基于分形的沥青混合料级配评价与路用性能研究

论文摘要

自上世纪90年代以来,我国公路建设发展迅速,在大规模兴建过程中,沥青路面的早期破坏比较严重,高温车辙病害突出。重庆地区夏季最高气温常达38℃以上,且高温天气持续时间长,雨水较多,再加上重载和渠化交通的作用,对沥青混合料的路用性能提出更为苛刻的要求。寻找到适应于重庆地区气候特点的混合料工程设计级配范围成为道路工程者亟待解决的问题。本文依托重庆市交通委员会科学技术项目:《提高重庆地区沥青混合料动稳定度的研究》,通过查阅国内外相似气候地区沥青路面使用状况和研究成果,结合重庆地区实际情况,选取重庆地区常用原材料,对AC-20、AC-16、AC-13、SMA-13四种常用沥青混合料进行室内混合料级配组成的优化设计,并基于分形理论对沥青混合料的级配组成进行理论分析。通过不同比例的粗集料堆积密度试验得到间隙率较小的粗集料级配组成;选取5种不同N值计算得到5种形状的细集料级配,确定5～6种关键筛孔通过率,即5～6种不同粗细比例组成的混合料级配进行室内车辙试验和冻融劈裂试验,找到最佳粗细比例。采用分形理论研究沥青混合料矿料级配的分形特性,找出分维数与集料体积参数、质量参数、级配曲线走向、马歇尔试验参数等的变化规律,确定分维值定量评价矿料级配的方法。在最佳油石比的基础上对AC-13、AC-16、AC-20、SMA-13四种类型的沥青混合料进行路用性能的研究,通过车辙试验、冻融劈裂试验研究混合料的高温稳定性及水稳定性。并建立分形维数同沥青混合料高温稳定性、水稳定性等路用性能之间的相关性。根据各项试验结果综合考虑,优选出动稳定度高、水稳定性符合国家规范的矿料级配,推荐适应于重庆高温多雨地区的合理工程设计级配范围及级配分维数取值范围,初步建立路面微观结构和宏观路用性能的关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 分形理论简介
• 2.1 分形理论简介
• 2.2 分形维数的引入
• 2.3 分形的特征
• 2.4 本章小结
• 第三章 沥青混合料级配的分形特性
• 3.1 沥青混合料的级配研究现状
• 3.2 沥青混合料的分形特性
• 3.3 沥青混合料分形维数推导
• 3.3.1 集料粒径分布函数的分形
• 3.3.2 集料的分形级配
• 3.4 分形理论与现有级配理论之间的关系
• 3.4.1 泰波级配理论
• 3.4.2 I 法
• 3.4.3 K 法
• 3.4.4 粒子干涉级配理论
• 3.4.5 贝雷法
• 3.5 本章小结
• 第四章 级配组成设计
• 4.1 粗集料合理组成
• 4.1.1 堆积密度试验方法
• 4.1.2 堆积密度试验结果与分析
• 4.2 细集料的合理比例
• 4.3 试验级配的选取
• 4.3.1 AC-20 试验级配的选取
• 4.3.2 AC-16 试验级配的选取
• 4.3.3 AC-13 试验级配的选取
• 4.3.4 SMA-13 试验级配的选取
• 4.4 本章小结
• 第五章 沥青混合料级配的分形分析
• 5.1 原材料性能
• 5.1.1 沥青
• 5.1.2 粗集料
• 5.1.3 细集料
• 5.1.4 矿粉
• 5.2 马歇尔试验方法
• 5.3 沥青混合料分维数计算
• 5.4 AC-20 不同级配分形分析
• 5.5 AC-16 不同级配分形分析
• 5.6 AC-13 不同级配分形分析
• 5.7 SMA-13 不同级配分形分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 分形维数与沥青混合料性能关系研究
• 6.1 概述
• 6.2 沥青混合料的分形维数与高温稳定性研究
• 6.2.1 重庆地区沥青混合料车辙成因分析
• 6.2.2 车辙试件成型方法
• 6.2.3 车辙试验数据分析
• 6.3 沥青混合料的分形维数与水稳定性研究
• 6.3.1 试验方法
• 6.3.2 冻融劈裂试验数据分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 重庆地区矿质混合料工程设计级配范围
• 7.1 提出优化级配范围的依据
• 7.2 提出的工程设计级配范围
• 7.3 推荐级配分维数范围
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论
• 8.1 主要结论
• 8.2 下一步工作计划
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果