摘 要

离析是路面施工中常发生的问题，通常表现为混合料实际级配出现差异，油石比达不到设计要求，因此研究离析对沥青混合料和路面均匀性的影响具有重要的理论意义和工程价值。

现阶段研究离析的方法主要有现场钻芯取样和室内混合料模拟两种方法，鉴于钻芯取样会对路面产生难以恢复的损伤，所以本文采取室内设计混合料进行模拟的方法。参考国外和国内学者做的一些研究，设计了临界离析的级配，初步选择级配的比表面积和分型维数D作为评价离析程度的指标。

通过对离析级配的油石比和空隙率、矿料间隙率、稳定度、流值分别进行拟合，找出符合设计要求的级配范围，一方面可以供依托的项目在现场调整级配参考使用，另一方面也可以对研究的级配类型保证路面施工质量提供一个控制范围。本文也通过分析级配离析与力学性能指标，如浸水马歇尔稳定度、冻融劈裂循环残留稳定度、车辙之间的关系，探究级配变化对其力学表现的影响。

研究成果表明：对于AC-20允许调整的级配范围是细集料增减3%，对于SMA-13可调整的范围是细集料可减小1%、可增加4%。比较室内各离析级配的体积指标和力学性质，看出SMA-13轻度的离析后，高温稳定性和水稳定性有所提高；但抗车辙性能有所下降，且细集料增加的下降速度高于粗集料增加的情况。通过以上指标发现现有离析分类标准对于SMA-13并不适合，以及依靠动稳定度单个指标并不能反映沥青混合料抗车辙性能的强弱，需要其他指标辅助判断。通过用级配分维数作为评价离析的指标，我们得到得AC-20的无离析范围为2.478～2.502，SMA-13的无离析范围是1.990～2.092。

关键词：离析 比表面积 分行维数 力学性能

Abstract

Segretion is an hard problem to avoid in the construction of asphalt pavement, making the asphalt mixture gradation change and asphalt content can not meet the design requirements. So It has important theoretical meaning and engineering value to study the segregation effects of asphalt mixture and pavement performance.

The method of present to research segregation is getting core sample or indoor simulating asphalt mixture. In view of the core sample will be difficult to restore the damage on the road, so the article adopts the method of interior design to simulate the segregation. Refer to foreign and domestic scholars do some research, I design the segregation gradation and preliminary select gradation of specific surface area and fractal dimension D as evaluation index of the degree of segregation.

By fitting the relationship between the segregation grading and oil-stone ratio, void, degree of stability and flow value, find out the gradation scope complying with the design requirements. On the one hand, it can adjust the grading for relying on the project in the field using reference, On the other hand, it can also be in the type of grading research guarantee the quality of pavement construction to provide a control. This paper also analyzes the gradation segregation and mechanics performance indicators, such as Marshall stability, surplus stability experience freezing and soaking, rut, exploring the gradation segregation effect on the mechanical properties of asphalt mixture.

Research results show that: AC - 20 allows adjustment of grading range is fine aggregate increasing or decreasing by 3%, and the SMA - 13 adjustable range is fine aggregate can reduce 1% or increase 4%.Comparing indoor volume index and mechanical properties of the grading of segregation, we see SMA - 13 mild segregation can improve high temperature stability and water stability but the anti-rutting performance declined. And fine aggregate increasing have higher effects than the coarse aggregate. Through the above indicators, we found existing segregation classification standard for SMA - 13 is not suitable, and relying on the dynamic stability of a single index does not reflect the strength of the anti-rutting performance of asphalt mixture. We need other indicators to assist judgment.

