本課題結(jié)合高溫車(chē)轍 產(chǎn)生機(jī)理 建立高溫破壞模型 通過(guò)對(duì)s g c 成型試件和馬歇爾試件在不同試驗(yàn)條件下 的間接拉伸試驗(yàn)和車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果的比較和分析 通過(guò)試驗(yàn)研究提出高溫性能試驗(yàn)方 法 測(cè)試條件和試驗(yàn)參數(shù) 并初步提出瀝青混合料高溫性能指標(biāo)技術(shù)要求 3 瀝青混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)和路用性能試驗(yàn) 結(jié)合高溫設(shè)計(jì)指標(biāo)的研究?jī)?nèi)容 對(duì)不同級(jí)配 不同試驗(yàn)條件和不同模型力學(xué)試驗(yàn) 對(duì)瀝青混合料的高溫性能進(jìn)行試驗(yàn)研究和相關(guān)分析 為設(shè)計(jì)指標(biāo)研究和技術(shù)要求的提 出提供數(shù)據(jù)支持 4 馬歇爾設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)與完善 通過(guò)以上研究和分析 對(duì)各力學(xué)參數(shù)一設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析 對(duì)馬歇爾設(shè)計(jì)流 程進(jìn)行改進(jìn)與完善 給出基于路用性能的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法 7 第二章試驗(yàn)方案與原材料技術(shù)性能 第二章試驗(yàn)方案與原材料技術(shù)性能 2 1試驗(yàn)方案 瀝青混合料的高溫性能評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)很多 本研究過(guò)程中采用三種瀝青 四種礦料級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)研究 并研究成型方式 試驗(yàn)條件對(duì)其的影響 具體主要 從以下幾個(gè)方面來(lái)研究瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)方法 首先 針對(duì)瀝青路面不同破壞形式分析瀝青混合料高溫破壞機(jī)理 并對(duì)現(xiàn)行 的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行對(duì)比分析 提出本研究的試驗(yàn)方 法 其次 結(jié)合高溫車(chē)轍產(chǎn)生機(jī)理 建立高溫破壞模型 通過(guò)對(duì)s g c 成型試件 和馬歇爾試件在不同試驗(yàn)條件下的間接拉伸試驗(yàn)和車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果的比較和分析 通過(guò)試驗(yàn)研究提出高溫性能試驗(yàn)方法 測(cè)試條件和試驗(yàn)參數(shù) 最后 結(jié)合高溫設(shè)計(jì)指標(biāo)的研究?jī)?nèi)容 對(duì)不同級(jí)配 不同試驗(yàn)條件和不同模 型力學(xué)試驗(yàn) 對(duì)瀝青混合料的高溫性能進(jìn)行試驗(yàn)研究和相關(guān)分析 為設(shè)計(jì)指標(biāo)研 究和技術(shù)要求的提出提供數(shù)據(jù)支持 初步提出合理的評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫性能的 試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo) 在本文研究中主要進(jìn)行以下試驗(yàn) 一 原材料性質(zhì)測(cè)試 1 集料的物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試 