瀝青混合料低溫鋪筑熱擴(kuò)散過(guò)程及改進(jìn)技術(shù)研究.pdf

1、瀝青路面低溫環(huán)境鋪筑時(shí),混合料將迅速降溫,導(dǎo)致難以碾壓密實(shí)或產(chǎn)生顯著溫度-密實(shí)度離析進(jìn)而影響路用性能。但是,由于氣候環(huán)境特點(diǎn),我國(guó)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(guó)筑路領(lǐng)域必須面對(duì)的問(wèn)題。當(dāng)施工條件不利時(shí),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(shí)的溫度下限時(shí)所需要的有效壓實(shí)時(shí)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(shí),應(yīng)采取何種應(yīng)對(duì)措施以保證工

2、程質(zhì)量。針對(duì)上述問(wèn)題,本文從傳熱學(xué)角度出發(fā),建立了鋪筑溫度場(chǎng)的數(shù)值仿真模型,采用仿真手段對(duì)瀝青路面低溫鋪筑過(guò)程的熱擴(kuò)散影響因素進(jìn)行了敏感性分析。進(jìn)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(shí)溫度域的低溫施工改進(jìn)技術(shù)。
　　瀝青路面鋪筑熱擴(kuò)散過(guò)程影響因素復(fù)雜而多變,由現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)無(wú)法得到全面和可靠的規(guī)律。研究首先基于鋪筑溫度場(chǎng)的觀測(cè)和傳熱學(xué)分析,確定鋪筑過(guò)程中不同的熱擴(kuò)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(guò)對(duì)鋪筑過(guò)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(chǎng)仿真模型。該模型的特點(diǎn)是采用在鋪筑過(guò)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(shí)遍數(shù)動(dòng)態(tài)變化的對(duì)流、有效輻射和灑水三種邊界換熱條件,同時(shí)層厚在鋪筑過(guò)程中隨碾壓次數(shù)非連續(xù)變化。通過(guò)初始條件迭代,實(shí)現(xiàn)了多種非連續(xù)性條件在連續(xù)場(chǎng)仿真中的同時(shí)調(diào)用。依據(jù)溫度場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果所進(jìn)行的仿真檢驗(yàn)證

4、明:本文仿真模型準(zhǔn)確,仿真結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果一致。
　　基于仿真試驗(yàn),本文對(duì)影響鋪筑熱擴(kuò)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(jìn)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(kuò)散過(guò)程對(duì)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(shí)時(shí)間能延長(zhǎng)約5min;初壓溫度相同的情況下,厚度每減少1cm,有效壓實(shí)時(shí)間減少約10min。瀝青層厚度小于等于5c

5、m時(shí)壓實(shí)時(shí)間將變得窘迫,必須通過(guò)技術(shù)改進(jìn)措施延長(zhǎng)有效壓實(shí)時(shí)間來(lái)保證壓實(shí)質(zhì)量。
　　放大瀝青混合料施工可操作溫度范圍對(duì)延長(zhǎng)有效壓實(shí)時(shí)間非常有效,且對(duì)工程具有普遍適用性。相對(duì)于溫拌,低溫環(huán)境施工時(shí),維持熱拌是保證壓實(shí)質(zhì)量、混合料品質(zhì)與路面長(zhǎng)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(jìn)方向確定為保持高溫拌合的同時(shí)降低壓實(shí)溫度,提出用稀釋機(jī)理的瀝青階段降粘技術(shù),基于平衡拌合-鋪筑-使用三個(gè)階段的瀝青降粘作用來(lái)實(shí)現(xiàn)上述研究目的。

6、
　　為評(píng)價(jià)稀釋機(jī)理階段降粘技術(shù)對(duì)混合料由施工期到服役期的全面影響,研究設(shè)計(jì)了瀝青高溫拌合老化影響-混合料最佳壓實(shí)溫度降低效果影響-混合料服役期路用性能影響的試驗(yàn)評(píng)價(jià)體系。從而對(duì)使用降粘添加劑的混合料進(jìn)行了全面技術(shù)評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果表明,以煤油為基礎(chǔ)的降粘添加劑對(duì)瀝青熱拌老化無(wú)明顯不利影響,熱拌后的混合料可壓實(shí)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(shí)時(shí)間延長(zhǎng)約20min;在密實(shí)度相同的情況下,熱拌-溫成型的稀

7、釋機(jī)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(guò)試驗(yàn)路應(yīng)用,本文驗(yàn)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(duì)壓實(shí)工藝進(jìn)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(shí)標(biāo)準(zhǔn)。而跟蹤觀測(cè)證明:試驗(yàn)路所使用的混合料能夠經(jīng)受荷載和環(huán)境的考驗(yàn)。
　　本文在瀝青路面鋪筑溫度場(chǎng)仿真模型、鋪筑熱擴(kuò)散影響因素敏感性分析、適于低溫鋪筑的瀝青混合料改進(jìn)技術(shù)機(jī)理、階段降粘技術(shù)對(duì)瀝青