瀝青混合料低溫鋪筑熱擴散過程及改進技術(shù)研究.pdf

1、瀝青路面低溫環(huán)境鋪筑時,混合料將迅速降溫,導(dǎo)致難以碾壓密實或產(chǎn)生顯著溫度-密實度離析進而影響路用性能。但是,由于氣候環(huán)境特點,我國北方和青藏高原地區(qū)的瀝青路面施工將不可避免地遇到大溫差或低溫的不利環(huán)境。低溫環(huán)境鋪筑是我國筑路領(lǐng)域必須面對的問題。當(dāng)施工條件不利時,道路工作者需要了解瀝青混合料自最高鋪筑溫度冷卻到允許壓實的溫度下限時所需要的有效壓實時間,以制定是否施工的決策;或者當(dāng)處于大溫差不利環(huán)境而又必須施工時,應(yīng)采取何種應(yīng)對措施以保證工

2、程質(zhì)量。針對上述問題,本文從傳熱學(xué)角度出發(fā),建立了鋪筑溫度場的數(shù)值仿真模型,采用仿真手段對瀝青路面低溫鋪筑過程的熱擴散影響因素進行了敏感性分析。進而,在影響因素分析的基礎(chǔ)上,提出并研究了放大瀝青混合料可壓實溫度域的低溫施工改進技術(shù)。
　　瀝青路面鋪筑熱擴散過程影響因素復(fù)雜而多變,由現(xiàn)場觀測和統(tǒng)計無法得到全面和可靠的規(guī)律。研究首先基于鋪筑溫度場的觀測和傳熱學(xué)分析,確定鋪筑過程中不同的熱擴散影響因素在瀝青鋪層層內(nèi)與界面的傳熱方式與能量

3、守恒。然后通過對鋪筑過程中材料性質(zhì)與邊界條件的研究,建立了基于通用CAE(ComputerAidedEngineering)軟件的一維鋪筑溫度場仿真模型。該模型的特點是采用在鋪筑過程中隨碾壓次數(shù)和溫度而改變的材料熱物性,以及隨施工表面溫度和壓實遍數(shù)動態(tài)變化的對流、有效輻射和灑水三種邊界換熱條件,同時層厚在鋪筑過程中隨碾壓次數(shù)非連續(xù)變化。通過初始條件迭代,實現(xiàn)了多種非連續(xù)性條件在連續(xù)場仿真中的同時調(diào)用。依據(jù)溫度場觀測結(jié)果所進行的仿真檢驗證

4、明:本文仿真模型準(zhǔn)確,仿真結(jié)果與觀測結(jié)果一致。
　　基于仿真試驗,本文對影響鋪筑熱擴散的環(huán)境條件、鋪層條件、底層條件和施工工藝條件等因素進行了單因素和多因素敏感性分析,分層逐次揭示了鋪筑熱擴散過程對于不同因素變化的敏感性。分析結(jié)果表明,在0~10℃區(qū)間的典型低溫施工環(huán)境下,初壓溫度每增加10℃,4~6cm鋪層的有效壓實時間能延長約5min;初壓溫度相同的情況下,厚度每減少1cm,有效壓實時間減少約10min。瀝青層厚度小于等于5c

5、m時壓實時間將變得窘迫,必須通過技術(shù)改進措施延長有效壓實時間來保證壓實質(zhì)量。
　　放大瀝青混合料施工可操作溫度范圍對延長有效壓實時間非常有效,且對工程具有普遍適用性。相對于溫拌,低溫環(huán)境施工時,維持熱拌是保證壓實質(zhì)量、混合料品質(zhì)與路面長期使用性能的基本需求。由此,本文將混合料低溫施工技術(shù)改進方向確定為保持高溫拌合的同時降低壓實溫度,提出用稀釋機理的瀝青階段降粘技術(shù),基于平衡拌合-鋪筑-使用三個階段的瀝青降粘作用來實現(xiàn)上述研究目的。

6、
　　為評價稀釋機理階段降粘技術(shù)對混合料由施工期到服役期的全面影響,研究設(shè)計了瀝青高溫拌合老化影響-混合料最佳壓實溫度降低效果影響-混合料服役期路用性能影響的試驗評價體系。從而對使用降粘添加劑的混合料進行了全面技術(shù)評價。試驗結(jié)果表明,以煤油為基礎(chǔ)的降粘添加劑對瀝青熱拌老化無明顯不利影響,熱拌后的混合料可壓實溫度域放大20℃,相應(yīng)能使5cm以下薄層瀝青路面低溫施工的有效壓實時間延長約20min;在密實度相同的情況下,熱拌-溫成型的稀

7、釋機理瀝青混合料的服役期路用性能總體上不低于熱拌-熱成型的普通瀝青混合料。通過試驗路應(yīng)用,本文驗證了熱拌稀釋降粘型瀝青混合料的低溫環(huán)境應(yīng)用效果。在平均負(fù)溫環(huán)境并未對壓實工藝進行調(diào)整的條件下,使用該類型混合料的4cm和5cm的路面達(dá)到了高壓實標(biāo)準(zhǔn)。而跟蹤觀測證明:試驗路所使用的混合料能夠經(jīng)受荷載和環(huán)境的考驗。
　　本文在瀝青路面鋪筑溫度場仿真模型、鋪筑熱擴散影響因素敏感性分析、適于低溫鋪筑的瀝青混合料改進技術(shù)機理、階段降粘技術(shù)對瀝青