包括 視密度 毛體積密度 磨光值 磨耗值 沖擊 壓碎值 針片狀含量 等 2 瀝青結(jié)合料常規(guī)指標(biāo)測(cè)試 包括 針入度 1 5 延度 5 c 延度 軟化點(diǎn) 閃點(diǎn) 含蠟量 密度 溶解 度 彈性恢復(fù)等 3 瀝青結(jié)合料非常規(guī)指標(biāo)測(cè)試 包括 布氏旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn) r v 二 瀝青混合料試驗(yàn) 1 馬歇爾試驗(yàn) 8 長(zhǎng)安大學(xué)碩上論文 2 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn) 3 間接拉伸試驗(yàn) 4 車(chē)轍試驗(yàn) 2 2 原材料技術(shù)性能 2 2 1 瀝青結(jié)合料 本研究針對(duì)課題所在地區(qū)常用的瀝青種類(lèi)和標(biāo)號(hào) 主要選擇了以下幾種瀝 青 其常規(guī)指標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 2 1 表2 2 1 瀝青基本指標(biāo)匯總 試驗(yàn)項(xiàng)目單位克拉瑪依盤(pán)錦 s k s b s 密度 1 5 g c m 3 0 9 8 01 0 0 61 0 3 l 針入度 2 5 5 s 1 0 0 9 1 1 0 m m6 97 37 4 軟化點(diǎn) 環(huán)球法 5 0 64 7 61 0 0 5 延度 1 5 改性瀝青5 c c m1 5 41 0 06 2 5 c m m i n 閃點(diǎn) 2 8 32 7 l2 5 6 針入度指數(shù)p i 值 0 4 9 5 0 8 6 7 0 3 7 0 薄膜加 質(zhì)蕈損失 o 2 4 0 3 5旬 3 0 熱試驗(yàn) 針入度比 8 37 07 6 1 6 3 延度 1 5 改性瀝 5 h c m4 4 34 34 1 青5 5 c m m i n 根據(jù)試驗(yàn)所得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 由表2 2 1 得出 克拉瑪依瀝青標(biāo)號(hào)是7 0 盤(pán)錦瀝青標(biāo)號(hào)是9 0 這兩種基質(zhì)瀝青均能滿足2 0 0 5 版 公路瀝青路面施 工技術(shù)規(guī)范 j t gf 4 0 2 0 0 4 中相應(yīng)重交通瀝青的技術(shù)指標(biāo)要求 s b s 改性 瀝青各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范 j t gf 4 0 2 0 0 4 中改 性瀝青i a 瀝青規(guī)定要求 2 2 2 粗 細(xì)集料和礦粉 研究用的集料取自陜西西寶高速施工段現(xiàn)場(chǎng) 粗 細(xì)集料為灰閃巖 礦粉為 9 第二章試驗(yàn)方案與原材料技術(shù)性能 磨細(xì)石灰石 粗 細(xì)集料及礦粉密度試驗(yàn)結(jié)果如表2 2 1 2 表2 2 4 表2 2 2 細(xì)集料及礦粉密度試驗(yàn)結(jié)果 粒徑 m m 礦粉 0 0 7 5 0 1 50 1 5 o 30 3 0 6o 6 1 1 81 1 8 2 3 62 3 6 4 7 5 視密度 g c m 3 2 7 0 42 6 5 72 7 3 22 7 2 92 7 3 32 7 4 1 2 7 4 4 表2 2 3 粗集料毛體積密度 視密度試驗(yàn)結(jié)果 粒徑 m m 4 7 5 9 59 5 1 3 21 3 2 1 6 o1 6 o 1 9 ol9 o 2 6 5 毛體積密度 2 6 9 32 7 0 42 7 1 32 6 9 32 7 5 8 g e r a 3 視密度 g c m 3 2 7 7 02 7 6 42 7 6 92 7 6 92 8 0 3 表2 2 4 礦粉密度試驗(yàn)結(jié)果 指標(biāo)巖石類(lèi)型親水系數(shù)含水量 密度 g c m 3 礦粉石灰?guī)r 