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大粒径嵌锁式基层材料开发及应用研究

大粒径嵌锁式基层材料开发及应用研究

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作者：罗亮北京建筑大学

学位级别：硕士

近年来,伴随着我国经济飞速发展,交通量增长、重载超载情况增多、车辆渠化等日益突出。传统沥青路面半刚性结构在重载交通作用下极易出现反射裂缝问题,难以根治。而柔性基层虽然车载分布较为均匀,但现有柔性基层材料存在强度不足的问题... 详细信息

近年来,伴随着我国经济飞速发展,交通量增长、重载超载情况增多、车辆渠化等日益突出。传统沥青路面半刚性结构在重载交通作用下极易出现反射裂缝问题,难以根治。而柔性基层虽然车载分布较为均匀,但现有柔性基层材料存在强度不足的问题,使得路面结构层加厚,易产生车辙等病害。大量研究表明,增大混合料集料粒径,调整混合料级配形成嵌锁结构可以提升材料力学性能。因此,为了更好的解决柔性路面材料强度问题,抵御重载交通,本文进行了如下研究:首先,基于平面三圆堆积理论、贝雷级配设计方法和和SAC级配设计方法,确定了大粒径嵌锁式级配设计的关键控制筛孔,提出的大粒径嵌锁式混合料级配的计算方法。同时,为保证嵌锁级配的形成,特别提出以1/2最大粒径筛孔作为大粒径嵌锁式基层材料级配设计的关键控制筛孔。确定了各关键筛孔通过率的上下限,采用分段计算的方法,通过富勒级配曲线计算各筛孔通过率,形成级配曲线的上下限,并提出了嵌锁结构的评价标准,以便在配合比设计中更好控制。其次,为了检验大粒径嵌锁式沥青混合料路用性能及力学性能,更好的应用于试验路。首先,通过马歇尔配合比设计方法确定了ATSM-25、ATSM-30、ATSM-40三种混合料的最佳沥青用量;其次,选择相同粒径柔性基层常用材料ATB作为对照组,通过高温车辙试验、低温抗裂试验、水稳定性试验对其路用性能进行了系统评价。最后,通过动态模量试验对ATSM的力学性能进行了探究,得到了ATSM的动态模量主曲线。结果表明:ATSM混合料的高温、水稳定性以及力学性能均能满足规范要求。与相同最大粒径ATB材料对比,高温稳定性提升20%-40%,低温抗裂性提升20%-35%,水稳定性略优,动态模量平均提升约20%。再次,为了检验大粒径嵌锁式级配碎石的力学性能。先确定IGSB-50、IGSB-60、IGSB-70级配曲线的不均匀系数和曲率系数,通过混合缩尺方法对大粒径嵌锁式级配碎石的级配进行缩尺。然后通过击实试验确定IGSB-50、IGSB-60、IGSB-70的最佳含水率和最大干密度。最后按照规范中要求,测试IGSB-50、IGSB-60、IGSB-70的CBR值和回弹模量,并选取规范中传统的连续型级配和骨架型级配碎石作为对照组。结果表明:IGSB-50、IGSB-60、IGSB-70的CBR值均可满足规范要求,并且相较连续型级配和骨架型级配碎石可提升20%-35%;动态模量满足规范要求,相较连续型级配和骨架型级配碎石平均可提升约40%。最后,依据室内试验得到的力学数据,结合试验路交通量数据,通过ABAQUS有限元分析软件对郑登快速路结构方案进行力学分析,确定了试验路路面结构。提出大粒径嵌锁式基层材料施工技术方案及质量控制措施,铺筑完成后对试验段进行跟踪观测,并对试验段检测数据进行了分析总结。结果表明:大粒径嵌锁式基层材料抗重载能力优于传统路面结构;试验路施工效果良好,通过一年的观测,没有出现车辙、裂缝等病害问题。

关键词：沥青路面级配设计方法大粒径嵌锁式沥青混合料大粒径嵌锁式级配碎石路用性能力学性能

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