沥青混合料高温稳定性评价指标和级配设计方法研究
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摘要
本文通过对陕西省高速公路车辙病害的调查分析,对较好路段及车辙严重段的级配曲线和混合料组成的分析,得出车辙病害的主要原因在于级配不合理,车辙的类型主要是失稳性车辙,剪切流动变形是永久变形问题的主要发生机理,所以提高混合料的抗剪切流动变形能力是解决车辙问题的关键。
通过比较分析沥青混合料高温性的各种试验方法和相应的评价指标,结合车辙病害机理分析,指出动稳定度指标的存在的不足。基于压实理论分析,本文首次提出了“综合稳定系数CSI”的概念,作为沥青混合料永久变形评价指标,基于现有车辙试验设备,给出了综合稳定系数的计算公式。该指标综合考虑了压实过渡期和压实稳定期的变形,能更好的评价沥青混合料的高温稳定性,并通过分析综合稳定系数与力学指标劲度模量之间的相关性,建立两者之间的关系模型,验证了综合稳定系数的合理性。
通过建立散体细观力学模型,推导出散体剪切模量的理论计算公式,通过球体在空间不同排列方式的统计分析,得出了散体相对密度d与单位体积接触面数目N_1/V_1呈线性关系,根据建立的回归模型确定散体颗粒接触面数目,为建立测试粗集料剪切模量的基本方法提供更深层次的力学参考依据。
结合逐级填充理论,首次提出了以集料散体的剪切模量为主要控制指标的“多级抗剪密级配”MAS设计方法。保证了设计的级配有最大的抗剪切能力,以提高混合料的高温稳定性。对设计出的多级抗剪密实级配MAS—20进行路用性能检验,选取了的五条很有代表性的级配曲线进行比较分析,试验结果证明了多级抗剪密级配MAS—20的高温稳定性和水稳定性都很好,说明多级抗剪密级配适合于高温多雨地区高速公路中面层的设计要求,印证了MAS级配设计方法的合理性。
Through the field investigation of rutting of asphalt pavements in Shaanxi province expressway and analysis of grading curve and the composition of asphalt mixture in different road session, we have good reason to believe that the existing asphalt mixture design method is not able to meet the requirement of heavy load traffic and the shear flow deformation is the main reason of rutting in pavement, so improving the anti-shear ability of asphalt mixture is the key of solve the problem of rut in pavement.
Through analyzing merit and shortcoming of different permanent deformation test methods and evaluation index of asphalt mixture, it was found that dynamic stability indictor in standard was not fit to evaluate permanent deformation of asphalt mixture. Based on the compaction theoretical analysis, this paper put forward a new evaluation index—Complex Stability Index to evaluate the high-temperature Stability of asphalt mixture comprehensively considering compaction period of transition and compaction stability period and give the calculation formulas of Complex Stability Index using present rutting test equipment. Though building the correlation model between Complex Stability Index and stiffness modulus, author proved the rationality of Complex Stability Index.
Through building the model of granular material mechanics, author acquired the formula of Shear Modulus. Through the analysis of different spheres arrangement model, author acquired the linear relation between relative density and the numbers of contact areas in unit volume, which afford the mechanics basis to test the Shear Modulus of coarse aggregate.
According to the theory of multilevel filling, this paper put forward a new grading design method (the Multilevel Anti—Shear Grading Design Method) to improve the anti-shearing ability of asphalt mixture. a example of design is given and experiment is done to test the pavement performance, and through comparing the pavement performance of MAS-20 to other grading asphalt mixture, the test result showed that the MAS-20 have good high-temperature stability and water stability, which proved the rationality of Multilevel Anti—Shear Grading Design Method.
通过比较分析沥青混合料高温性的各种试验方法和相应的评价指标,结合车辙病害机理分析,指出动稳定度指标的存在的不足。基于压实理论分析,本文首次提出了“综合稳定系数CSI”的概念,作为沥青混合料永久变形评价指标,基于现有车辙试验设备,给出了综合稳定系数的计算公式。该指标综合考虑了压实过渡期和压实稳定期的变形,能更好的评价沥青混合料的高温稳定性,并通过分析综合稳定系数与力学指标劲度模量之间的相关性,建立两者之间的关系模型,验证了综合稳定系数的合理性。
通过建立散体细观力学模型,推导出散体剪切模量的理论计算公式,通过球体在空间不同排列方式的统计分析,得出了散体相对密度d与单位体积接触面数目N_1/V_1呈线性关系,根据建立的回归模型确定散体颗粒接触面数目,为建立测试粗集料剪切模量的基本方法提供更深层次的力学参考依据。
结合逐级填充理论,首次提出了以集料散体的剪切模量为主要控制指标的“多级抗剪密级配”MAS设计方法。保证了设计的级配有最大的抗剪切能力,以提高混合料的高温稳定性。对设计出的多级抗剪密实级配MAS—20进行路用性能检验,选取了的五条很有代表性的级配曲线进行比较分析,试验结果证明了多级抗剪密级配MAS—20的高温稳定性和水稳定性都很好,说明多级抗剪密级配适合于高温多雨地区高速公路中面层的设计要求,印证了MAS级配设计方法的合理性。
Through the field investigation of rutting of asphalt pavements in Shaanxi province expressway and analysis of grading curve and the composition of asphalt mixture in different road session, we have good reason to believe that the existing asphalt mixture design method is not able to meet the requirement of heavy load traffic and the shear flow deformation is the main reason of rutting in pavement, so improving the anti-shear ability of asphalt mixture is the key of solve the problem of rut in pavement.