0 50 32 7 0 6 2 3 試驗(yàn)方法 2 3 1 瀝青結(jié)合料試驗(yàn) 1 瀝青的技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn) 瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)包括瀝青的密度 針入度 軟化點(diǎn) 延度等 試驗(yàn)主要 參考 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程 2 0 0 0 1 0 0 1 實(shí)施 j t g 0 5 2 2 0 0 0 進(jìn)行 按照規(guī)范要求測(cè)試相應(yīng)技術(shù)參數(shù) 試驗(yàn)結(jié)果如表2 2 1 所示 2 瀝青布氏旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn) 本文采用美國(guó)b r o o k f i e l dd v i i 型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)試了三種瀝青 克拉 瑪依 盤(pán)錦 s k s b s 的粘度 作為后期瀝青混合料試驗(yàn)時(shí)拌和壓實(shí)溫度確定 的依據(jù) 試驗(yàn)具體的試驗(yàn)操作參考 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程 2 0 0 0 1 0 0 1 實(shí)施 t0 6 2 5 2 0 0 0 瀝青布氏旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn) 布洛克菲爾德粘度計(jì) 法 具體的各個(gè)瀝青的粘度數(shù)據(jù)和粘溫曲線如表2 3 1 表2 3 3 和圖2 3 1 圖2 3 3 所示 l o 長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文 表2 3 1 克拉瑪依瀝青拌和 壓實(shí)溫度確定 旋轉(zhuǎn)粘度 轉(zhuǎn)子型號(hào)轉(zhuǎn)速 s 2 l2 05 05 0 溫度1 3 51 5 01 6 0 平衡時(shí)間 3 0 m i n3 0 r a i n3 0 r a i n 粘度 c p 粘度 c p 粘度 c p l6 1 7 53 3 1 02 1 4 0 26 2 0 03 3 1 02 1 3 o 3 6 1 7 53 3 0 02 1 3 o 平均值 6 1 8 33 3 0 72 1 3 3 拌和溫度范圍 1 6 l1 6 41 6 3 中值 壓實(shí)溫度范圍 1 5 41 5 81 5 6 日 凸 蜊 集 l 0 1 一 一 一 1 0 01 2 01 4 01 6 01 8 0 溫度 圖2 3 1 克拉瑪依瀝青拌和壓實(shí)曲線 實(shí)測(cè)點(diǎn) 一壓實(shí)上限 一壓舅f 限 一拌和 1 限 i 拌種r f 限 第二章試驗(yàn)方案與原材料技術(shù)性能 表2 3 2 盤(pán)錦瀝青拌和 壓實(shí)溫度確定 旋轉(zhuǎn)粘度 一 轉(zhuǎn)子型號(hào)轉(zhuǎn)速 2 12 05 0 5 0 溫度1 1 01 3 51 5 0 平衡時(shí)間 3 0 m i n3 0 m i n3 0 m i n 粘度 c p 粘度 c p 粘度 c p l1 1 7 0 o3 1 5 51 4 5 0 21 1 7 0 03 1 5 51 4 5 0 31 1 6 9 03 1 5 51 4 5 0 平均值 1 1 6 9 03 1 5 51 4 5 0 拌和溫度范1 葦1 1 4 51 5 01 4 8 中值 壓實(shí)溫度范圍 1 4 31 4 51 4 4 l o 1 l o o1 1 01 2 01 3 01 4 01 5 01 6 01 7 0 溫度 圖2 3 2 盤(pán)錦瀝青拌和壓實(shí)曲線 1 2 實(shí)測(cè)點(diǎn) 壓實(shí)上限 卜壓實(shí)下限 卜拌和上限 i 卜拌和下限 s 