用于重载交通水泥砼桥梁桥面铺装半柔性沥青混凝土路用性能研究

摘要

近年来，我国社会主义市场经济持续健康发展，在道路工程建设方面也在大踏步前进，每年公路里程在以几千公里的速度迅速增加，道路建设也在向有着复杂地形地质条件的地区修建，桥梁在公路总长的比重也在不断增大。与此同时，跨区域交通量也在逐年增加，伴随着重载、超载交通现象的加剧。作为直接承受车轮荷载和保护桥面板免受雨水侵蚀的水泥砼桥梁桥面铺装面临上述不利因素，经受着严峻的考验。
　　半柔性沥青混凝土是将高性能低收缩的水泥胶浆灌注到热拌大空隙基体沥青混合料中而形成的一种铺装材料。目前，半柔性沥青混凝土在国内外经过多年的理论和试验研究，在路面方面已经有许多成熟的研究成果和较多的成功应用实例。半柔性沥青混凝土和普通水泥混凝土相比，具有高于普通水泥混凝土的柔性，相对于普通沥青混凝土来说，其有高于普通沥青混凝土的刚性。半柔性沥青混凝土具备这两种传统材料所具有的优点，又弥补了这两种传统材料的不足，是一种性能优异的材料。基于此，本文将半柔性沥青混凝土应用到水泥砼桥梁桥面铺装中，以期减少桥面铺装早期病害和延长铺装层的使用寿命。
　　本文以重庆地维长江大桥桥面铺装项目为依托工程，通过早期试验研究和理论分析，选定原材料，对水泥胶浆的配合比进行优化设计制备出有高流动性能、易灌注、低干缩率且满足力学要求的水泥胶浆;对基体沥青混合料配比进行优化设计，制备出具有足够空隙率、一定力学强度和稳定性的基体沥青混合料;对半柔性沥青混凝土的力学性能和路用性能进行了研究。
　　主要成果有:基体沥青混合料在组成结构上属于“骨架——空隙”结构，与OGFC混合料结构相似，本文采用优化的马歇尔试件体积法对基体沥青混合料的配合比进行设计，采用泰勒法对矿质混合料级配进行优化设计，然后确定基体沥青混合料沥青合理用量范围，最终确定最佳沥青用量;针对半柔性沥青混凝土容易开裂的问题，通过掺加粉煤灰和矿粉，并掺加羧基丁苯胶乳到水泥净浆中，设计出了工作性能好、易灌注、低收缩率且低压折比（水泥胶浆抗压强度和抗折强度之比）的水泥胶浆;使用振动台辅助水泥胶浆灌注，并分析了填充原理，对水泥胶浆可灌性以及残余孔隙率进行了理论计算和试验研究，发现理论灌浆量要稍小于实际灌浆量，灌浆后残余孔隙率较小;对半柔性沥青混凝土层间剪切强度进行试验，并与其它材料进行比较，结果表明半柔性沥青混凝土层间剪切强度较大;通过室内试验和数据分析，并与水泥砂浆半柔性沥青混凝土、水泥砼桥梁桥面铺装材料(AC-13、SMA-13)进行比较，结果表明水泥净浆半柔性沥青混凝土具有良好的路用性能。
　　将半柔性沥青混凝土应用于重庆地维长江大桥的原水泥砼桥面铺装翻修工程，工程于2016年10月完工，取得了良好的使用效果。另外，本文研究的水泥胶浆有较低的压折比，使水泥胶浆呈现变柔的趋势，弥补了普通水泥胶浆“刚性有余、韧性不足”的缺陷，有助于解决半柔性沥青路面存在开裂问题，对半柔性沥青混凝土设计水平的提高具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 水泥砼桥梁桥面铺装常见病害类型及其原因分析

1．2．1 水泥砼桥梁沥青混凝土桥面铺装常见病害类型

1．2．2 水泥砼桥梁沥青混凝土桥面铺装病害原因分析

1．2．3 重庆地维长江大桥水泥混凝土桥面铺装病害类型

1．3 水泥砼桥梁桥面铺装材料国内外研究现状

1．4 半柔性沥青混凝土在国内外试验研究及应用概况

1．5 主要研究内容及技术路线

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 研究的技术路线

第二章 基体沥青混合料配合比优化设计

2．1 基体沥青混合料的基本要求

2．2 原材料性能分析

2．3 基体沥青混合料配合比设计法确定

2．4 基体沥青混合料矿质混合料合成级配设计

2．4．1 初步设计基体沥青混合料级配

2．4．2 基体沥青混合料目标配合比的组成设计

2．4．3 基体沥青混合料级配

2．5 基体沥青混合料沥青合理用量范围及最佳沥青用量确定

2．6 本章小结

第三章 水泥胶浆配合比优化设计

3．1 水泥胶浆的主要性能指标和测定方法

3．1．1 水泥胶浆的主要性能指标

3．1．2 测试方法

3．2 水泥胶浆类型选择

3．3 原材料性能分析

3．3．1 水泥

3．3．2 矿渣粉(简称矿粉)

3．3．3 粉煤灰

3．3．4 丁苯胶乳

3．3．5 减水剂

3．4 水泥胶浆优化配合比设计及结果分析

3．4．1 确定试验方案

3．4．2 单掺粉煤灰或矿渣粉时水泥胶浆配合比试验及结果分析

3．4．3 双掺粉煤灰和矿渣粉时水泥胶浆配合比试验及结果分析

3．4．4 掺入羧基丁苯胶乳时水泥胶浆配合比试验及结果分析

3．5 本章小结

第四章 半柔性沥青混凝土性能研究

4．1 制备半柔性沥青混合料试件以及灌浆研究

4．1．1 马歇尔试件制备成型及灌浆

4．1．2 车辙试件制备成型及灌浆

4．1．3 水泥胶浆可灌性分析

4．1．4 半柔性沥青混合料剩余空隙率研究

4．2 半柔性沥青混凝土层间剪切强度试验

4．2．1 试件成型

4．2．2 半柔性沥青混凝土层间剪切强度试验研究

4．3 半柔性沥青混凝土路用性能研究

4．3．1 高温稳定性能研究

4．3．2 水稳定性能研究

4．3．3 低温抗裂性能研究

4．4 基体沥青混合料配合比的确定

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 进一步研究

致谢

参考文献