沥青路面水稳定性评价方法研究.doc

学位 申 请 人姓 名导 师姓 名及职称培养 单位专 业 名 称论文 提 交日 期论文 答 辩日 期答 辩委 员 会 主 席黄 童蓥 教 援 本 人 郑 重 声明： 所呈 交的论文 是 本 人 在 导 师的指 导 下独立 进行 研 究 所取 得 的研 究 成果。除了 文 中 特 别 加 以 标 注 引用 的内容外， 本 论文 不包含任何 其 他个 人或 集 体 已经发 表 或 撰 写 的成果作品 。对 本 文 的研 究 做 出重 要 贡献 的个 人和 集 体 ， 均 已在 文 中以 明确 方 式 标 明。本 人完全意识到本 声明的法律 后果由 本 人承 担。翩 虢剀 嘶 摘要本 文 主 要 从三 个 方 面 来研 究 沥青 路面 的水稳 定性 的长 期 性能 评 价方 法 。一是通 过 分 析 水损坏破 坏的特 点 ， 找出引发 水损坏的外部 原因， 为室 内试验的条 件模拟 提 供 依 据。并 根据水损坏的发 育 发 展 过 程 ， 认 识水损坏常见 的几种 破 坏类 型 ，找出引发 其 产生 的内部 原因。二 是 对 现有 常见 的评 价沥青 路面 的水稳 定性 的试验方 法 从试验原理 、 试验条 件、 试验所达 到的效 果以 及与实 际 的吻合 程 度 等 方 面 进行 对 比 ， 推 荐 能 较 好 的反 映水稳 定性 试验的试验方 法 ； 三 是 通 过 室内试验来验证所选试验方 法 的可 靠 性， 并 针 对 其 缺 陷 进行 适当 的改 进， 另 外分 析 现有 的冻 融劈裂 试验的改 进方 法 ， 找出其 不能 反 映水稳 定性 的根源所在 ， 并 提 出适当 的建 议，以 便 后续 研 究 。 瑂 琣 甋 籛 第 二 章沥青 路 面 水损坏分 析 改 进的冻 融劈裂 试验探 讨 一 主 要 结论 查 ， 指 出水损坏、 车辙 、 开 裂 、 平 整度 衰减 较 快 、 泛 油 、 松 散 等 为主 要 的破 坏形式 。 年 月 ， 中 国公 路 学会 道 路 分 会 对 全国 个 省 区的早 期 损坏情况 进行了 汇 总 ， 得 出高 速 公 路沥青 路面 的水损坏、 车辙 和 开 裂 是 其 主 要 的破 坏形 式 。这些早 期 破 坏现象 严重 影 响 了 道 路的使 用 安全， 降 低 了 道 路的使 用 寿命， 同 时 也带来了 巨大的经 济 损失 卜 。有 关 研 究 表 明， 在 各 种 类 型 的沥青 路面 早 期 破 坏现象 中 ，他各 种 破 坏都 会 间接 的引发 水损坏或 由 水损坏引起 。 针 对 沥青 路面 的早 期 破 坏现象 ， 我 国交通 部 公 路可 行 研 究 所进行 了 “高 速 公 和 将沥青 与集 料粘结力 损失 归结为以 下几种 模 式 ： 沥青 膜为达到热力 学平 衡 和 尽可 能 降 低 自 身的表 面 能 而沿集 料表 面 的收 缩与移 动、 沥青 膜由于水分 渗入 到沥青 膜与集 料表 面 的界 面 而从集 料表 面 分 离、 沥青 膜在 集 料的棱 角与粗 糙 等 薄 弱处 破 裂 、 沥青 在 高 温 低 粘作用 下， 遇 降 雨 产生 的沥青 膜起 泡 以 及荷载 作用 下产生 的水力 冲 刷 以 及孔 隙动水压 力 导 致沥青 膜 的剥 离等 几个 明显 的过有 研 究 认 为， 沥青 与矿 料的粘附性 是 影 响 沥青 路面 使 用 寿命的一个 重 要 原因， 提 高 粘附性 的建 议 矿 料的表 面 要 粗 糙 ， 以 增 加粘合 面 积 ， 矿 料表 面 存 在 孔隙和 微 裂 缝 ， 在 以 上 两者 条 件的支撑下， 沥青 在 高 温 作用 下的嵌入 和 锚 固 作用 使 得 粘附性最大。