盤(pán)v 毯粲 長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文 表2 3 3s k s b s 瀝青拌和 壓實(shí)溫度確定 旋轉(zhuǎn)粘度 轉(zhuǎn)子型號(hào)轉(zhuǎn)速 2 152 02 0 溫度 1 3 51 4 51 5 5 平衡時(shí)間 3 0 m i n 3 0 r a i n3 0 m i n 粘度 c p 粘度 c p 粘度 c p l2 5 3 6 01 8 6 1 01 1 3 8 0 22 5 3 6 01 8 6 1 01 1 3 8 0 32 5 3 6 01 8 6 1 01 1 3 8 o 平均值2 5 3 6 0 1 8 6 1 01 1 3 8 0 拌和溫度范圍 1 6 51 7 01 5 2 中值 壓實(shí)溫度范圍 1 3 81 4 31 4 l l o 們 日 山 l 蜊 槊 o 1 入 l o o1 1 01 2 01 3 01 4 01 5 01 6 01 7 01 8 0 溫度 圖2 3 3s k s b s 改性瀝青拌和壓實(shí)曲線 1 3 實(shí)測(cè)點(diǎn) 壓實(shí)上限 十壓實(shí)下限 卜拌和上限 卜拌和下限 第二章試驗(yàn)方案與原材料技術(shù)性能 2 3 2 粗 細(xì)集料試驗(yàn) 粗 細(xì)集料的基本技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)主要參考 公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程 j t j 0 5 8 2 0 0 0 進(jìn)行 按照規(guī)范要求測(cè)試相應(yīng)技術(shù)參數(shù) 2 3 3 瀝青混合料試驗(yàn) 1 馬歇爾試驗(yàn) 瀝青混合料低溫性能研究中的重要環(huán)節(jié)之一就是試件的制備 國(guó)內(nèi)外在研究 瀝青混合料低溫性能時(shí)根據(jù)試驗(yàn)方法不同 選用的試件制備方式各不相同 本研 究考慮到圓柱體試件易于成型的 無(wú)需二次成型的特點(diǎn) 再有根據(jù)我國(guó)目前的現(xiàn) 狀 馬歇爾成型方式還是各單位的常用方式 故本研究仍采用馬歇爾法成型試件 本文在進(jìn)行最佳瀝青用量確定時(shí) 仍采用馬歇爾法 機(jī)械雙面擊實(shí)7 5 次 測(cè)試儀器為江蘇無(wú)錫華南實(shí)驗(yàn)儀器有限公司制造的m d j i i 型馬歇爾電動(dòng)擊實(shí) 儀 重錘落差為4 5 7 m m 擊實(shí)速度為6 0 次 m i n 本課題的主要目的在于研究瀝 青混合料的高溫抗車(chē)轍性能 所選擇的級(jí)配均為工程實(shí)際運(yùn)用中的成熟級(jí)配 選 擇a c 1 3 a c 1 6 和a c 一2 0 的目的在于對(duì)比不同級(jí)配下混合料高溫性能的不同 試驗(yàn)所用的礦質(zhì)集料的組成如表2 3 4 表2 3 5 和表2 3 6 所示 表2 3 4a c 1 3 級(jí)配 震篩孔尺寸 c 1 3 級(jí)配范圍級(jí)配中值設(shè)計(jì)級(jí)配篩余 篩孔尺寸 1 61 0 01 0 01 0 0 1 3 29 0 1 0 0 9 5 9 46 9 56 8 8 57 6 57 51 9 4 7 53 8 6 85 34 62 9 2 3 62 4 5 03 73 31 3 1 1 81 5 3 8 2 6 52 58 0 61 0 2 8 1 9 1 7 57 5 0 37 2 01 3 51 3 54 0 1 55 1 5 l o8 55 0 0 7 5 4 866 2 5 礦粉6 1 4 長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文 表2 3 5a c 1 6 級(jí)配 淤 級(jí)配范圍 級(jí)配中值設(shè)計(jì)級(jí)配篩余 篩孔尺寸 1 9 l o o1 0 0 1 0 0 1 69 0 1 0 09 5 9 6 53 5 1 3 27 6 9 28 4 