瀝青路面凝冰損壞影響因素及細觀機理研究.pdf

1、我國南方云南、貴州、四川等省地處高海拔潮濕山區(qū),由于氣候條件和地理位置等原因,冬季或早春時節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)凝凍災害。凝凍天氣會導致路面產(chǎn)生凝冰,不但會嚴重影響道路交通安全和運輸效率,還會直接或間接造成路面本身的嚴重損壞。由于凝凍天氣條件的特殊性,其對瀝青路面造成的損壞有別于我國北方等季凍區(qū)冬季溫度和濕度持續(xù)較低的氣候特點對路面造成的損壞,目前針對瀝青路面凝冰損壞的相關(guān)研究也較少。鑒于此,本文針對南方高原潮濕山區(qū)凝凍天氣對瀝青路面造成的損壞,開

2、展其損壞特點、影響因素、細觀機理以及評價方法等方面的研究,從而為這些地區(qū)瀝青路面凝冰前防護、凝冰后修復以及抗凝冰損壞路面材料的設計等工作提供依據(jù)。
　　首先,通過現(xiàn)場調(diào)查、檢測,結(jié)合芯樣試驗分析了凝冰對瀝青路面使用性能和混合料組成結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)果表明:凝冰破壞作用主要影響路面表面狀況,使其集料剝落、形成麻面等病害,路面構(gòu)造深度增大。通過對凝冰損壞不同程度路面的檢測和芯樣試驗,分析瀝青路面抗凝冰損壞能力存在差異的材料特性,結(jié)果表明:

3、混合料空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、集料表面瀝青膜厚度,集料強度、與瀝青的低溫粘結(jié)性等性質(zhì)都會影響瀝青路面抗凝冰損壞能力。
　　然后,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果,開展了瀝青混合料凝冰損壞影響因素研究。單面凍融試驗和低溫飛散試驗表明:空隙率對混合料受凝冰作用,以及受凝冰和交通荷載共同作用的損壞程度有重要影響,提出了 AC-16混合料抗凝冰損壞需控制的臨界空隙率為6％。鑒于空隙對混合料凝冰損壞的重要影響,采用工業(yè) CT試驗、圖像處理技術(shù)、有限

4、元等方法揭示了空隙率及空隙分布狀態(tài)對瀝青混合料凝冰損壞、交通荷載加劇混合料損壞的影響機理。此外,分析了其它影響瀝青路面受凝冰和交通荷載共同作用損壞的內(nèi)在因素,結(jié)果表明:SMA-13混合料抗凝冰損壞效果優(yōu)于 AC-13和 AC-16,兩種 AC混合料相差不大;與基質(zhì)瀝青相比,改性瀝青對混合料凝冰后的抗集料剝落能力有顯著提高,且凍融次數(shù)越多優(yōu)勢越明顯;在空隙率一致的情況下,玄武巖混合料抗凝冰和交通荷載沖擊、磨耗能力優(yōu)于石灰?guī)r混合料。

5、　　鑒于瀝青路面行車道交通荷載會加劇路面凝冰損壞,采用限元模擬分析了交通荷載加劇混合料凝冰損壞的機理。結(jié)果表明:空隙內(nèi)動水沖刷作用對不同位置瀝青砂漿和瀝青膜的受力和變形有加劇或減弱的作用,整體上會加劇混合料損壞;空隙中水結(jié)冰產(chǎn)生的凍脹力作用會明顯造成或加劇瀝青混合料損壞。
　　再后,鑒于凝冰后瀝青路面麻面、松散等病害與瀝青膠漿-集料間的粘結(jié)特性有密切關(guān)系,開發(fā)了“瀝青膠漿-未處理集料粘結(jié)特性的拉拔試驗”方法,揭示了凝冰對混合料膠漿

6、-集料粘結(jié)結(jié)構(gòu)的損壞機理。結(jié)果表明:①水的浸入使得瀝青膠漿-集料粘結(jié)的破壞形式由粘聚破壞變?yōu)檎掣狡茐?且破壞荷載大大降低,在冰膨脹力最大的-4℃時對路面損壞最顯著。②若膠漿與集料界面無水浸入,則凍融作用對其無明顯破壞作用;若界面有水浸入,凍融初期即對界面粘結(jié)力產(chǎn)生嚴重的破壞作用,界面很快脫粘。
　　并從瀝青膠漿-集料粘結(jié)特性角度揭示了原材料對混合料凝冰損壞的影響機理:SBS改性瀝青優(yōu)于基質(zhì)瀝青,界面有水時優(yōu)勢更明顯;粉膠比應控制在

7、0.7～1.3范圍內(nèi);溫度約-4℃以上時,石灰?guī)r與瀝青膠漿粘結(jié)性能受界面冰凍脹作用的影響稍小于玄武巖,但溫度約-4℃以下時,兩種集料相差不大。
　　最后,針對瀝青路面僅受凝凍作用時損壞具有隱蔽性,開發(fā)了用于檢測瀝青路面表面層集料剝落程度的“瀝青路面凍融損壞現(xiàn)場快速檢測設備”,并驗證了采用該設備測得的單位面積剝落量評價瀝青路面凝冰損壞程度具有良好的敏感性。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果,針對貴州地區(qū)瀝青路面上面層 AC-16混合料,提出了“快速檢