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玄武岩纤维增强路面材料性能试验研究

作　者: 范文孝
导　师: 康海贵；蔡迎春
学　校: 大连理工大学
专　业: 港口海岸及近海工程
关键词: 玄武岩纤维路面材料路用性能试验研究
分类号: U414
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

沥青路面因平整、舒适、噪音小等特点在高等级路面中得到了广泛的应用。但随着交通量和轴载的不断增大,沥青路面早期破坏现象日趋严重,对沥青混合料的路用性能提出了更高的要求。如何有效提高沥青路面的服务质量和使用寿命成为了广大道路工作者的研究重点。纤维作为一种新型的工程材料的添加剂和稳定剂,因其优良的路用性能以及施工简单、造价经济等特点在国内外引起了学者们的重视。玄武岩纤维作为继木质素纤维、聚合物纤维之后出现的又一种新型纤维,以其优良的技术性能受到人们的普遍关注。其不仅有效弥补了有机类纤维的强度与弹性模量低、耐高温性能差等缺点,同时也克服了石棉等矿物纤维存在污染环境的缺陷。本文在国内外已有研究成果的基础上,首先通过马歇尔试验与高温车辙试验确定最佳的沥青与纤维用量。然后通过高温稳定性、水稳定性试验、疲劳试验及低温抗裂试验研究了玄武岩纤维沥青混合料的路用性能,并与聚酯纤维混合料、木质素纤维混合料及无添加纤维混合料路用性能进行对比与分析。针对目前我国半刚性基层和底基层严重开裂现象,研究了玄武纤维的掺入对半刚性基层和底基层材料性能的改善情况。本文主要研究工作如下：(1)纤维沥青混合料马歇尔试验研究通过对不同纤维类型及纤维用量的沥青混合料马歇尔试验研究,分析了纤维对沥青混合料马歇尔试验结果影响的原因,分析了纤维沥青混合料马歇尔指标的变化规律,并确定了纤维沥青混合料的最佳油石比和纤维掺量。(2)纤维沥青混合料路用性能试验研究通过高温稳定性试验、水稳性试验、疲劳试验及低温抗裂性试验对不添加纤维、添加玄武岩纤维、添加聚酯纤维(polyester)以及添加木质纤维(nethyl cellulose)’隋况下的沥青混合料的路用性能进行了对比分析。研究表明,纤维沥青混合料在路用性能方面得到了明显的改良与优化；在保持最佳纤维掺量的情况下,玄武岩纤维对沥青混合料路用性能的增强效果更明显。(3)玄武纤维水泥稳定碎石(基层和底基层)材料性能试验采用不同配合比和纤维掺量,开展了玄武岩纤维水泥稳定碎石抗压强度、弯曲强度和韧性及疲劳特性、抗裂性能(干缩开裂和温度循环开裂)试验研究,结果表明玄武岩纤维在一定程度上能够改善水泥稳定碎石基层的路用性能。(4)玄武岩纤维增强半刚性沥青路面疲劳寿命预估研究为了验证玄武岩纤维增强半刚性沥青路面路用性能、提高其服务质量和延长其寿命的效果,在沥青面层掺入适量玄武岩纤维,进而对其疲劳寿命进行预估,并与普通半刚性沥青路面的疲劳寿命进行了对比验证。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-22
  1.1 选题背景  12-14
    1.1.1 我国公路建设的发展  12
    1.1.2 半刚性基层沥青路面在我国的应用  12-13
    1.1.3 半刚性路面早期破坏现象及原因  13-14
  1.2 纤维沥青混合料的研究现状  14-17
    1.2.1 国外纤维沥青混合料研究进展  14-15
    1.2.2 国内纤维沥青混合料研究进展  15-17
  1.3 纤维半刚性基层研究现状  17-18
  1.4 玄武岩纤维的应用现状  18-20
    1.4.1 玄武岩纤维的应用  18-19
    1.4.2 玄武岩纤维在土木工程领域的应用  19-20
  1.5 本文主要工作  20-22
2 纤维对沥青混合料的增强作用  22-32
  2.1 沥青混合料强度形成机理  22-24
  2.2 纤维对道路材料的作用  24-25
  2.3 纤维复合材料增强机理  25-31
    2.3.1 复合材料界面理论  26-29
    2.3.2 复合材料单向拉伸模型  29
    2.3.3 断裂力学模型  29-31
  2.4 小结  31-32
3 纤维沥青混合料马歇尔试验研究  32-49
  3.1 原材料技术性能指标  33-41
    3.1.1 沥青  33
    3.1.2 集料技术指标  33-35
    3.1.3 纤维主要技术指标  35-39
    3.1.4 玄武岩纤维长度对纤维沥青延度、最大拉力及功的影响  39-41
  3.2 纤维沥青混合料马歇尔试验  41-48
    3.2.1 试验目的及意义  41
    3.2.2 试验方案设计  41-43
    3.2.3 试验结果  43-47
    3.2.4 结果分析  47-48