8 11 5 5 9 56 0 8 07 0 6 81 3 4 7 53 4 6 24 8 4 82 0 2 3 6 2 0 4 8 3 4 3 01 8 1 1 81 3 3 62 4 5 2 28 0 69 2 61 7 5 1 66 o 37 1 8 1 2 5 1 3 3 o 1 55 1 49 5 9 53 5 0 0 7 54 86 63 5 礦粉6 表2 3 6a c 2 0 級(jí)配 孽 篩孔尺寸 a c 2 0 級(jí)配范圍 級(jí)配中值設(shè)計(jì)級(jí)配篩余 篩孔尺寸 2 6 5 1 0 0 1 0 0 l o o 1 99 0 1 0 09 59 64 1 67 8 9 2 8 58 9 66 4 1 3 26 2 8 07 17 81 1 6 9 5 5 0 7 26 l6 3 41 4 6 4 7 52 6 5 64 1 4 3 5 1 9 9 2 3 6 1 6 4 43 03 0 31 3 2 1 1 81 2 3 3 2 2 52 3 96 4 o 68 2 41 61 7 46 5 o 35 一1 71 1 1 2 35 1 o 1 54 1 38 593 3 0 0 7 5 3 755 23 8 礦粉 5 2 2 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn) 目前s u p e r p a v e 的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法已為廣大單位所認(rèn)知與采用 美國(guó) 加 拿大等歐美國(guó)家在試驗(yàn)與施工中大都采用了旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件 但由于我國(guó)的 1 5 第 章試驗(yàn)方案與原材料技術(shù)性能 具體情況 目前大部分還是在運(yùn)用馬歇爾擊實(shí)成型方式 為了更深入的研究不同 成型方式對(duì)瀝青混合料高溫性能力學(xué)指標(biāo)研究的影響 本文采用了用t r o x l c r 4 1 4 0 型旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀如圖2 3 4 成型試件 與馬歇爾試件傲對(duì)比研究 囝2 3 5 間接拉仲試件的制作過(guò)程 長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文 3 間接拉伸試驗(yàn) d t 試驗(yàn) 間接拉伸試驗(yàn)即通常所說(shuō)的劈裂試驗(yàn) 它是通過(guò)加載條加靜載于圓柱形試件 的軸向 試件按一定的變形速率加載 施加的壓縮荷載 垂直 水平變形通過(guò) l v d t 得到 從而可獲得瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度和變形數(shù)據(jù) 間接拉伸試驗(yàn)的評(píng) 價(jià)指標(biāo)主要有 劈裂強(qiáng)度 破壞變形及勁度模量 加載模式及破壞模式見(jiàn)圖2 3 6 圖2 3 6i n d i r e c tt e n s i l es t r e n g t ht e s ta l o a d i n gm o d e b f a i l u r ep l a n e 試驗(yàn)方法 制作圓柱體試件 使恒溫水槽達(dá)到預(yù)定的試驗(yàn)溫度 0 5 將 試件浸入恒溫水槽中 不少于l h 將試驗(yàn)機(jī)環(huán)境保溫箱達(dá)到要求的試驗(yàn)溫度 從恒溫水槽中取出試件 迅速置于試驗(yàn)臺(tái)的夾具中安放穩(wěn)定 其上下均安放有圓 弧形壓條 與側(cè)面的十字畫(huà)線對(duì)準(zhǔn) 上下壓條應(yīng)居中 平行 迅速安裝試件變形 測(cè)定裝置 水平變形測(cè)定裝置應(yīng)對(duì)準(zhǔn)水平軸線并位于中央位置 垂直變形的支座 與下支座固定 上端支于上支座上 開(kāi)動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或記錄儀 