超大粒径沥青混合料设计方法研究

论文摘要

近年来,随着交通荷载的不断提高、胎压的不断增加,沥青路面重载交通的车辙问题已成为主要问题。国内外研究表明,适当增加集料尺寸能提高路面的抗车辙能力,同时又不削弱其他方面的性能。本文参照国外的研究成果,对最大公称粒径大于等于37.5mm的超大粒径沥青混合料(SLSM)结构和性能进行研究。本文分析沥青混合料组成结构特性和强度构成机理,提出针对超大粒径沥青混合料(SLSM)的配合比设计方法,并对其体积特性、力学强度特性、路用性能、和技术经济分析进行了系统的研究。研究表明：通过级配设计可知,逐级填充法可以使超大粒径沥青混合料形成骨架密实结构；由成型方法的研究可知,不同成型方法对于超大粒径沥青混合料体积参数具有重要影响；由离散元分析可知,超大粒径沥青混合料强度与粒径大小有密切联系,并且随着粒径增大荷载传递路径愈发简单清晰；由路用性能研究可知,与普通大粒径沥青混合料相比,超大粒径沥青混合料高温稳定性能突出,低温及水稳定性能差别不大。由技术经济评价可知,与常用大粒径沥青混合料相比,超大粒径沥青混合料成本优势明显。同时本文在研究过程中,应用分形理论研究SLSM分维数与体积参数、路用性能之间的关系,提出定量的评价超大粒径沥青混合料的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 术语及符号
• 图清单
• 表清单
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 大粒径沥青混合料的研究概况
• 1.2.1 大粒径沥青混合料的结构特性和强度构成机理
• 1.2.2 国内外大粒径沥青混合料的设计方法和设计标准
• 1.2.3 国内外大粒径沥青混合料力学特性及路用性能
• 1.2.4 国内外研究总结
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.3.3 预期目标
• 第二章 超大粒径沥青混合料（SLSM）组成设计研究
• 2.1 集料级配设计
• 2.1.1 粗细集料的划分
• 2.1.2 粗集料级配设计
• 2.1.3 细集料级配设计
• 2.2 集料级配合成
• 2.2.1 粗细集料合成级配计算
• 2.2.2 初步确定级配
• 2.2.3 沥青最佳用量
• 2.2.4 合成级配的检验
• 2.2.5 级配优化
• 2.3 SLSM成型方法研究
• 2.3.1 基于旋转压实（SGC）的SLSM成型方法研究
• 2.3.2 基于马歇尔大型击实的SLSM成型方法研究
• 2.3.3 基于振动成型的SLSM成型方法研究
• 2.3.4 不同成型方法的对比分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于分形理论的超大粒径沥青混合料（SLSM）级配分析
• 3.1 分形理论及其在沥青混合料研究中的应用
• 3.2 SLSM分维数分析
• 3.2.1 SLSM-40分维数计算
• 3.2.2 SLSM-50分维数计算
• 3.2.3 SLSM-50与SLSM-40分维数对比分析
• 3.2.4 SLSM分维数与体积参数
• 3.3 本章小结
• 第四章 超大粒径沥青混合料（SLSM）强度形成机理研究
• 4.1 沥青混合料组成结构特性和强度机理
• 4.2 基于离散元法的SLSM强度机理分析
• 4.2.1 PFC2D模型处理
• 4.2.2 模型处理数据分析
• 4.2.3 不同最大公称粒径下模型对比分析
• 4.3 SLSM强度试验分析
• 4.3.1 试验方法
• 4.3.2 无侧限抗压强度试验
• 4.3.3 劈裂试验
• 4.3.4 试验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 超大粒径沥青混合料（SLSM）体积特性研究
• 5.1 SLSM-40体积指标分析
• 5.1.1 SLSM-40设计级配
• 5.1.2 试验结果分析及最佳沥青用量确定
• 5.1.3 SLSM-40沥青膜厚度对体积指标的影响
• 5.1.4 SLSM-40与AC-25体积指标对比分析
• 5.2 SLSM-50体积指标分析
• 5.2.1 SLSM-50设计级配
• 5.2.2 试验结果分析及最佳沥青用量确定
• 5.2.3 SLSM-50沥青膜厚度对体积指标的影响
• 5.2.4 SLSM-50与SLSM-40体积指标对比分析
• 5.3 SLSM体积参数与级配组成关系研究
• 5.3.1 级配类型对空隙率的影响
• 5.3.2 级配组成对体积参数的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 超大粒径沥青混合料（SLSM）路用性能研究
• 6.1 SLSM高温稳定性
• 6.1.1 试件制备
• 6.1.2 试验结果分析
• 6.2 SLSM低温抗裂性
• 6.3 SLSM水稳定性
• 6.4 SLSM路用性能与分维数关系研究
• 6.5 本章小结
• 第七章 超大粒径沥青混合料（SLSM）技术经济特性分析
• 7.1 路用性能优势分析
• 7.1.1 AC-25路用性能分析
• 7.1.2 性能对比分析
• 7.2 SLSM成本优势分析
• 7.2.1 材料成本分析
• 7.2.2 超大粒径沥青混合料路面全寿命周期经济分析
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 主要创新点
• 8.3 展望
• 附录A 原材料技术性能
• A.1 集料
• A.2 沥青
• A.3 填料
• 附录B 本论文试验方法
• B.1 常规试验方法
• B.1.1 成型方法
• B.1.2 Superpave技术标准及试验方法
• B.1.3 强度及力学特性试验
• B.1.4 路用性能试验
• 附录C PFC2D模型处理数据
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 参考文献
• 致谢