  3.3 小结  48-49
4 纤维增强沥青混合料路用性能试验研究  49-59
  4.1 高温车辙试验  49-52
  4.2 水稳性试验  52-54
    4.2.1 浸水马歇尔试验  52-53
    4.2.2 冻融劈裂试验  53-54
  4.3 低温抗裂性试验  54-56
  4.4 纤维沥青混合料的疲劳性能  56-57
  4.5 结论  57-59
5 玄武岩纤维增强水泥稳定碎石力学性能试验研究  59-78
  5.1 前言  59
  5.2 玄武岩纤维水泥稳定碎石强度形成机理  59-64
    5.2.1 水泥稳定碎石强度形成机理  59-60
    5.2.2 纤维对水泥稳定碎石的增强机理分析  60-64
  5.3 原材料性能及配合比设计  64-68
    5.3.1 水泥  64
    5.3.2 骨料  64-65
    5.3.3 玄武岩纤维  65-66
    5.3.4 玄武岩纤维水泥稳定碎石基层配合比  66-67
    5.3.5 玄武岩纤维长度对半刚性基层材料力学性能的影响  67-68
  5.4 玄武岩纤维水泥稳定碎石材料力学性能试验  68-77
    5.4.1 玄武岩纤维水泥稳定碎石的成型与养护  68-70
    5.4.2 玄武岩纤维增强水泥稳定碎石的工作性试验  70-71
    5.4.3 玄武岩纤维水泥稳定碎石抗压强度试验  71-75
    5.4.4 玄武岩纤维水泥稳定碎石抗弯拉强度试验  75-77
  5.5 小结  77-78
6 玄武岩纤维水泥稳定碎石断裂能试验研究  78-88
  6.1 引言  78
  6.2 断裂能概念及测试方法  78-80
    6.2.1 断裂能概念  78-79
    6.2.2 断裂能测试方法  79-80
  6.3 玄武岩纤维水泥稳定碎石的荷载-挠度曲线及断裂能计算  80-87
    6.3.1 玄武岩纤维水泥稳定碎石的断裂能试验结果  80-86
    6.3.2 玄武岩纤维水泥稳定碎石断裂能影响因素分析  86-87
  6.4 小结  87-88
7 玄武岩纤维水泥稳定碎石抗裂性能试验研究  88-99
  7.1 引言  88-89
  7.2 试验方法  89-91
  7.3 试验结果  91-97
    7.3.1 C系列玄武岩纤维水泥稳定碎石抗裂性能试验  91-92
    7.3.2 D系列玄武岩纤维水泥稳定碎石抗裂性能试验  92-94
    7.3.3 E系列玄武岩纤维水泥稳定碎石抗裂性能试验  94-96
    7.3.4 F系列玄武岩纤维水泥稳定碎石抗裂性能试验  96-97
  7.4 小结  97-99
8 玄武岩纤维增强半刚性基层材料温度循环试验研究  99-109
  8.1 引言  99
  8.2 试验方法  99-101
  8.3 试验结果分析  101-108
    8.3.1 C系列玄武岩纤维水泥稳定碎石抗温缩性能试验  101-104
    8.3.2 D系列玄武岩纤维水泥稳定碎石抗温缩性能试验  104-106
    8.3.3 E系列玄武岩纤维水泥稳定碎石抗温缩性能试验  106-107
    8.3.4 F系列玄武岩纤维水泥稳定碎石抗温缩性能试验  107-108
  8.4 小结  108-109
9 玄武岩纤维增强半刚性沥青路面使用寿命预估研究  109-123
  9.1 路面使用寿命评估的基本方法  109-110
  9.2 半刚性沥青路面性能模型研究  110-112
    9.2.1 沥青路面疲劳开裂模型  110-111
    9.2.2 沥青路面永久变形模型  111
    9.2.3 沥青路面车辙深度模型  111-112
  9.3 沥青路面使用寿命控制指标  112-116
    9.3.1 损坏比控制指标  112-114
    9.3.2 车辙深度控制指标  114-116
  9.4 玄武岩纤维增强半刚性沥青路面疲劳寿命预估  116-122
    9.4.1 试验路段设计  116-118
    9.4.2 不同预估模型预估寿命分析  118-121
    9.4.3 预估寿命综合分析  121-122
  9.5 小结  122-123
10　结论与展望  123-126
  10.1 结论  123-125
  10.2 展望  125-126
参考文献  126-132
创新点摘要  132-133
博士学位期间发表学术论文及参与科研项目情况  133-134
参与科研项目  134-135
致谢  135-136
作者简介  136-137

玄武岩纤维增强路面材料性能试验研究

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