文档介绍：长安大学
硕士学位论文
基于矿料颗粒量化指标的沥青混合料优化设计
姓名:程小云
申请学位级别:硕士
专业:道路与铁道工程
指导教师:张争奇
20100603
摘要随着我国高速公路网的不断完善,市际、市域、市内交通的可达性、高效性、便捷性及安全性都得到了很大的提升。但是各种病害不断侵蚀着原有道路,尤其是车辙病害在全国范围内都普遍存在,严重损害了沥青路面的使用性能,路面服务水平的降低,大大增加了道路运营者的成本和道路使用者的出行费用。实践证明,造成路面损坏的原因除了超载、自然老化等这些外因,最关键的是混合料级配这一内在因素。因此,级配优化研究工作势在必行。级配设计依赖于设计经验,已有的优化方法多从调整级配入手,侧重于对宏观因素如粒径大小的调控。但是实践表明,矿料级配性能不仅与其粒径大小有关,也与颗粒形状、规格和质地有很大的关系,现行级配设计方法仅考虑粒径大小,不能取得最优的设计结果。所以多尺度分析级配影响因素,研究级配设计方法具有重要意义。本文从矿料微观尺度展开研究,借助于图像处理技术,对矿料颗粒的形状特征深入研究,提出表征矿料颗粒形状特征的参数。并在预先设定不同形状颗粒的不同含量下,进行混合料高温性能试验,探求各参数的变化规律;并采用分形理论研究级配曲线量化方法。论文还利用分析软件分析得到混合料性能与矿料颗粒形状特征参数和级配参数的数学关系,且相关性较高。论文所提模型反映了矿料级配与颗粒对沥青混合料性能的综合影响,为级配优化设计提供了理论基础。若矿料一定,级配一定,可根据模型计算出混合料性能,从而可对矿料级配组成的初步设计进行调整,大大提高了沥青混合料设计效率,是一种对级配设计的“事前呕椒ā3晒糜诨旌狭仙杓疲蕴岣吡で嗷旌狭下酚眯阅埽减少路面病害有重要意义。关键词:沥青混合料;级配;数字图像处理;集料形状特性;高温性能
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第一章绪论课题的提出和意义近年来,我国公路建设迎来了又一次建设新高潮,尤其是高速公路建设以前所未有的速度飞速发展,将我国的公路建设事业代入了高速发展的新时期。路网的不断完善不仅方便了人们的出行,更是大大节约了各地区之间物资运输、客流运输的费用和成本,从而带动了沿新建道路一带或一区的经济发展,具有可观的社会效益和经济效但是在这种公路建设蓬勃发展的背景下,因为大修或抢修某段道路使整条道路出现排队堵塞,从而影响整个路网畅通性的现象屡见不鲜。路面早期损坏的速度随着路网建设速度的增加而加快,导致这种不良现象的因素主要包括设计环节霞杜洹路面结构⑹┕せ方施工技术水平⑼庠谝蛩交通环境、自然条件取V挥从问题的本质入手才能从根本上解决问题,而设计环节中的混合料设计决定了路面的各项路用性能,是路面使用寿命的决定性因素。从微观结构上考虑,沥青混合料主要由矿质集料、沥青粘结料和空隙三大部分组成。其中矿质集料在混合料的组成中,无论是体积还是质量都占主要部分,也是沥青混合料强度的主要来源,因此对沥青混合料宏观性能的影响举足轻重。矿料特征具有个体特征罅系男巫础⒐娓瘛⒓杜、堆积特征羌芙峁和组合特征杜。矿料级配是影响沥青混合料性能的主要因素,是平衡与协调各项性能的重要手段。目前的级配设计方法无论基于何种理论,在实际操作中都是设计者先按照规范推荐的级配范围,根据经验提出初选级配,再经过试验进行级配调整。显然,这种沿用已久的设计方法与基层设计人员的技术素质有关,而更重要的是与规范中没有一个完整的级配设计体系和调整方法有关。因此研究级配优化方法具有非常重要的意义。研究矿料级配不是不同粒径的矿料颗粒在不同含量下的简单搭配,而应该从两个层面分别研究,即宏观层面的级配帕0凑找欢ü嬖蜃楹洗钆涞奶匦和微观层面的矿料颗粒个体的特性。而目前大量的级配优化方法都是基于宏观层面展开研究,通过调整某一种或多种粒径颗粒的含量,改变级配走向,从而改善混合料性能。忽略了集料颗粒微观特性诸如颗粒形状、棱角性、表面纹理等的影响,对不同的颗粒采用相同的级配,这必然会导致后期施工和使用中会出现问题。沥青混合料的微观结构组成和微观结构分布对宏观性能的影响导致沥青混合料性能的变异性很大。因此,深入微观了解集料形状益。长安大学硕士学位论文
有机物含量试验等,物理试验包括集料筛分试验、形状特征及表面纹理的测赳。显然国内外研究概况对混合料路用性能的影响对于混合料设计有很好的指导作用。目前规范在材料选择阶段对集料的质量具有一定的控制和要求。所采用的集料必须经过一系列力学、化学及物理试验,以确保集料的性质能满足规范的要求。力学试验包括集料磨耗试验、耐久性试验、磨光值试验等,化学试验包括集料坚固性试验、这些试验属于检测性质的,所得结果仅能用于判定集料质量的好坏,难以与混合料性能建立联系。此外,每