同時(shí)啟動(dòng)試驗(yàn) 機(jī) 以規(guī)定的加載速率向試件加載劈裂至破壞 記錄儀記錄荷載及水平變形和垂 直位移 本試驗(yàn)在美國(guó)進(jìn)口的m t s 公司生產(chǎn)的m t s s l 0 伺服液壓閉環(huán)回路材料 試驗(yàn)機(jī)和馬歇爾穩(wěn)定儀上進(jìn)行試驗(yàn) 見(jiàn)圖2 3 7 在進(jìn)行間接拉伸試驗(yàn)過(guò)程中 為了測(cè)得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù) 在放置圓柱形試件 時(shí) 盡量保證試件放在上下加載條的中間 壓頭加載方向與試件圓面的軸線方向 相重合 在m t s 材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)時(shí) 試驗(yàn)測(cè)定試件破壞時(shí)的豎向變形 1 7 第 章試驗(yàn)方案與原材科技木性能 除本身壓頭上白帶的測(cè)定儀器外 在壓條的兩側(cè)又安裝了兩個(gè)位移傳感器 l v d t 以往的試驗(yàn)均是采用中間壓頭測(cè)定的變形量計(jì)算應(yīng)變值 而經(jīng)過(guò)研究發(fā) 現(xiàn)壓頭測(cè)定的變形量比實(shí)際的要大 這樣導(dǎo)致后面的應(yīng)變值計(jì)算不準(zhǔn)確 本研究 就采用雙側(cè)位移傳感器l v d t 測(cè)定試件的豎向變形 以兩個(gè)數(shù)值的平均值作為 最終的豎向變形量 這樣測(cè)得的數(shù)據(jù)更加可靠和準(zhǔn)確 放置兩個(gè)位移傳感器時(shí)要 盡量保持兩者的平行 將試驗(yàn)操作引起的誤差減少到最小 整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程放置試 件的動(dòng)作要迅速 否則試件的溫度改變了 對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)有很大影響 圖2 3 7 試件加載模式及破壞形式實(shí)物圖 4 車(chē)轍試驗(yàn) 車(chē)轍試驗(yàn)方法最初是由英國(guó)道路研究所 t r r l 開(kāi)發(fā)的 由于試驗(yàn)方法本 身比較簡(jiǎn)單 試驗(yàn)結(jié)果直觀且與實(shí)際瀝青路面的車(chē)轍相關(guān)性甚好 因此得到了廣 泛的應(yīng)用 我國(guó)于 七五 八五 期間 在f j 本樣機(jī)的基礎(chǔ)上研究開(kāi)發(fā)了現(xiàn)行 的車(chē)轍試驗(yàn)儀 并開(kāi)展了相關(guān)研究 車(chē)轍試驗(yàn)是一種模擬實(shí)際車(chē)輪荷載在路面上 行走而形成車(chē)轍的工程試驗(yàn)方法 目前被認(rèn)為是最能反映瀝青路面實(shí)際抗轍槽能 力的方法 常規(guī)車(chē)轍試驗(yàn)通過(guò)試驗(yàn)所得到的變形一時(shí)間曲線 可得到阻下三個(gè)指 標(biāo) 任一時(shí)刻的總變形 即車(chē)轍深度 動(dòng)穩(wěn)定度 通常求取4 5 r a i n 6 0 r a i n 的變形 計(jì)算產(chǎn)生l r r m l 變形試驗(yàn)輪往返的次數(shù) 作為動(dòng)穩(wěn)定度 相對(duì)變形 最大變形與試件厚度的比值 本文車(chē)轍試驗(yàn)試驗(yàn)時(shí)采用3 0 0 n m l x 3 0 0 m m x s 0 m m 的車(chē)轍試模 按試驗(yàn)規(guī)程 的標(biāo)準(zhǔn)方法用輪碾機(jī)成型 使用直徑2 0 0 m m 寬5 0 m m 的包橡膠實(shí)心輪胎 輪 長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文 壓0 7 m p a 試驗(yàn)溫度6 0 加載輪運(yùn)行速度為4 2 次 m i n 