[博士]多功能阻燃隧道瀝青路面結(jié)構(gòu)與性能的研究

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　　[博士]多功能阻燃隧道瀝青路面結(jié)構(gòu)與性能的研究　　學(xué)科專業(yè): 建筑材料與工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：武漢理工大學(xué)　　學(xué)位年度：2009　　 隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，大量大型公路隧道和跨江海隧道工程相繼開展。出于安全性、耐久性及行車舒適性方面的考慮，大型跨江海隧道鋪裝需滿足以下要求:1)良好的路用性能和耐久性能;2)具有防火阻燃功能，甚至對(duì)于隧道火災(zāi)具有一定的抑制作用，降低隧道火災(zāi)中人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失:3)路面抗滑性能好，特別在潮濕環(huán)境下的抗滑性能，降低交通事故率;4)具有一定的降噪功能，提高隧道路面的行車舒適性。　　 論文依托國家 863項(xiàng)目“抗滑、阻燃、降噪多功能隧道路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與鋪裝技術(shù)”，針對(duì)采用有機(jī)阻燃劑制備的阻燃瀝青面層毒性大、成本高的問題，提出了以多孔瀝青混合料大孔隙結(jié)構(gòu)排逸可燃性液體阻燃為主，無機(jī)礦物阻燃瀝青膠漿為輔的結(jié)構(gòu)與材料復(fù)合阻燃設(shè)計(jì)方法，并利用多孔瀝青混合料的連通空隙和表面構(gòu)造深度提高路面的抗滑與降噪性能。圍繞多孔瀝青混合料的組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，本文進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了以下成果:　　 在分析多孔瀝青混合料的功能特性與力學(xué)特征以及瀝青用量與工作性能和耐久性能之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出合理空隙率與最大油膜厚度相結(jié)合的多孔瀝青混合料的設(shè)計(jì)原則;提出了采用Bailey法進(jìn)行多孔瀝青棍合料礦料級(jí)配設(shè)計(jì)并通過優(yōu)化瀝青膠漿的流變性能改善大孔隙瀝青混合料力學(xué)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)而優(yōu)化合理空隙率的設(shè)計(jì)方法?！　? 在設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法的指導(dǎo)下，通過采用高粘度改性瀝青、摻加硅藻土改性填料和阻燃礦物纖維三種方式對(duì)多孔瀝青混合料瀝青膠漿性能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，顯著提高了瀝青膠漿的復(fù)數(shù)剪切模量、相位角等流變性能指標(biāo);系統(tǒng)研究了空隙率對(duì)多孔瀝青混合料結(jié)構(gòu)性能(力學(xué)性能和路用性能)和功能性能(阻燃、降噪、抗滑)的影響，根據(jù)大型隧道路面對(duì)鋪裝材料性能的要求，通過顯著性分析確定滿足大型隧道各項(xiàng)使用性能要求的多孔瀝青混合料的空隙率應(yīng)控制在18%~22% ?！　? 以氫氧化鋁(ATH)作為主體，利用氫氧化鎂(MH)的協(xié)調(diào)阻燃作用及沸石粉(Zeolite )的阻燃促進(jìn)效應(yīng)研制開發(fā)無機(jī)粉狀阻燃劑材料，并在其中加入硅藻土，制備出集阻燃、改性功能于一體的AMID阻燃礦物填料;并通過開放式燃燒試驗(yàn)、浸潤式燃燒試驗(yàn)以及封閉式燃燒試驗(yàn)對(duì)采用這種填料制備的阻燃多孔瀝青混合料(FRPA)的阻燃性能和阻燃機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明FRPA可顯著的降低燃燒時(shí)路面表面的溫度，縮短燃燒時(shí)間，并降低燃燒時(shí)的煙氣密度。此外，F(xiàn)RP的混響室吸聲系數(shù)達(dá)到0.42，構(gòu)造深度1.5mm以上，擺值摩擦系數(shù)達(dá)到68BPN，顯著優(yōu)于AC和SMA路面，各項(xiàng)力學(xué)性能和路用性能均達(dá)到甚至超過了改性瀝青SMA .　　 結(jié)合隧道剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，提出采用FRPA為多功能磨耗層，高模量路面材料為結(jié)構(gòu)層，并在剛性基層與面層間設(shè)連接層的隧道瀝青路面設(shè)計(jì)方法;制備出回彈模量在2800MPa以上的灌注式半柔性路面材料:以武漢長(zhǎng)江隧道瀝青路面設(shè)計(jì)為背景，設(shè)計(jì)大型隧道剛性基層瀝青路面典型結(jié)構(gòu)為4cmFRPA磨耗層+5~6cm半柔性下面層+高粘度改性瀝青應(yīng)力吸收粘結(jié)層十混凝土面板。　　 系統(tǒng)研究了高粘度瀝青膠結(jié)料以及骨架空隙結(jié)構(gòu)條件下FRPA的施工溫度參數(shù)以及拌和、攤鋪、碾壓等工程應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，并針對(duì)長(zhǎng)大隧道半封閉空間的施工特點(diǎn)對(duì)隧道口與隧道內(nèi)部的施工溫度進(jìn)針對(duì)性設(shè)計(jì)，提出了隧道阻燃多孔瀝青混合料的施工工藝。將研制出的FRPA應(yīng)用于“萬里長(zhǎng)江第一隧”武漢長(zhǎng)江隧道(3600m)和國家重點(diǎn)工程滬蓉西高速公路把水寺隧道(1375m)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到實(shí)驗(yàn)室測(cè)試水平，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果表明構(gòu)造深度大于1.6mm，與一般瀝青路面相比降低噪音可達(dá)3dB (A)以上。

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