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一次摊铺成型的聚合物改性水泥混凝土路面功能层材料研究

徐方  
【摘要】: 碾压混凝土(RCC)路面具有施工简单、快速、经济的优点,但存在抗滑性能低、耐磨性差、平整度难以满足路面要求等问题。本文提出在RCC下面层上采用沥青摊铺机一次摊铺成型薄层聚合物改性水泥混凝土(PCC)表面功能层,设计出一种RCC-PCC复合式路面结构,以充分发挥RCC与PCC两种路面材料的性能优势。本文着重研究了新型PCC表面功能层结构、组成设计与路用性能及其相互之间的关系,并通过试验路工程验证了PCC表面功能层材料一次摊铺成型的可行性与性能优势。 首先,对RCC-PCC复合式路面进行了结构设计与应力有限元分析,分析确定了其层间结合、接缝与层厚等结构设计参数;并采用结构有限元计算方法,模拟分析了RCC-PCC复合式路面结构在行车荷载、温度梯度作用下的应力分布规律及其层间界面应力状态,计算结果表明,提出的RCC-PCC复合式路面能够满足设计基准期内行车荷载与温度梯度的作用要求。 其后,通过模拟沥青摊铺机的施工成型工艺特点,提出了PCC表面功能层材料的室内成型方法,并建立了新拌PCC表面功能层材料的工作性能评价方法与标准。分析探讨了PCC表面功能层材料组成与性能的关系,通过研究聚合物、有机纤维、流变助剂等PCC组成材料对其宏观物理力学性能与微观结构的影响,对这几种材料进行了优选与评价,并按照相关集料级配设计方法对PCC表面功能层集料级配进行了优化。 此外,基于体积分析原理,提出了以集料级配与胶浆充盈指数为关键组成设计参数的PCC表面功能层材料体积组成设计方法。并通过调整其组成设计参数,对比普通水泥混凝土,系统研究了PCC表面功能层材料的工作性能、力学性能、弯曲韧性、抗冻性能、抗冲击性能、耐磨损性能、抗裂性能、肯特堡飞散性能、渗水性能及表面功能性等路用性能,揭示了PCC表面功能层材料的显著路用性能优势,分析探讨了集料级配、胶浆充盈指数等组成设计参数对PCC表面功能层材料路用性能的影响规律,提出了胶浆充盈指数的合理取值范围。 最后,研究了PCC表面功能层的施工工艺与质量控制方法,以麻武高速公路PCC表面功能层试验路工程为依托,系统研究了原材料及配合比、RCC下面层处理、搅拌、运输、摊铺及养护等施工工艺环节,通过试验路性能指标检测,PCC表面功能层材料工作性能良好,抗折强度大于5MPa,压实度大于96%,平整度差值小于3mm,表面构造深度大于0.7mm,表面抗滑摆值大于40BPN,渗水系数小于80ml/min,试验路工程应用表明,采用沥青摊铺机一次摊铺成型的PCC表面功能层各项性能指标满足工程设计及相关规范要求。


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