主 要 由 表 面 能 决 定，与内部 张力 有 关沥青 中 表 面 活性 物 质对 集 料表 面 的定向 吸附对 于酸 性 集 料 掺加 抗剥 落 剂 、合 理选用 沥青 表 沥青 混合 料 的分 类设 计孔 隙率 现场孔 隙率 沥青 路面 长 期 性能 方 法 评 价对 比 表 细咚 研 究 荷 载 、 环 境 、 材 料性能和 变异性 、 施工 质 量 和 维 修 水平 对公 路病害 和 性能 影 响 闓 提 出用 浸水压 缩试验来检 验沥青 混合 料的水稳 定性 。在 反 映现场沥青 路面 结构和 材 料的情况 。 主 要 研 究 内容与技 术 路线 图 水损坏的破 坏特 点沥青 路面 的水损坏在 其 破 坏时 间和 类 型 上 ， 有 以 下几种 情况 ： 图 曾 对 昌 泰 高 速 公 路的路 面 病害 进行 了 全线调 查 ， 水损坏病害 统计情况 如 表 表左 幅 路面 坑 槽 松 散 类 病害 统计数 量 表行 车道 破 损数 量表 右 幅 路 面 坑 槽 松 散 类 病害 统计数 量 表行 车道 破 损数 量超 车道 破 损数 量注 ： 坑 槽 深度 G 岫 人 鹕 耍 硬 凵疃 为重 度 损伤 。对 昌 泰 高 速 公 路的唧浆类 病害 统计情况 如 表 ：表 唧浆路 段汇 总路幅右 幅右 幅左 幅左 幅 图 路 面 结构层 的集 水现象 图 沥青 路面 的横 向 开 裂裂 缝 产生 的原因 干 缩裂 缝 ； 温 缩裂 缝 ； 施工 车辆 碾压 形 成的裂 缝温 度 的反 复 变化 及交通 荷 载的反 复 碾压 下形 成裂 缝投放 使 用前在 有 降 水存 在 的情况 下， 路表 水会 通 过 路面 上 的各 种 细微 裂 缝 以 及路 面 空 隙 网 量 路表 积 水在 行 车荷 载 下的动水压 力 图 图 图 两者 的交互 进行 便 产生 了 季 冻 区路 基 的融沉 变形 。其 中 融沉 量 决 定了 路基 的稳 定性。通 常路 基 的总 趋势 为向 下的残 余沉 降 累 积 。天 然季 节冻 融层 的变形 与气 温 、水分 状 况 、 路基 高 度等 有 关 。害 现象 与水损坏的相关 性 纵 向 裂 缝 水的影 响的水分 将成为降 低 沥青 与矿 料粘附性 的祸 害 。因此 规 范对 石料 的吸水率进行 了 限 交通 因素 的影 响重 车的动荷 载 一方 面 碾压 沥青 路面 ， 使 其 原生 裂 缝 进一步 扩 大， 为水进入 沥 周 卫峰 等 详 细研 究 了 沥青 的各 方 面 性能 ， 包括 组分 、 酸 值、 电 性能 等 对 矿 料吸附作用 的影 响 。其 指 出沥青 质 与胶 质 为极 性物 质 ， 沥青 中 的活性 组分 如 沥青 酸 、沥青 酸 酐 等 都 集 中 在 其 中 ， 是 沥青 与矿 料粘附性 的主 要 来源， 而饱和 分 为非 极 性物 质 ， 主 要 靠 范德 华力 与矿 料发 生 吸附作用 。