沥青混合料离析机理与评价指标

论文摘要

由于级配、温度和施工等因素的影响,沥青混合料在施工过程会产生离析,如不能及时检测和判别混合料的离析程度,采取相应的处治措施,则碾压后将形成路面离析,从而导致各种路面早期病害现象发生,大大缩短沥青路面的使用寿命。通过现场测试和取样进行室内试验,建立了混合料离析与路面离析的关系,提出了沥青混合料离析的概念及混合料离析的温差和配比特性,按照混合料的施工特点,把混合料离析分为集料离析、温度离析和摊铺离析。采用软球颗粒碰撞模型分析了混合料颗粒在自重作用下的接触力和接触力矩,及自重作用下混合料离析的原因。研究认为不同的混合料类型,会产生不同的颗粒接触力和接触力矩,产生接触力小和接触力矩大的混合料,施工过程就容易发生离析。采用颗粒运动和动力学方法分析了在外力作用下混合料离析的根本原因。研究认为当颗粒距轴线的距离在0.l～0.6倍的螺距时,圆周速度大于轴向速度很多,使混合料沿着合成速度方向抛射,形成一股颗粒物料流,容易造成沥青混合料的离析。首次以休止角的形成建立混合料离析模型,采用混合料的运动距离来描述混合料的分离程度,提出混合料的离析指标,根据软球颗粒碰撞理论开发沥青混合料离析测定仪,推导出离析势能指数的计算公式。通过对C项目的现场离析势能指数试验,在碾压后相应的位置,采用视觉观察法观察离析程度和铺砂法现场测定构造深度,建立构造深度与离析势能指数的关系、路面离析等级与离析势能指数的关系,通过试验对比和不同温度下的离析势能指数试验,提出公称最大粒径16mm的离析势能指数标准,依据标准将混合料离析分为无离析、轻微离析、中等离析和严重离析四个等级。首次采用PFC2D程序的线性接触刚度模型,选取颗粒和墙体参数,按设计质量的百分比换算成颗粒数量,按照高斯分布规律排列颗粒构成,对贝雷法设计的公称最大粒径为16mm的级配CA0.2、CA0.4、CA0.5、CA0.6、CA0.8进行堆积模拟,在重力作用下形成自然堆积,测定混合料基本稳定时的滚动距离来判断混合料的分离程度,得到结果与离析势能指数的测定结果完全一致。在贝雷设计方法的基础上,提出减小混合料离析的设计方法,结合摊铺机的构造提出控制混合料离析的处治措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 沥青路面早期破坏
• 1.1.2 路面离析对路用性能的影响
• 1.1.3 沥青路面破坏的形成原因
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 主要研究方案
• 第二章 沥青混合料离析特性和离析机理
• 2.1 现场路面离析的取样分析
• 2.1.1 混合料的级配
• 2.1.2 混合料的摊铺温度
• 2.1.3 混合料的沥青用量
• 2.2 沥青混合料的离析特性
• 2.2.1 混合料离析参数
• 2.2.2 沥青混合料的离析特性
• 2.3 沥青混合料的离析类型
• 2.3.1 集料离析
• 2.3.2 温度离析
• 2.3.3 机械摊铺离析
• 2.4 沥青混合料的离析机理
• 2.4.1 自重作用下的混合料颗粒运动分析
• 2.4.2 外力作用下的混合料颗粒运动分析
• 2.5 小结
• 第三章 沥青混合料离析指标与测定
• 3.1 沥青混合料的稳定性
• 3.1.1 沥青混合料的稳定性
• 3.1.2 颗粒体的摩擦角
• 3.2 沥青混合料离析测定仪与离析指标
• 3.2.1 离析测定仪
• 3.2.2 沥青混合料的离析指标
• 3.3 离析势能指数的测定
• 3.3.1 试验条件和准备工作
• 3.3.2 室内测定
• 3.3.3 拌和厂测定
• 3.3.4 现场测定
• 3.4 小结
• 第四章 沥青混合料离析标准的研究
• 4.1 纯集料的离析势能指数
• 4.1.1 单一粒径集料的离析势能指数
• 4.1.2 纯混合集料的离析势能指数
• 4.2 沥青混合料的离析势能指数
• 4.2.1 不同沥青用量的离析势能指数
• 4.2.2 不同沥青种类的离析势能指数
• 4.2.3 不同产地集料的离析势能指数
• 4.3 沥青混合料的离析标准
• 4.3.1 室内离析势能指数的测定
• 4.3.2 摊铺现场离析势能指数的测定
• 4.3.3 沥青混合料离析标准
• 4.3.4 其它级配离析势能指数的检验
• 4.4 小结
• 第五章 沥青混合料离析势能指数的验证
• 5.1 颗粒流的基本理论
• 5.1.1 颗粒流方法的基本假设
• 5.1.2 颗粒流方法的特点
• 5.1.3 颗粒流方法的基本理论
• 5.2 颗粒流的接触本构模型
• 5.2.1 接触刚度模型
• 5.2.2 滑动模型
• 5.2.3 连接模型
• 5.3 离析势能指数的验证
• 5.3.1 颗粒流模拟的步骤
• 5.3.2 颗粒流参数的选取
• 5.3.3 单一粒径颗粒自然堆积模拟
• 5.3.4 不同CA 比的混合料自然堆积模拟
• 5.3.5 其它级配混合料自然堆积模拟
• 5.3.6 不同摩擦系数的模拟堆积
• 5.3.7 现场检测结果的自然堆积模拟
• 5.4 小结
• 第六章 沥青混合料离析控制技术研究
• 6.1 减小离析的混合料组成设计
• 6.1.1 贝雷法
• 6.1.2 减小离析的设计方法
• 6.1.3 工程应用
• 6.2 减小离析的摊铺机构造设计
• 6.2.1 加装翼板
• 6.2.2 减小传送带的间隙
• 6.2.3 增加隔板
• 6.2.4 增加挡板
• 6.2.5 增设反向螺旋叶片
• 6.2.6 其它方法
• 6.3 减小离析的施工控制
• 6.3.1 集料的离析控制
• 6.3.2 沥青混合料运输离析控制
• 6.3.3 沥青混合料摊铺离析的控制
• 6.3.4 沥青混合料转运车对离析的控制
• 6.4 小结
• 主要结论与进一步研究的建议
• 1 主要结论
• 2 论文的创新点
• 3 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