沥青路面水损坏机理及动水压力试验应用研究

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考虑雨天车轮荷载对路面的作用和动水压力发生的原理,必需建立相应的室内试验方法,以满足对路面水损害问题的研究需要。对沙滩、河岸、沥青路面和模拟动水压力冲刷机理进行分析发现,水压力的形成和瞬间消散是造成冲刷的主要原因;负压的存在加大了压力消散的势能。在上述机理分析的基础上,经过方案比选,设计开发了动水压力试验系统,对沥青混合料试件施加正、负压力交替的循环作用,模拟沥青路面动水压力对沥青混合料内部结构的破坏作用。 对沥青混凝土的动水冲刷模式进行了比较分析,认为定向不排水冲刷最接近路面实际情况,而非定向冲刷作用效果更明显;在设备工作能力范围内确定了试验条件参数,并与只施加正压力的情况进行了对比研究;对动水冲刷效果的评价方法进行了试验研究,对比了间接拉伸试验、单轴压缩试验和APA车辙试验的结果,对APA车辙试验的试件进行了数字图像处理分析,还对动水冲刷前后的空隙率指标做了对比,确定了后续试验中采用间接拉伸试验的评价方法和指标;选择定向不排水冲刷模式,对沥青混凝土在60℃高温条件下的破坏模式和沥青膜剥落的规律进行了试验研究。在此基础上,结合沥青路面水损害破坏现象,总结分析了沥青混凝土动水冲刷破坏的机理。 比较了正压力大小对非定向冲刷结果的影响,认为0.7MPa的正压力对沥青混凝土的抗水损害能力具有较明显的破坏效果。对混合料抗水损坏能力和动水冲刷时间的关系分析,确定了后续试验采用的动水冲刷时间。对动水冲刷对沥青混合料的破坏能量与冻融循环进行了对比,发现试验结果没有数量级的差别,也没有明显的倍数关系。 运用非定向冲刷分析原材料性质、级配对沥青混合料抗水损害性能的影响,进行了多因素影响显著度分析,包括沥青性质、集料性质、抗剥落措施、混合料级配类型,发现抗剥落措施的影响最显著,其次为混合料级配类型,再次沥青类型。运用非定向冲刷对空隙率的影响进行分析发现,空隙率为8%左右沥青混合料的抗水损坏能力最差,空隙率大于11%,劈裂强度反而增加,与该空隙率下动水压力极易消散有关。 由于沥青或沥青胶浆的粘度对粘附性具有较大的影响,导致粘附性评价的水煮法在100℃对一些高粘度的沥青和改性沥青对碎石的粘附性难以评价,而水对沥青—碎石界面的侵入能量不足以克服沥青粘度对粘附性的影响。为此,本文设计了密闭的高温水煮容器,可以进行100℃~190℃的特殊粘附性试验。对不同沥青类型、沥青胶浆在不同温度下的布氏粘度进行了试验,结合考虑水煮时的气压,确定特殊粘附性试验的温度为120 ℃。多因素影响分析证明了特殊粘附性受到沥青粘度的影响最大,其次是抗剥落措施。特殊粘附性试验对沥青与粗集料的粘附性具有明显的分级作用,对SBS改性沥青、掺加水泥、消石灰或抗剥落剂后的AH-70沥青,以及同时采用抗剥落措施的SBS改性沥青均适用。通过试验发现,WETFIX液体抗剥落剂对改善花岗岩与AH-70沥青粘附性效果相对较好,而对石灰岩、玄武岩效果较差;WETFIX液体抗剥落剂较固体粉末抗剥落剂效果好。 通过沥青路面离析规律的资料调查和实体工程试验检测,对沥青混合料摊铺阶段的离析、压实阶段的离析进行了试验分析,总结了摊铺离析和压实离析的特点,认为评价离析对沥青混合料抗水损坏性能的影响时,在规范允许的偏差范围内模拟离析即可,没必要跨公称最大粒径模拟离析,且应以模拟摊铺机端部粗离析为主;认为应重视压实离析、压实不足,特别是轻微的压实不足。 在此基础上设计模拟级配离析、级配离析耦合压实离析的混合料,运用动水压力试验系统进行了分析。目前施工技术规范对摊铺离析并未提出检验控制标准,仅对沥青混合料的生产拌和提出了级配检验要求,故根据上述试验结果,从保证沥青路面水稳定性的角度出发,对AC-25C、AC-13C沥青混合料提出了生产过程中级配控制的建议。
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