针 对 沥青 的酸 值， 其 提 出酸 值越大 怀 ， 混合 料的抗水损坏能 力就越强 【 】。 附层 。 空隙率的影 响 青 路面 水损坏的发 育 发 展 过 程 可 以 看 出， 水损坏的产生 大都 是 从微 小开 始 的， 如 路面 破 损、 路面 产生 裂 缝 、 裂 纹 等 。为了 预 防 路面 水损坏对 道 路进行 定期 检 查 ， 对 路面 上 发 生 的各 种 破 损及病害 现象 究 其 原因的养 护 ， 从而防 止 微 小 病害 的蔓 延 扩 大， 最大程 度 上 保 证沥青 路面 处务 状 态 。路面 的水损坏与其 他早 期 破 坏现象 具备 一定的相关 性， 其 可 互 为影 响 ， 第 三 章水稳 定性 试验方 法 的对 比 评 价 试验方 法 筛选原则 程 度 上 决 定了 沥青 混合 料水稳 性。其 提 出应开 创多种 方 法 来提 高 在 任何 恶劣情况较 为系 统的研 究 ， 力 求 通 过 试验手段来提 高 沥青 与矿 料的粘附性 。目前常用 的且简 单直观的方 法 便 是 将裹覆 沥青 的矿 料置于水域 环 境 中 ， 通 过 目测 法 来判 断矿 料表 面 沥青 膜的剥 落 程 度 ， 从而间接 的研 究 沥青 路面 的水稳 性。常见 的方 法 为水煮法 、 水浸法 。此 两种 方 法 都 是 用 来评 定被 沥青 裹覆 的粗 集 料抵 抗受 水侵蚀造成剥落 的能 力 。此 外国际 上 通 行 的试验方 法 还有 光 电 比 色 法 和 搅 动水净吸附法 等 【 】。表 试验后集 料表 面 沥青 膜的剥 离情况沥青 膜完整程 度剥 离面 积 百分 率 第 三 ， 不能 很 好 的反 映沥青 混合 料的水损坏。水煮法 属 静 态 试验， 试验过 程中 沥青 膜的撕 裂 破 坏得 不到反 映， 不能 模 拟 汽车动荷 载 的作用 。另 外其 是 测定粗集 料在 外部 水源的作用 下与沥青 的粘附性 ， 忽 略了 细集 料及集 料内部 孔 隙水对 沥第 一， 解 决 了 微 沸 状 态 因人 而异的不确 定性 ， 指 出将裹覆 沥青 的集 料 置于 沥青 与粗 集 料表 面 的粘附性 、 粗 集 料抗水剥 离能 力目估矿 料表 面 沥青 膜的剥 落试验简 单， 耗时 短 ， 经 济 可 行 ， 初 步 预 测了 沥青 路面 的水稳 定性 。因水浸法 试件数 量 多， 评 价结果与沥青 路面 的水稳 定性 相关 性较 缺 乏 定量 指 标 ， 目测 估计剥 离面 积 准 确 性和 可 靠 性不佳； 忽 略了 沥青 与细集 料的粘附性 ； 无 法 反 映集 料内部 孔 隙水的影 响 ； 忽 略 了 老 化 对 水损坏造成的影 响特 有 缺点 其 中 ， 、 晃 狵 琈 为两者 的比 值 。 规 定， 当 采 用 浸水马 歇浸水马 歇尔 试验水稳 性检 验标 准 法 与路 面 实 际 的抗水损坏能 力 建 立 良好 的相关 性。 面 沥青 膜的置换 作用 以 及对 其 的乳化 作用 导 致沥青 与矿 料的粘附性 减 低 、 沥青 本 美 国洛特 曼试验与我 国冻 融劈裂 试验对 比表 我 国冻 融劈裂 试验的评 价标 准冻 融劈裂 残 留 强 度 比 ， 术 孙 长 新 采 用 “影 响 次 数 ”， 即试件在 浸水条 件下， 变形 发 生 突 变处 的点 所对 应的图 典型 浸水车辙 变形 曲 线图 图 。