透水聚酯纤维沥青混合料路用性能和动态响应研究及应用

摘要

随着交通运输事业的快速发展，沥青路面充分发挥了表面平整、行车舒适、噪音小、无扬尘等优点。但普通沥青路面是不透水的，雨雪天气路面积水无法及时排除，导致路面抗滑性能下降，容易造成交通事故，严重影响行车安全。
　　为了提高行车的安全性和舒适性，根据国务院办公厅关于“做好城市排水防涝设施建设工作的通知”，对透水沥青路面材料组成、路用性能和动态响应进行了研究。透水沥青路面采用空隙率18％～25％的沥青混合料修筑，路表水可进入路面横向排出、或渗入至路基内部。论文采用理论分析、室内试验和现场试验相结合的方法，对聚酯纤维掺量为0、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％和0.5％的透水沥青混合料进行了材料组成、水稳定性、高低温性能、压拉性能和动力学特性等研究，并对试验路进行了透水聚酯纤维沥青面层的横向应变、纵向应变和竖向压力等动态响应测试。主要结论如下:
　　(1)矿料级配中2.36 mm、4.75 mm关键筛孔质量百分率是影响透水沥青混合料空隙率的重要因素。2.36 mm关键筛孔质量百分率应选用较小值，而4.75 mm关键筛孔质量百分率最佳值为15％。
　　(2)谢伦堡析漏试验结果表明，掺加聚酯纤维能够明显降低透水沥青混合料的析漏损失，减小混合料发生流淌的概率。聚酯纤维掺量每增加0.05％，最佳沥青用量也相应增大。掺聚酯纤维混合料的最佳沥青用量要比不掺聚酯纤维的大。
　　(3)分析了聚酯纤维对透水沥青混合料空隙率的影响，发现聚酯纤维的掺入使其空隙率减小。总空隙率、连通空隙率随着聚酯纤维掺量的增加而呈现出先减小后增大的趋势。连通空隙率与总空隙率成线性关系。
　　(4)进行了透水聚酯纤维沥青混合料的水稳定性、高温性能和低温抗裂性等路用性能试验。结果表明，聚酯纤维的掺入能改善其路用性能;空隙率是影响透水聚酯纤维沥青混合料路用性能的重要因素，空隙率越大，路用性能越差。聚酯纤维掺量的最佳值为0.4％。
　　(5)透水聚酯纤维沥青混合料的单轴抗压强度和劈裂抗拉强度试验结果表明，当聚酯纤维掺量为0.4％时，压拉强度最高，冻融后劈裂抗拉强度明显小于冻融前劈裂抗拉强度。
　　(6)研究了透水聚酯纤维沥青混合料的动力学特性，得到了透水聚酯纤维沥青混合料是应变率敏感性材料，具有明显的应变率效应。冲击压缩应力-应变关系曲线分为弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段。动态强度增长因子能够较好反映动态强度相对于静态强度的提高程度。在冲击荷载作用下，透水聚酯纤维沥青混合料出现了裂缝、块裂和碎裂等破坏形态，集料断裂是其动态破坏的主要原因。动力学特性在聚酯纤维掺量0.4％时最优，并随着空隙率的增大而降低。
　　(7)现场试验结果表明，透水聚酯纤维沥青面层的横向应变、纵向应变和竖向压力等动态响应随着行车速度的增大而减小;车辆荷载越大，产生的动态响应越大，对面层造成的疲劳损伤也越大;22℃时透水聚酯纤维沥青面层动态响应要比7℃时的大;透水聚酯纤维沥青面层产生的动态响应比不透水沥青面层小。现场质量检测表明，透水聚酯纤维沥青路面表面平整，具有良好的排水性能和抗滑性能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题提出与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 研究方法与技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 技术路线

2 透水聚酯纤维沥青混合料组成与确定

2．1 材料组成设计

2．1．1 矿料级配

2．1．2 聚酯纤维

2．1．3 初始沥青用量

2．1．4 目标空隙率

2．2 关键筛孔质量百分率确定

2．2．1 关键筛孔质量百分率试验

2．2．2 关键筛孔质量百分率对体积指标影响分析

2．3 最佳沥青用量确定

2．3．1 谢伦堡析漏试验方法

2．3．2 烧杯法析漏试验

2．3．3 聚酯纤维掺量对最佳沥青用量影响

2．4 连通空隙率与总空隙率确定

2．4．1 连通空隙率测定方法

2．4．2 聚酯纤维掺量对总空隙率和连通空隙率影响

2．4．3 连通空隙率与总空隙率关系

2．5 本章小结

3 透水聚酯纤维沥青混合料水稳定性分析

3．1 水损害机理

3．2 水稳定性研究方法

3．3 水稳定性试验与分析

3．3．1 饱水率分析

3．3．2 不同聚酯纤维掺量的水稳定性分析

3．3．3 不同空隙率的水稳定性分析

3．4 本章小结

4 透水聚酯纤维沥青混合料高低温性能分析

4．1 高低温性能影响因素

4．2 马歇尔稳定度试验

4．2．1 马歇尔稳定度试验结果

4．2．2 聚酯纤维掺量对马歇尔稳定度和流值影响

4．2．3 空隙率对马歇尔稳定度和流值影响

4．2．4 马歇尔模数分析

4．3 高温车辙试验

4．3．1 车辙形成机理

4．3．2 车辙试验与分析

4．4 低温弯曲试验

4．4．1 低温性能试验方法

4．4．2 聚酯纤维掺量对低温性能影响

4．4．3 空隙率对低温性能影响

4．5 本章小结

5 透水聚酯纤维沥青混合料压拉性能试验研究

5．1 压拉性能试验与分析

5．1．1 试件制作与成型

5．1．2 单轴压缩试验与分析

5．1．3 劈裂抗拉试验与分析

5．2 超声波预测压拉强度

5．2．1 超声波检测试验与分析

5．2．2 超声波预测单轴抗压强度

5．2．3 超声波预测冻融劈裂抗拉强度

5．3 本章小结

6 透水聚酯纤维沥青混合料动力学特性试验研究

6．1 SHPB试验设计

6．1．1 SHPB试验原理

6．1．2 SHPB试验参数选择与优化

6．2 动力学特性试验与分析

6．2．1 动力学特性试验结果

6．2．2 破坏形态分析

6．2．3 冲击压缩试验的应变率效应

6．2．4 冲击劈裂应力时程曲线

6．2．5 聚酯纤维掺量对动力学特性影响

6．2．6 空隙率对动力学特性影响

6．3 本章小结

7 透水聚酯纤维沥青面层动态响应现场试验与分析

7．1 工程概况

7．1．1 工程简介

7．1．2 施工工艺

7．1．3 经济性分析

7．2 现场试验设计

7．2．1 传感器选择与布设

7．2．2 数据采集系统

7．3 车辆荷载对透水聚酯纤维沥青面层动态响应影响

7．4 行车速度对透水聚酯纤维沥青面层动态响应影响

7．5 环境温度对透水聚酯纤维沥青面层动态响应影响

7．6 面层类型对路面动态响应影响

7．7 路面质量检测

7．8 本章小结

8 结论与展望

8．1 主要结论

8．2 创新点

8．3 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果