掺SBR胶乳与聚丙烯纤维的水泥稳定碎石在路面结构中的应用研究

摘要

我国交通不断发展，人们对提高道路路用性能的呼声也越来越高。目前，水泥稳定碎石是我国公路建设中主要的半刚性基层材料，它具有强度高、刚度大、整体性强、水稳性和抗冻性好以及抗行车疲劳性能较好的特点，因此已被广泛应用于高等级公路、城市道路和机场道路。
　　 但是以水泥稳定碎石为基层的半刚性基层路面也有一定的缺陷，如抗拉强度较低，脆性大，柔性低，在温度骤降、水分减少等外因作用下极易产生收缩，导致裂缝的产生，反射到路面面层，破坏了路面的整体性和连续性，更严重的是使得路表水通过裂缝进入路面结构，甚至深入土基，从而导致路面结构过早破坏。
　　 本文结合江苏省交通科学研究计划项目《掺聚合物的水泥稳定碎石材料抗裂性能研究》(07Y26)，针对高等级公路水泥稳定碎石基层开裂的破坏现状，在调研国内外已有研究成果的基础上，选取合适种类聚合物——SBR胶乳以及聚丙烯纤维。通过大量的理论分析和室内试验，研究掺SBR胶乳的水泥稳定碎石基层材料的强度、回弹模量、干缩变形、温缩变形等物理力学性能与聚合物掺入量、养护条件等影响因素之间的关系及其变化规律。并在此基础上根据水泥稳定碎石强度形成机理、收缩机理分析不同掺量SBR胶乳对水泥稳定碎石的力学性能和干燥收缩性能及抗弯拉强度等的影响。同时，选取在混凝土改性中常用的聚丙烯纤维进行试验，并就聚丙烯纤维改性水泥稳定碎石材料强度、模量以及抗裂性能的效果与SBR胶乳进行对比。试验研究表明：随着SBR胶乳掺量的增加，水泥稳定碎石材料逐渐向一种柔性材料转化；掺SBR胶乳的水泥稳定碎石材料的抗裂性能相对水泥稳定碎石材料有明显改善，且随着SBR胶乳掺量的增加不断提高。同样，掺加聚丙烯纤维也能够增加水泥稳定碎石材料的强度，降低其模量，并且对水泥稳定碎石材料的抗裂性能有较大影响。得出了SBR胶乳和聚丙烯纤维对水泥稳定碎石的抗裂性能有着显著影响的结论，并提出了相应的建议。最后，结合掺SBR胶乳与聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料的应用特点，在231省道兴化至泰州段(兴泰公路)上铺筑了试验路。从施工的结果来看，掺SBR胶乳与聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料这种施工工艺是合理的、可行的，从目前的检测数据看，掺SBR胶乳与聚丙烯纤维的水泥稳定碎石材料均达到了较好的工程效果。
　　 本文的研究成果对今后进一步深入研究掺SBR胶乳和聚丙烯纤维的水泥稳定碎石材料的性能具有一定的理论价值和参考依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2研究意义

1.3国内外研究的现状

1.3.1水泥稳定碎石的研究现状

1.3.2 SBR胶乳的研究现状

1.3.3聚丙烯纤维的研究现状

1.4研究思路和研究内容

第二章原材料性能研究与试验方案设计

2.1路面基层的性能要求

2.2原材料性质

2.2.1水泥

2.2.2集料

2.2.3聚合物

2.2.4聚丙烯纤维

2.3确定配合比

2.4研究方案

2.5试验方法

2.5.1无侧限抗压强度试验

2.5.2劈裂试验

2.5.3抗弯拉强度试验

2.5.4抗弯拉回弹模量试验

2.5.5干缩试验

2.5.6温缩试验

2.6试件的成型及养护

2.7小结

第三章基本力学性能对比

3.1无侧限抗压强度

3.1.1掺SBR胶乳的水泥稳定碎石的无侧限抗压强度

3.1.2掺聚丙烯纤维水泥稳定碎石的无侧限抗压强度

3.1.3掺SBR胶乳与掺聚丙烯纤维的水泥稳定碎石的无侧限抗压强度对比

3.2劈裂强度

3.2.1掺SBR胶乳水泥稳定碎石的劈裂强度

3.2.2掺聚丙烯纤维水泥稳定碎石的劈裂强度

3.2.3掺SBR胶乳与聚丙烯纤维的水泥稳定碎石的劈裂强度对比

3.3抗压回弹模量

3.3.1掺SBR胶乳水泥稳定碎石的抗压回弹模量

3.3.2掺聚丙烯纤维水泥稳定碎石的抗压回弹模量

3.3.3掺SBR胶乳与聚丙烯纤维的水泥稳定碎石的抗压回弹模量对比

3.4抗弯拉强度

3.4.1掺SBR胶乳水泥稳定碎石的抗弯拉强度

3.4.2掺聚丙烯纤维水泥稳定碎石的抗弯拉强度

3.4.3掺SBR与掺聚丙烯纤维水泥稳定碎石的抗弯拉强度对比

3.5抗弯拉回弹模量

3.5.1掺SBR胶乳的水泥稳定碎石的抗弯拉回弹模量

3.5.2掺聚丙烯纤维的水泥稳定碎石的抗弯拉回弹模量

3.5.3掺SBR胶乳与掺聚丙烯纤维水泥稳定碎石的抗弯拉回弹模量对比

3.6小结

第四章掺SBR胶乳与聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料干燥收缩试验研究

4.1干燥收缩

4.1.1干燥收缩机理

4.1.2干缩的影响因素

4.2干缩试验

4.2.1干缩试验试件制作

4.2.2干缩试验结果

4.3小结

第五章掺SBR胶乳与聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料温度收缩试验研究

5.1温度收缩

5.1.1温度收缩机理

5.1.2温度收缩影响因素

5.2水泥稳定碎石的温缩性能

5.2.1掺SBR胶乳水泥稳定碎石的温缩性能

5.2.2掺聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料的温缩性能

5.2.3掺SBR胶乳与聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料的温缩性能对比

5.3小结

第六章试验路工程施工与技术经济分析比较

6.1试验路简介

6.2试验路施工

6.2.1确定试验路SBR胶乳与聚丙烯纤维的掺量

6.2.2掺SBR胶乳与聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料的拌和

6.2.3掺SBR胶乳与聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料的运输

6.2.4掺SBR胶乳与聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料的摊铺

6.2.5掺SBR胶乳与聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料的碾压

6.2.6掺SBR胶乳与聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料的养生

6.2.7掺SBR胶乳与聚丙烯纤维水泥稳定碎石材料的施工阶段的质量管理

6.3试验路检测结果与技术经济比较分析

6.3.1试验路检测结果

6.3.2技术经济比较分析

6.4小结

第七章结论与展望

7.1主要结论

7.2主要创新点

7.3研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文