高性能花岗岩沥青混凝土的制备与应用研究

摘要

在高速公路的建设中，为了防止沥青路面水损害，满足集料与沥青的粘附性，许多工程采用石灰岩、玄武岩等集料作为沥青混合料的集料。片麻岩、花岗岩和砂岩等酸性集料由于与沥青粘附性较差而在公路建设中得不到广泛应用。本文结合麻武高速实体工程，因地制宜，采用沿线的花岗岩作为沥青路面材料，采用水泥替代部分矿粉和石灰岩细集料取代花岗岩细集料的方法，制备出高性能的花岗岩沥青混凝土，并在麻武高速建设中得到成功应用。
　　 本文首先从花岗岩微观结构出发，采用多种方法研究对花岗岩集料与沥青粘附性产生影响的各因素。这些方法包括：利用X射线荧光光谱仪分析花岗岩的化学成分，测得SiO2含量为67.3％，属酸性石料；利用偏光显微镜分析花岗岩的表面形貌和晶体分布情况，发现岩石中石英含量约为25％，角闪石和黑云母在岩石呈聚集体团块状分布；利用碱值分析花岗岩集料的相对酸碱度为0.57;利用躺滴法测试沥青在花岗岩集料表面的接触角，结果表明，在同一温度下花岗岩的接触角大于玄武岩和石灰岩，未掺入抗剥落剂的沥青接触角大于掺入抗剥落剂的沥青。利用水煮法测试沥青在花岗岩集料表面的剥落率，花岗岩在消石灰或水泥饱和溶液处理后，集料的剥落率较小。
　　 其次，采用贝雷法对级配进行优化设计，使路面形成骨架—嵌挤结构，既可以抗车辙、又有良好防渗性、稳定性和耐久性。接着，对花岗岩沥青混凝土的路用性能(水稳定性能、低温性能、高温性能、疲劳性能、老化性能)进行全面的分析，从实验结果得出，同时采用水泥替代部分矿粉和石灰岩细集料取代花岗岩细集料的花岗岩沥青混合料总体性能比较优越，残留稳定度和TSR分别为88.1％和89.1％；-10℃时的破坏拉伸应变和最大弯拉应变分别为51 17μm/m和4106μm/m；60℃车辙动稳定度为3938次/mm，约为石灰岩沥青混凝土的3倍；15℃时600με应变水平下的疲劳寿命为20150，是石灰岩沥青混凝土的2倍；经STOA和LTOA后的Qs(老化前后的劲度模量比)分别为1.21和1.53，优于石灰岩沥青混凝土。
　　 最后，结合麻武高速公路项目，总结出一整套花岗岩沥青路面的施工工艺。由现场检测的结果得出，各项指标基本能满足规范要求，路面铺筑情况良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1沥青与集料的粘附机理

1.2.2提高沥青混合料水稳定性的措施

1.2.3存在的问题

1.3本文主要研究内容

第二章花岗岩集料的性能研究

2.1花岗岩简介

2.2花岗岩集料的化学成分分析

2.3花岗岩集料碱值分析

2.4花岗岩集料粘附性试验

2.5花岗岩岩相分析

2.6沥青在花岗岩集料表面的接触角试验

2.7本章小结

第三章原材料性能与试验方法

3.1实验原材料

3.1.1集料

3.1.2沥青

3.1.3矿粉

3.1.4消石灰和水泥

3.1.5抗剥落剂

3.2沥青混合料的级配设计与成型方法

3.2.1沥青混合料的级配设计

3.2.2贝雷法与级配的优化

3.2.3 AC-25C花岗岩沥青混合料的级配设计

3.3.4成型方法

第四章改善花岗岩沥青混合料路用性能研究

4.1花岗岩沥青混合料水稳定性能研究

4.1.1沥青路面水损害的机理

4.1.2花岗岩沥青混合料水稳定性能的评价方法

4.1.3花岗岩沥青混合料水稳定性能结果

4.2花岗岩沥青混合料低温性能研究

4.2.1间接拉伸试验(劈裂试验)

4.2.2三点弯曲试验

4.3花岗岩沥青混合料的高温性能研究

4.4花岗岩沥青混合料疲劳性能研究

4.5花岗岩沥青混合料老化性能研究

4.6本章小结

第五章花岗岩沥青混合料的制备与工程应用

5.1 花岗岩沥青混合料路面工程应用简介

5.2 原材料的生产和注意事项

5.3配合比设计和施工过程控制

5.3.1目标配合比和生产配合比设计

5.3.2花岗岩沥青混凝土试验段施工方案与施工建议

5.3.3施工过程控制

5.4经济效益分析

第六章主要结论及建议

6.1主要结论

6.2建议

参考文献

致 谢

附录