車(chē)轍試驗(yàn)通常進(jìn)行 6 0 m i n 或最大變形到2 5 m m 為止 動(dòng)穩(wěn)定度d s 次 n l n l 按下式計(jì)算 d s 冪 4 2 x 6 0 4 5 d 嘛一d 峙 式中 d s 動(dòng)穩(wěn)定度 次 m m 山5 荷載輪作用4 5 m i n 時(shí)的永久變形 m l t l d 6 廠荷載輪作用6 0 m i n 時(shí)的永久變形 m m 1 9 第三章瀝青混合料高溫破壞機(jī)理及試驗(yàn)方法研究 第三章瀝青混合料高溫破壞機(jī)理及試驗(yàn)方法研究 3 1瀝青路面車(chē)轍產(chǎn)生機(jī)理及影響因素分析 車(chē)轍是瀝青路面在汽車(chē)荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生豎直方向永久變形的累積 這種變形 主要發(fā)生在高溫季節(jié) 在渠化交通的重交通路面上 當(dāng)瀝青路面采用半剛性基層時(shí) 車(chē)轍主要發(fā)生在瀝青面層 其它各層的變形僅占很小部分 根據(jù)車(chē)轍形成的原因不同 可將其分為三大類(lèi)型 失穩(wěn)型車(chē)轍 這類(lèi)車(chē)轍是目前研究的主要對(duì)象 她是由于瀝青路面結(jié)構(gòu)層在車(chē)輪 荷載作用下 其內(nèi)部材料的流動(dòng)產(chǎn)生橫向位移而產(chǎn)生 通常發(fā)生在輪跡處 當(dāng)瀝青混 合料的高溫穩(wěn)定性不足時(shí) 在外力的作用下就會(huì)產(chǎn)生這種車(chē)轍 結(jié)構(gòu)型車(chē)轍 這類(lèi)車(chē)轍是由于路面結(jié)構(gòu)在交通荷載作用下產(chǎn)生整體永久變形而形 成 這種變形主要由于路基變形傳遞到面層而產(chǎn)生 磨耗性車(chē)轍 由于瀝青路面結(jié)構(gòu)頂層的材料在車(chē)輪磨耗和自然環(huán)境因素作用下持 續(xù)不斷的損失形成 尤其是汽車(chē)使用了防滑鏈和突釘輪胎后 這種車(chē)轍更容易產(chǎn)生 三種類(lèi)型車(chē)轍中以失穩(wěn)型最嚴(yán)重 其次為磨耗型車(chē)轍 由于大多數(shù)瀝青路面均采用半 剛性基層 結(jié)構(gòu)性車(chē)轍產(chǎn)生較少 故一般情況下所指的車(chē)轍是指失穩(wěn)型車(chē)轍 車(chē)轍的形成過(guò)程可簡(jiǎn)單地分為以下三個(gè)階段 開(kāi)始階段的壓密過(guò)程 瀝青混合料在碾壓成型前是由礦料 瀝青和空氣組成的松 散混合物 經(jīng)碾壓后 高溫下處于半流動(dòng)狀態(tài)的瀝青及瀝青與礦粉組成的膠漿被擠進(jìn) 礦料間隙中 同時(shí)集料被強(qiáng)力排列成具有一定骨架的結(jié)構(gòu) 碾壓完畢交付使用后 當(dāng) 汽車(chē)荷載作用時(shí) 此密實(shí)過(guò)程還會(huì)進(jìn)一步發(fā)展 瀝青混合料的流動(dòng) 高溫下的瀝青混合料處于以粘性為主的半固體 在輪胎荷載 作用下 瀝青及瀝青膠漿便產(chǎn)生流動(dòng) 從而使混合料的網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)失穩(wěn) 這部分半 固態(tài)物質(zhì)除部分填充混合料空隙外 還將隨瀝青混合料自由流動(dòng) 從而使路面受載處 被壓縮變形 礦質(zhì)骨料的重排及礦質(zhì)骨架的破壞 高溫下處于半固態(tài)的瀝青混合料 由于瀝青 及膠漿在荷載作用下首先流動(dòng) 混合料中粗 細(xì)集料組成的骨架逐漸成為荷載直接作 用下會(huì)沿礦料間接觸面滑動(dòng) 促使瀝青及膠漿向富集區(qū)流動(dòng) 以至流向混合料自由面 長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文 特別是當(dāng)個(gè)別集料間瀝青及膠漿過(guò)多時(shí) 這一過(guò)程會(huì)更加明顯 瀝青混合料的車(chē)轍主要是在交