基于TOR橡胶沥青路面的材料性能试验研究及力学响应分析

论文摘要

橡胶改性沥青作为一种环保节能的材料,具有提高沥青混合料的性能,同时缓解废旧轮胎带来的社会环保问题这两大作用,是这些年来众多科研单位研究的一个热点问题。近年来,国外的一种采用在橡胶沥青中掺加TOR连接剂以改善橡胶沥青混合料性能的方法被引进到国内,并开始进行前期的试验研究及试验路铺筑。同时,随着橡胶改性沥青新材料的研发和应用,橡胶改性沥青混合料的性能、路面的整体性能与以前普通的沥青混合料相比已经发生了一定的变化,但在实际工程应用时对橡胶改性沥青混合料路面结构参数的选择仍然参照普通沥青混合料进行设计,对不同路面结构层组合在各层产生的实际影响考虑也不够充分,这使得橡胶沥青路面的实际性能与设计产生一定的偏差。因此,TOR橡胶沥青混合料的实际性能还有待进一步研究,特别是干法、湿法两种成型工艺对TOR橡胶沥青混合料性能的影响还有待揭示,对于橡胶沥青混合料性能的变化对路面设计产生的影响也有必要进行深入学习,本文针对以上这些问题进行了试验研究及有限元分析,主要内容包括：(1)对TOR橡胶沥青的最佳制备工艺进行了研究,确定了制备TOR橡胶沥青较合适的胶粉掺量、搅拌温度、搅拌速率和搅拌时间,同时认为胶粉掺量是影响TOR橡胶沥青性能的主要因素；(2)通过干法和湿法两种工艺成型试件,对应用TOR橡胶沥青的不同级配进行膨胀率试验,通过实验结果确定了SMA13和SUP13这两种比较适合应用TOR橡胶沥青的混合料级配：(3)通过车辙试验、弯曲试验、浸水马歇尔试验等研究了干法和湿法成型工艺成型的SMA13和SUP13两种级配的TOR橡胶沥青混合料的路用性能,包括高温性能、低温性能和水稳定性能；(4)论述了当前沥青路面设计中的不足,通过试验实测TOR橡胶沥青混合料的抗压回弹模量等值,根据实测值运用HPDS路面结构设计软件对路面结构进行设计,计算路表弯沉值和层底弯拉应力；(5)运用有限元分析软件对路面结构进行力学响应分析,将分析值与计算值进行对比,比较普通路面设计软件和有限元分析软件计算的区别。本文的研究成果为橡胶沥青路面的设计以及TOR橡胶沥青路面的应用推广提供了参考,也拓展了有限元分析方法在路面结构的进一步应用。具有一定的研究意义、实用价值和创新性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究与应用现状
• 1.2.1 橡胶改性沥青的研究现状
• 1.2.2 沥青路面有限元分析的研究现状
• 1.3 主要研究内容与技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.4 课题来源
• 第二章 最佳制备工艺研究
• 2.1 原材料特性分析
• 2.1.1 沥青
• 2.1.2 胶粉
• 2.1.3 维他连接剂
• 2.2 最佳制备工艺研究
• 2.2.1 影响TOR橡胶沥青性能的因素
• 2.2.2 试验结果分析
• 2.3 级配选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 TOR橡胶沥青混合料路用性能研究
• 3.1 高温稳定性
• 3.2 低温抗裂性
• 3.3 水稳定性
• 3.4 本章小结
• 第四章 TOR橡胶沥青试验路设计
• 4.1 沥青路面设计简介
• 4.1.1 沥青路面设计结构组合
• 4.1.1.1 面层
• 4.1.1.2 基层和底基层
• 4.1.1.3 垫层
• 4.1.1.4 土基
• 4.1.2 我国沥青路面设计方法
• 4.1.3 我国沥青路面设计规范存在问题
• 4.1.3.1 我国沥青路面设计现状
• 4.1.3.2 我国沥青路面设计存在的主要问题
• 4.2 试验路设计
• 4.2.1 设计参数的确定
• 4.2.1.1 抗压回弹模量的测定
• 4.2.1.2 劈裂强度的测试
• 4.2.2 试验路设计及验算
• 4.3 本章小结
• 第五章 TOR橡胶沥青路面结构力学响应分析
• 5.1 有限元分析方法简介
• 5.2 TOR橡胶沥青路面结构模型的建立
• 5.2.1 沥青路面的受力特性
• 5.2.2 车轮对路面的作用形式
• 5.2.3 接地压力分布
• 5.2.4 路面结构的选取
• 5.2.5 路面结构模型的建立
• 5.3 力学响应结果分析
• 5.3.1 标准荷载作用下的路面状态
• 5.3.2 超载对路面状态的影响
• 5.3.3 轮胎花纹对路面状态的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录