温拌抗车辙改性沥青混合料路用性能及应用研究

摘要

进入21世纪后，环境污染和能源危机已然成为全球共识，2014年11月APEC会议上，中美发布联合声明，中国政府承诺2030年左右碳排放达到峰值，节能减排势在必行，绿色低碳成为各行业发展的共同主题。与此同时，随着交通量的增长，交通渠化以及超载现象的日益加剧，沥青路面出现了诸多早期病害，如开裂、变形、水损害等，其中高温车辙病害影响程度较为严重，危及行车安全，并缩短道路的使用寿命。在新的时代背景下，如何在减少能源消耗、降低对环境污染的基础上，建设具有优良使用性能，尤其是具有显著高温抗车辙性能的沥青路面成为众多道路建设者们的夙愿。
　　本文依托与苏州拓博琳新材料科技有限公司的产学研项目“SG复合温拌抗车辙改性剂的应用研究”，尝试将沥青混合料温拌技术与抗车辙剂技术进行有机结合，并进行一复合的室内试验研究，研究的主要内容包括以下三个方面:首先是对温拌改性沥青的性能研究，从常规指标（针入度、软化点、延度等）、高温流变特性、低温流变特性三个角度分析温拌改性沥青的高温、低温特性，通过与基质沥青性能的对比得出改性剂对沥青性能的影响。此外，通过等黏温度原则与等体积原则等方法来探究SG温拌抗车辙改性沥青混合料的合理拌和与压实温度;其次是对SG温拌抗车辙改性沥青混合料的路用性能研究，选用具有代表性的四类级配(SMA-13、AC-13、AC-20、SUP-20)作为试验级配进行改性剂的路用性能研究，通过车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、小梁四点弯曲疲劳试验来分析改性沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能、水稳定性能以及抗疲劳性能，并以基质沥青混合料的性能作为参照，综合评价SG复合温拌抗车辙改性剂对沥青混合料的改性效果;最后是对SG改性后沥青路面车辙的预估与分析，利用ABAQUS有限元软件，建立典型路面结构模型，基于改进的Theta-4本构模型进行沥青路面在不同改性剂掺量下的车辙预估与分析，为SG复合温拌抗车辙改性剂的工程应用提供理论指导。研究结果表明:SG-A组份能够提升沥青的高温抗变形性能以及抗热老化性能，而对低温性能有一定的负面影响;与此同时，在SG两个组份的影响下，沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性均有不同程度的提高，而基于常应变的疲劳性能试验反映出改性后的沥青混合料疲劳寿命有所下降;此外，基于车辙预估的改性剂应用研究给出了不同路面结构中不同层位对改性剂掺量的敏感性，并针对不同交通量，给出了与之对应的改性剂添加方案。
　　通过本文的研究，能够对SG复合温拌抗车辙改性剂的改性效果有一个较为全面的认知，希望通过一复合有序的试验理论研究，为其将来的工程应用提供指导，并为温拌抗车辙改性剂的研究发展提供有力的帮助。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的提出及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究概况

1．2．2 国内研究概况

1．3 目前研究中存在的问题

1．4 本文的主要研究内容与技术路线

1．4．1 本文的主要研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 原材料性能分析及沥青混合料配合比设计

2．1 原材料

2．1．1 SG复合改性剂

2．1．2 基质沥青性能指标

2．1．3 集料技术性能

2．2 沥青混合料配合比设计

2．2．1 SMA-13配合比设计

2．2．2 AC-13配合比设计

2．2．3 AC-20配合比设计

2．2．4 SUP-20配合比设计

2．3 本章小结

第三章 温拌改性沥青性能及温拌温度的确定

3．1 SG-A组份对沥青性能的影响

3．1．1 常规指标分析

3．1．2 高温流变性能分析

3．1．3 低温流变性能分析

3．2 改性沥青混合料拌和与压实温度的确定

3．2．1 按等黏温度原则确定

3．2．2 基于等体积原则确定

3．3 本章小结

第四章 沥青混合料路用性能研究

4．1 高温稳定性能研究

4．1．1 车辙试验

4．1．2 沥青混合料车辙试验结果与分析

4．1．3 不同SG-B掺量下车辙试验结果

4．1．4 不同改性沥青混合料车辙试验结果

4．2 低温抗裂性能研究

4．2．1 低温小梁弯曲试验

4．2．2 沥青混合料低温小梁弯曲试验结果与分析

4．3 水稳定性能研究

4．3．1 浸水马歇尔试验及试验结果分析

4．3．2 冻融劈裂试验及试验结果分析

4．3．3 与基质沥青混合料水稳定性对比试验

4．4 抗疲劳性能试验研究

4．4．1 小梁四点弯曲疲劳试验

4．4．2 沥青混合料疲劳寿命分析

4．4．3 沥青混合料耗散能结果分析

4．5 本章小结

第五章 基于车辙预估的改性剂应用研究

5．1 沥青混合料蠕变变形本构模型的选择

5．1．1 经典粘弹性模型

5．1．2 Theta-4模型与改进的Theta-4模型

5．2 沥青路面车辙计算模型的建立

5．2．1 ABAQUS路面结构模型的建立

5．2．2 荷载作用的简化

5．2．3 路面结构温度场分析

5．2．4 车辙计算模型的荷载作用时间

5．3 蠕变参数的获取

5．3．1 蠕变试验

5．3．2 试验结果与分析

5．4 改性剂的应用研究

5．4．1 不同层位对改性剂掺量的敏感性分析

5．4．2 改性剂添加方案的选择

5．4．3 不同等级公路的改性剂添加方案

5．4．4 改性路面的车辙预估与养护维修

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 进一步研究的建议

致谢

参考文献