SMA-7沥青混合料组成设计与路用性能评价

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道路交通安全问题仍是世界各国共同面临的难题。在人-车-路-环境-管理构成的交通安全影响系统中,“路”的角色至关重要。而导致交通事故频发的一个重要因素是胎/路间缺乏足够的摩擦力,同时,较大通行能力和车轮荷载(尤其是重载车辆)加速了路表集料的磨光和磨耗,使路面抗滑能力迅速衰减,交通安全问题日益突出。路面抗滑是实现高等级、重交通道路安全、舒适、高速行驶的关键技术问题之一,而集料的长期抗磨光性能和沥青混合料级配组成对路面抗滑表层的服役耐久性具有极其重要的影响。本文引入新型抗滑耐磨集料-煅烧铝矾土,分别在不同压力、磨耗次数和磨光次数及盐溶液浸泡等条件下对不同标号煅烧铝矾土(75#、85#和88#)、钢渣和石灰岩等5种集料的力学性能衰减规律、抗盐侵蚀能力和形貌特性进行对比探究;基于多点支撑骨架理论、逐级填充理论和n法,以集料捣实密度和骨架间隙率(VCA)为评价指标,进行小粒径SMA-7沥青混合料粗细集料级配设计,并通过马歇尔试验确定粗细集料比例,得出SMA-7沥青混合料组成;以体积法为基础,混掺形成差异磨光特性显著的SMA-7沥青混合料;采用车辙试验、小梁低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、抗滑试验等,分析集料不同掺量和粒径对SMA-7沥青混合料性能的影响;在此基础上,采用灰色决策理论确定SMA-7材料组成最优掺配方案;采用加速磨耗试验,以动态摩擦系数为指标,对沥青混合料长期抗滑性能进行评价;依托云南国道G219线某二级公路改扩建工程试验段,评价其野外服役效果并进行全寿命周期成本效益分析。研究结果表明:5种集料中,煅烧铝矾土集料的抗磨耗性能和抗磨光性能最佳(且标号越高,性能越优),其次是钢渣、石灰岩集料;盐蚀条件对煅烧铝矾土与石灰岩集料性能无影响;对于集料形貌特性,煅烧铝矾土和钢渣相差不大,但均优于石灰岩。确定粗细集料比例为75:25,并推荐小粒径SMA-7沥青混合料级配范围。掺入煅烧铝矾土后,小粒径SMA-7沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和抗滑性能均有不同程度提高,但水稳定性略有下降,且沥青混合料性能受煅烧铝矾土掺量影响较大而受其粒径影响较小。当掺入掺量为100%、粒径为4.75-6.35mm的煅烧铝矾土集料时,SMA-7路用性能达到平衡最优。混掺沥青混合料长期抗滑性能显著优于单掺石灰岩沥青混合料。试验工程验证SMA-7上面层体现出优良的抗滑耐久性与经济社会效益。
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