Key Words: Segretion specific surface area  fractal dimension mechanical property

目录

第一章绪论 …..1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究历史和现状 3

1.3研究内容与技术路线 4

1.3.1主要研究内容与意义 4

1.3.2技术路线 5

第二章沥青混合料离析特征和分类 6

2.1沥青混合料的离析特征 7

2.1.1几种沥青混合料离析评价参数 7

2.1.2沥青混合料离析的特征 8

2.2沥青混合料的离析类型 9

2.2.1级配离析 9

2.2.2沥青离析 10

2.2.3温度离析 11

2.2.4摊铺离析 11

2.2.5碾压离析 12

2.3本章小结 13

第三章沥青混合料离析室内模拟 15

3.1原材料试验 15

3.1.1沥青 15

3.1.2集料 15

3.1.2矿粉 17

3.1基准配合比确定 17

3.2级配离析方案设计 20

3.2.1离析配合比确定 20

3.2.2离析级配油石比确定 23

3.3沥青离析实验设计 28

3.4本章小结 28

第四章离析评价指标和力学性能研究 30

4.1级配离析评价指标探究 30

4.1.1比表面积作为评价离析的指标 30

4.2.2分形维数D作为评价离析的指标 31

4.2级配离析对沥青混合料均匀性的影响 37

4.3 SMA-13离析级配力学性能试验研究 41

4.3.1浸水马歇尔试验 41

4.3.2冻融劈裂循环试验 42

4.3.3车辙试验 43

4.4沥青离析对沥青混合料均匀性的影响 44

4.4.1AC-20沥青离析 44

4.4.2SMA-13沥青离析 46

4.5本章小结 48

第五章沥青混合料离析的检测探究 49

5.1运输、施工中的离析检测 49

5.1.1燃烧法检测混合料离析 49

5.1.2红外热成像检测温度离析 50

5.2压实后的路面检测 51

5.2.1无损检测法—间接法 51

5.2.2有损检测法—直接法 51

5.3本章小结 52

第六章结论和展望 53

6.1.1主要结论 53

6.1.2论文创新点 53

6.1.3不足和进一步的工作构想 53

参考文献 55

致谢 56

第一章绪论

1.1研究背景

沥青混合料是矿料与沥青经拌合而成，在摊铺、压实后成为实际使用的沥青路面。目前，沥青混合料是现代道路路面结构的主要材料之一，被广泛使用在各类道路中，尤其适合高速行车道路面。二十年来，高速公路发展突飞猛进，1999年突破1万公里，2009年近6万公里，稳居世界第二位。据统计，截止2015年末，全国高速公路总里程达12.5万公里，而80%以上为沥青路面。

沥青路面具有平整、减震吸声、行车舒适等优点，而且有利于控制施工过程，便于分期修建和再生利用。但与国外的沥青路面相比较，我国沥青路面在质量上仍有所差距，很多沥青路面，包括不少高速公路在使用1～3年后都会出现不少早期破坏的现象^[1][12]。例如，永久性车辙、推移、泛油、脱落、松散剥落、网裂、透水、唧泥等；刚铺筑的上面层的构造深度粗细不均，以及路面初始平整度不高，在使用后下降很快等，以上问题都会危及道路的运行及寿命，带来巨大的经济损失。以日本为例，使用超过20年的高速公路几乎占1/3，且绝大部分超过使用年限后路面结构破坏甚少，只需反复表层维修即可；而我国的沈大高速公路在通车两年后部分路段就开始出现结构性破坏，之后病害不断增加；京津唐高速公路在实际运营8年半后，整条公路路面的行车道都出现了不少接连不断的纵向网裂形变带。由此可见，路面早期破坏是目前我国高速公路面临的最严峻的挑战之一。

交通部对全国大部分的高速公路进行调研，发现在同一条路上，通常局部出现早期损坏；在设计相同、运行条件一致的路上，一般局部一些区域或某个段落先发生损坏，只有极个别的在整条路上发生大面积损坏。而离析是影响路面早期破坏的主要重要之一；矿料的变异，施工过程中温度不均，气候变化和机械故障等情况都会带来沥青混合料的不均匀。我国超载相当普遍，路面下面层相对密实，流入上面层的水还未向下渗透前，上面层就出现了破裂^[2]；而沥青混合料本身的抗水损坏能力、抗裂、抗车辙能力不强，伴随离析程度的增大，出现的早期破坏也越发严重。