沥青混合料级配离析特性的分形评价与控制技术研究

摘要

沥青路面是我国高速公路路面结构的主要形式,而沥青混合料的级配离析是造成沥青路面早期损坏的主要原因之一。近几年来,国内外许多研究机构针对沥青混合料的离析开展了多方面的研究,但总的看来,这些研究主要针对已修筑好的沥青路面,难以实现对混合料的离析趋势的有效预估。离析一方面是由于施工和管理方法不合理造成的;另一方面则是由于集料级配设计的不合理造成的。前者可以通过在施工过程中采取一定的措施给予解决;但级配设计的不合理,则很难从施工方面采取合理的改善做法,因此有必要深入研究级配设计阶段混合料的离析特性。本文在2010年陕西省自然科学基础研究计划项目-《基于分形理论的沥青混合料级配离析预测研究》和2011年交通运输部应用基础研究项目-《沥青混合料离析特性与控制方法研究》的资助下,从混合料设计级配与路面性能变异间的相关性角度出发,开展沥青混合料级配离析评价指标和方法研究,以保证沥青路面的整体均匀性。
　　分形是研究自然界中大量存在的统计自相似特性的理论工具,在描述和评价一些具有层次连续性、不规则性或随机性等特征的现象方面具有较强的优势,沥青混合料骨料材料内部分布状态和体积指标等都表现出显著的无标度性(自相似性),可以采用分形给出定量的描述。本文从集料的粒径分布函数角度出发,利用分形几何基本理论,给出了集料级配分形特征值的计算方法,并在分析沥青混合料级配分形特征的基础上建立了统一的分形评价方法。
　　通过铺筑实体工程,研究了不同级配走向特征的沥青混合料在施工过程中的离析倾向性。现场试验结果表明,混合料级配对沥青路面的离析程度有着绝对性的影响,根据级配特点可区分混合料潜在离析特性,并为级配设计提供一定参考依据;同时针对AC-16和AC-25两种类型沥青混合料,采用灰色关联分析和数理统计的方法研究级配离析指标S与各档集料之间的影响关系。
　　利用spss统计软件分析发现,混合料分维值与级配离析指标、级配离析指标与路面构造深度之间均具有良好的关联性,并建立了相应的模型;以混合料级配离析评价指标为中间参数,建立路表构造深度与级配分维值的关系,并在借鉴已有离析评价指标和规范要求的基础上,提出了基于级配设计阶段的AC-25离析评价标准和方法。
　　最后,在对沥青混合料级配离析特性研究的基础上,从保证沥青混合料路面级配稳定角度出发,提出了减少级配离析的沥青混合料设计方法,并结合沥青路面生产全过程,分析引起路面级配变异的主要因素,并给出了控制沥青路面施工离析的具体措施。

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第一章 绪论

1.1选题背景与研究意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容与技术路线

第二章 沥青混合料的分形评价研究

2.1分形与分形维数

2.2沥青混合料级配的分形推导

2.3沥青混合料集料级配的分形特征及评价方法

2.4本章小结

第三章 沥青混合料级配离析组成特性分析

3.1概述

3.2灰色关联分析

3.3级配类型对离析的影响分析

3.4影响级配离析关键粒径区间的灰色关联分析

3.5本章小结

第四章 密级配沥青混合料级配离析评价方法及标准

4.1沥青混合料分形特征与路面级配离析指标的相关性分析

4.2沥青混合料构造深度与级配离析指标的关系

4.3基于分维值的密级配沥青混合料级配离析评价方法及标准

4.4本章小结

第五章 减少沥青混合料离析设计方法与施工离析控制技术

5.1基于减少级配离析的密级配沥青混合料组成设计方法

5.2沥青混合料生产的级配离析控制

5.3沥青混合料运输的级配离析控制

5.4沥青混合料摊铺的级配离析控制

5.5本章小结

结论与展望

1.主要结论

2.进一步研究的建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