论文题目：基于泡沫沥青温拌再生沥青混合料基体的半柔性路面路用性能研究
摘要：沥青混合料热拌工艺是我国最为常用的沥青路面施工工艺。热拌沥青混合料的拌和温度通常在150℃～180℃之间,施工成型后的路面具备良好的路用性能,但施工过程需消耗大量能量、排放有害气体、危害作业人员健康,同时施工过程也加剧了沥青的老化从而降低路面的使用寿命。另外,我国由于路面维修改造等每年将产生数亿吨的旧沥青混合料,这些旧沥青混合料资源的高效再利用也成为了一个亟待解决的问题。交通建设行业在环境污染和资源消耗的问题上正面临着严峻的挑战。为此,本论文提出一种符合“绿色环保生产”的基于泡沫温拌再生沥青混合料基体的半柔性路面技术。该路面材料是在矿料中添加适当掺量的再生料,通过泡沫沥青温拌技术成型大空隙温拌再生基体,然后往基体灌注专用水泥砂浆并经养护而成的新型复合路面材料——泡沫沥青温拌再生半柔性路面材料。采用温拌技术能够减少能量消耗、有害气体排放和沥青老化,在矿料中加入再生料能够实现废料利用,降低再生料的二次老化。泡沫沥青温拌再生半柔性路面技术符合国家“绿色低碳、可持续发展”理念。本文进行的主要研究工作和成果如下:1)本文根据泡沫沥青的发泡机理和特性进行发泡试验设计,采用WLB10S型室内沥青发泡试验机进行室内发泡试验,通过改进膨胀率和半衰期测试方法,最后确定佛山70号沥青的发泡最佳条件为:发泡温度155℃,发泡用水量1.5%。2)原材料和再生料检测结果均符合规范要求,选择5种再生料掺量分别为0%、15%、30%、45%和60%,结合基体沥青混合料大空隙的特点采用主骨料空隙体积填充法进行级配设计,再通过析漏和飞散试验得到不同再生料掺量的基体最佳沥青用量分别为3.5%、3.56%、3.68%、3.81%和3.97%,试验结果表明按照该设计配合比成型的温拌再生基体沥青混合料的性能均符合技术指标。3)按照不同水灰比和含砂量将专用砂浆干粉制备成水泥砂浆,采用流动度、抗折强度、抗压强度和干缩率等指标对水泥砂浆进行性能评价,最终确定水灰比为0.22,含砂率为20%的水泥砂浆具备最优的灌浆效果和力学性能。4)按照温拌工艺制备马歇尔和车辙板基体试件,依据改进的半柔性材料制备工艺成型温拌再生半柔性路面材料,经过一定龄期的养护后开展相关室内试验来评价其路用性能如高温性能、低温性能、水稳定性能和疲劳性能。试验结果表明温拌再生半柔性材料的路用性能明显优于普通热拌沥青混合料,具备良好的抗车辙和抗水损害能力,同时也拥有一定的抗疲劳性能。5)由于半柔性材料同时具备了沥青混合料和水泥混凝土的特点,其抗开裂能力略差。针对半柔性路面抗开裂性能的瓶颈,本研究通过数字图像处理技术与ABAQUS有限元软件分析温拌再生半柔性材料的界面弱化后对材料内部应力分布的影响。研究表明半柔性材料的界面结构具备一定的变形抵抗能力,在荷载作用下能够吸收部分应力从而减轻材料内部的应变程度,提高界面结构强度能有效增强半柔性材料整体的抗开裂能力。
关键词：泡沫沥青;温拌再生;半柔性路面;水泥砂浆;路用性能;有限元模拟
学科专业：建筑与土木工程（专业学位）
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 温拌技术研究现状
1.2.2 再生技术研究现状
1.2.3 半柔性路面研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 技术路线
第二章 泡沫沥青发泡特性研究
2.1 沥青发泡原理
2.2 沥青发泡特性
2.2.1 沥青发泡效果的评价指标
2.2.2 沥青发泡效果的影响因素
2.3 沥青发泡最佳条件的确定
2.3.1 试验设备
2.3.2 评价指标的测试方法
2.3.3 沥青发泡试验
2.3.4 试验结果分析
2.4 本章小结
第三章 掺再生料的泡沫沥青温拌半柔性混合料设计
3.1 原材料检测
3.1.1 集料
3.1.2 矿粉
3.1.3 沥青
3.1.4 专用砂浆
3.2 基体沥青混合料配合比设计
3.2.1 主骨料空隙填充法
3.2.2 基体沥青混合料级配设计
3.2.3 最佳沥青用量确定
3.3 掺再生料的温拌基体沥青混合料制备和研究
3.3.1 RAP材料特征分析
3.3.2 温拌再生基体配合比设计
3.3.3 温拌再生基体最佳沥青用量确定
3.4 水泥砂浆制备和研究
3.4.1 砂浆制备过程
3.4.2 砂浆基本性能研究
3.4.3 砂浆力学性能研究
3.5 温拌再生半柔性混合料试件制备
3.5.1 半柔性材料制备工艺
3.5.2 马歇尔半柔性试件制备
3.5.3 车辙板半柔性试件制备
3.6 本章小结
第四章 温拌再生半柔性混合料路用性能研究
4.1 高温性能
4.1.1 马歇尔试验
4.1.2 车辙试验
4.2 低温性能
4.2.1 小梁弯曲试验
4.3 水稳定性能
4.3.1 浸水马歇尔试验
4.3.2 冻融劈裂试验
4.4 疲劳性能
4.4.1 四点弯曲疲劳试验
4.5 灰关联分析
4.5.1 灰关联分析计算步骤
4.5.2 温拌再生半柔性材料路用性能影响因素灰关联分析
4.5.3 灰色关联度结果分析
4.6 本章小结
第五章 温拌再生半柔性材料界面有限元数值分析
5.1 有限元模型建立
5.1.1 有限元模型的基本假定
5.1.2 数字图像处理技术
5.1.3 确定材料参数
5.1.4 建立模型结构
5.2 计算结果与有限元分析
5.2.1 应力分布情况分析
5.2.2 应变分布情况分析
5.3 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 论文主要研究工作与结论
6.2 研究创新点
6.3 研究与展望
参考文献
致谢