Through analyzing merit and shortcoming of different permanent deformation test methods and evaluation index of asphalt mixture, it was found that dynamic stability indictor in standard was not fit to evaluate permanent deformation of asphalt mixture. Based on the compaction theoretical analysis, this paper put forward a new evaluation index—Complex Stability Index to evaluate the high-temperature Stability of asphalt mixture comprehensively considering compaction period of transition and compaction stability period and give the calculation formulas of Complex Stability Index using present rutting test equipment. Though building the correlation model between Complex Stability Index and stiffness modulus, author proved the rationality of Complex Stability Index.
Through building the model of granular material mechanics, author acquired the formula of Shear Modulus. Through the analysis of different spheres arrangement model, author acquired the linear relation between relative density and the numbers of contact areas in unit volume, which afford the mechanics basis to test the Shear Modulus of coarse aggregate.
According to the theory of multilevel filling, this paper put forward a new grading design method (the Multilevel Anti—Shear Grading Design Method) to improve the anti-shearing ability of asphalt mixture. a example of design is given and experiment is done to test the pavement performance, and through comparing the pavement performance of MAS-20 to other grading asphalt mixture, the test result showed that the MAS-20 have good high-temperature stability and water stability, which proved the rationality of Multilevel Anti—Shear Grading Design Method.
引文
[1]中华人民共和国交通部 公路工程集料试验规程(JTJ058-2000)北京:人民交通出版社
[2]中华人民共和国交通部 公路工程沥青与沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)北京:人民交通出版社
[3]中华人民共和国交通部 公路土工试验规程(JTJ051-93)北京:人民交通出版社
[4]中国工程建设标准化协会公路工程委员会发布 公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南(SHC F40-01-2002)北京:人民交通出版社
[5]中华人民共和国交通部 公路沥青路面施工技术规范(征求意见稿)交通部公路科学研究所2002年6月
[6]中华人民共和国交通部 公路沥青路面设计规范(征求意见稿)交通部公路科学研究所2004年
[7]中华人民共和国交通部 公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)北京:人民交通出版社
[8]伍石生,陕西省高速公路路面车辙调查与分析报告,2003.10
[9]卢永贵 沥青玛蹄脂碎石混合料研究,博士论文 2001年2月
[10]沙庆林,高速公路沥青路面早期破坏现象及预防,人民交通出版社,2001.5。
[11]王勤,游国兰 沥青混合料中集料相对密度测定法与计算法的研究 华东公路2001年12月
[12]卢永贵,张登良 粗集料间隙率试验研究 西安公路交通大学学报2001年1月第21卷第1期
[13]王昌衡,陈建民沥青混合料车辙试验研究 中外公路2003年12月 第23卷 第6期。
[14]林绣贤 柔性路面结构设计方法 北京:人民交通出版社1991年10月
[15]王端宜,张肖宁 级配对沥青混合料体积特性的影响 华南理工大学学报2002年3月第30卷第3期
[16]林绣贤 沥青混凝土合理集料组成的计算公式 华东公路 2003年2月第1期
[17]张登良 沥青与沥青混合料,北京:人民交通出版社,1993年6月
[18]张登良 沥青路面,北京:人民交通出版社,1998年12月
[19]沈金安 沥青与沥青混合料路用性能,北京:人民交通出版社,2001年
[20]林绣贤,游国兰沥青混合料目标配合比设计快速确定法,华东公路,2001年2月第1期(总第128期)
[21]张宗涛,刘中林,郝培文,张登良 间断密级配沥青混合料配合比设计方法,西安公路交通大学学报,2001年10月第21卷第4期
[22]刘中林 骨架大粒径沥青混合料组成设计与路用性能研究,博士论文,2002年2月
[23]杨传高 压实沥青混合料密度试验方法分析中国市政工程200年3月
[24]唐前松,唐柳 沥青混合料高温稳定性的车辙试验研究 公路与汽运2004年12月第6期
[25]魏如喜SMA混合料密度测试方法研究公路2001年4月第4期
[26]吕伟民,石红星 沥青玛蹄脂碎石混合料级配的依据 石油沥青 2000年9月第14卷第3期
[27]于新,沥青混合料压实试件毛体积密度试验方法的研究 东南大学学报2001年5月
[28]王捷,胡应德,吴建浩 沥青混合料最大理论密度确定方法的比较 石油沥青2001年9月第15卷第3期
[29]袁万杰 多级嵌挤密实级配设计方法与路用性能研究 长安大学硕士学位论文2004年5月
[30]沈金安 改性沥青与SMA路面 北京:人民交通出版社1999年7月
[31]卢永贵,赵可,张登良 SMA骨架标准研究 长安大学学报 2002年1月第22卷第1期
[32]林绣贤 高性能沥青混合料设计方法的应用 华东公路1998年10月第5期(总第114期)
[33]韩海峰 高等级公路沥青材料永久变形特性研究 同济大学博士学位论文2004年4月
[34]陈春 沥青混合料空隙率影响因素研究 公路 2003年4月第4期
[35]贾渝,张全庚 对我国当前沥青路面技术标准的若干看法1999年8月第4期(总第119期)
[36]林绣贤 SMA目标配合比快速确定法 华东公路2001年4月第2期(总第129 Element and Mechanical Properties of Asphalt Concrete[J].Journal of Materials in Civil Engineering,Vol.13.