这 些试验设 备 大都 从国外引进， 且 试验设 备 昂 贵 ， 可 操 作性 较 差， 在焉翟鏊 沥青 混合 料水稳 定性 试验方 法 对 比 表击 实 法 位 魇 击 实 法 位 魇 特 有 缺点 沥青 与矿 料 的粘附性 试验 第 四章沥青 路面 抗水损坏试验综合 分 析沥青 混合 料是 指 使 用 沥青 胶 结料 将各 种 粒 径 的粗 细集 料粘合 起 来， 形 成具有一定的力 学强 度 及结构性 能 的整体 。纵 观上 述 分 析 ， 沥青 路面 的原材 料性能 极 大程 度 上 影 响 沥青 路面 结构的使 用 寿命， 要 保 证沥青 混合 料的整体 性， 防 止 沥青 膜从矿 料表 面 脱 落 形 成各 种 水损坏现象 ， 在 沥青 混合 料制 备 过 程 中 要 合 理 的选择 原材 料 沥青 及矿 料， 并 结合 相关 的粘附性 试验方 法， 来验证两者 之 间的粘附效 果，常用 的是 水煮法 和 水浸法 ， 但 因水煮法 试验条 件控制 过 于宽 松 ， 多采 用 水浸法 来测定沥青 与矿 料间的粘附性 。因水煮法 和 水浸法 都 是 测定粗 集 料与沥青 的粘附性能 ， 因此 还需 再对 其 混合 料进行 水稳 性试验， 这 里 采 用 浸水马 歇尔 和 冻 融劈裂 的试验方 法 ， 进行 进一步 的验证。其 中 浸水马 歇尔 试验为对 比 参 照 试验。本 试验采 用 埃 索 号 沥青 ， 根据 公 路 沥青 路 面 施工 技 术 规 范 初 步 评价。针 入 度 指 数 延 度 妫 软化 点 质 量 损失 通 过 对 其 进行 粘度 测试确 定其 混合 料拌合 温 度 ， 采 取 的试验方 法 为 公 路沥埃 索 号 妗 图 参 照 对 比 的石料 进行 了 密度 测试， 具体 见 表 表 。花 岗 岩集 料试验结果压 碎 值磨 耗值磨光 值吸水率注 ： 花 岗 岩的吸水率取 其 各 粒 径 吸水率的平 均 值。密度 汇 总 表粗 集 料 由 表 可 知， 花 岗 岩的各 项 指 标 均 满 足 规 范要 求 。 ， 并 将其 在 妗 的情况 下烘 干 ， 置于干 燥 箱 中 备 用 。 。 直鸾 阶槭 匝 湃 胫蠓 械 乃 校 謑 。并 将浮 于水面 的沥青 捞 出，简要 步 骤见 图 。 由 表 可以 看出： 对 于不掺加 抗剥 落 剂 的埃 索 号 沥青 表 级配 要 求 及合 成级配 表 对 其 进行 马 歇尔 试验， 已确 定最佳油 石比 ， 具体 见 表 。表 马 歇尔 试验结果表 水泥代替 矿 粉 水泥代替 矿 粉 水泥代替 矿 粉 图 发 生 水损破 坏的， 因此 为了 使 得 室内试件的设 计空 隙率与路 用 的实 际 空 隙率具有一定的相关 性， 可 采 取 减 少击 实 次 数 的办 法 来进行 试验。 表 击 实 次 时 试件空 隙率表混合 料类 型 改 进的冻 融劈裂 试验探 讨 图 不同 试验条 件下冻 融劈裂 结果表 料类 型 可 以 看 出， 随 着冻 融循 环 次 数 的加 大， 试件的劈裂 强 度 比 呈 下降 的老 化 及长 期 老 化 较 标 准 试件的劈裂 强 度 都 有 所升高 ， 这 主 要 是 因为 实 次 数 下， 空 隙率变化 较 大。而在 实 际 道 路设 计中 ， 与水损坏密切 相