[57]Nielsen,C.B.(2002) Accelerated Testing of Permanent Deformation in Hot Rolled Asphalt Concrete Overlaid with Rut Resistant Asphalt Wearing Courses.
[58]林绣贤.沥青面层永久变形计算中有关参数的确定方法.中国公路学报.Vol.28.1988
[59]吕伟民.沥青粘滞性对混合料蠕变特性的影响.石油炼制与化工.27卷,第三期.1996
[60]吕文江 高速公路结构和材料设计一体化研究 长安大学博士论文2006年5月
[61]孙立军,谭忆秋等。重载交通下沥青混合料设计方法的新思考,第一届全国公路科技创新高层论坛论文集公路设计与施工卷2002年
[62]吴保生,马吉星。床沙代表粒径与输移泥沙中值粒径的关系,泥沙研究,2002年2月
[63]Rasmussen,R.O,Lytton,R.,Chang,G.K.(2002).Method to Predict Temperature Susceptibility of an Asphalt Binder[J].Journal of Materials in Civil Engineering,Vol.14.
[64]Basyouny,M.,Mamlouk,M.S.(1999).Effect of Aggregate Gradation on the Rutting Potential of Superpave Mixes[C/CD].Transportation Research Board 78th Annual Meeting.Washington,DC.
[65]Adnerson,R.M,Bukowski,J.R.,Turner,P.A.(1999).Evaluation Asphalt Mixtures Using Superpave Performance Tests[C/CD].Transportation Research Board 78th Annual Meeting.Washington,DC.
[66]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能.北京:人民交通出版社.2001
[67]张方方 沥青混合料抗车辙性能研究 长安大学硕士学位论文2004年6月
[68]吕伟民.沥青混合料设计原理与方法.同济大学出版社,2001,1.
[69]徐世法.高等级公路沥青路面车辙的预估控制与防治.同济大学博士学位论文,上海:同济大学.1991
[70]William R.Vavrik,Gerald Huber,William J.Pine,Samuel H.Carpenter and Robert Bailey:Bailey Method for Gradation Selection in Hot-Mix Asphalt Mixture Design.Transportation Research Board of The National Academies,Transportation Research E-Circular No.E-C044,Oct,2002.
[71]Coree,B.J(1999).The Difficult Nature of Minimum VMA:A Historical Perspective
[2]中华人民共和国交通部 公路工程沥青与沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)北京:人民交通出版社
[3]中华人民共和国交通部 公路土工试验规程(JTJ051-93)北京:人民交通出版社
[4]中国工程建设标准化协会公路工程委员会发布 公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南(SHC F40-01-2002)北京:人民交通出版社
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[60]吕文江 高速公路结构和材料设计一体化研究 长安大学博士论文2006年5月
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[62]吴保生,马吉星。床沙代表粒径与输移泥沙中值粒径的关系,泥沙研究,2002年2月
[63]Rasmussen,R.O,Lytton,R.,Chang,G.K.(2002).Method to Predict Temperature Susceptibility of an Asphalt Binder[J].Journal of Materials in Civil Engineering,Vol.14.
[64]Basyouny,M.,Mamlouk,M.S.(1999).Effect of Aggregate Gradation on the Rutting Potential of Superpave Mixes[C/CD].Transportation Research Board 78th Annual Meeting.Washington,DC.
[65]Adnerson,R.M,Bukowski,J.R.,Turner,P.A.(1999).Evaluation Asphalt Mixtures Using Superpave Performance Tests[C/CD].Transportation Research Board 78th Annual Meeting.Washington,DC.
[66]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能.北京:人民交通出版社.2001
[67]张方方 沥青混合料抗车辙性能研究 长安大学硕士学位论文2004年6月
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[69]徐世法.高等级公路沥青路面车辙的预估控制与防治.同济大学博士学位论文,上海:同济大学.1991
[70]William R.Vavrik,Gerald Huber,William J.Pine,Samuel H.Carpenter and Robert Bailey:Bailey Method for Gradation Selection in Hot-Mix Asphalt Mixture Design.Transportation Research Board of The National Academies,Transportation Research E-Circular No.E-C044,Oct,2002.
[71]Coree,B.J(1999).The Difficult Nature of Minimum VMA:A Historical Perspective