[博士]多功能阻燃隧道瀝青路面結構與性能的研究

內容簡介

　　[博士]多功能阻燃隧道瀝青路面結構與性能的研究　　學科專業(yè): 建筑材料與工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：武漢理工大學　　學位年度：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，甚至對于隧道火災具有一定的抑制作用，降低隧道火災中人員傷亡和經(jīng)濟損失: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項目“抗滑、阻燃、降噪多功能隧道路面結構設計與鋪裝技術”，針對采用有機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構排逸可燃性液體阻燃為主，無機礦物阻燃瀝青膠漿為輔的結構與材料復合阻燃設計方法，并利用多孔瀝青混合料的連通空隙和表面構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、結構與性能之間的關系，本文進行了系統(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特征以及瀝青用量與工作性能和耐久性能之間關系的基礎上，提出合理空隙率與最大油膜厚度相結合的多孔瀝青混合料的設計原則;提出了采用Bailey法進行多孔瀝青棍合料礦料級配設計并通過優(yōu)化瀝青膠漿的流變性能改善大孔隙瀝青混合料力學結構性能進而優(yōu)化合理空隙率的設計方法?！　? 在設計原則和設計方法的指導下，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多孔瀝青混合料瀝青膠漿性能進行了優(yōu)化設計，顯著提高了瀝青膠漿的復數(shù)剪切模量、相位角等流變性能指標;系統(tǒng)研究了空隙率對多孔瀝青混合料結構性能(力學性能和路用性能)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使用性能要求的多孔瀝青混合料的空隙率應控制在18%~22% ?！　? 以氫氧化鋁(ATH)作為主體，利用氫氧化鎂(MH)的協(xié)調阻燃作用及沸石粉(Zeolite )的阻燃促進效應研制開發(fā)無機粉狀阻燃劑材料，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、浸潤式燃燒試驗以及封閉式燃燒試驗對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理進行了研究，結果表明FRPA可顯著的降低燃燒時路面表面的溫度，縮短燃燒時間，并降低燃燒時的煙氣密度。此外，F(xiàn)RP的混響室吸聲系數(shù)達到0.42，構造深度1.5mm以上，擺值摩擦系數(shù)達到68BPN，顯著優(yōu)于AC和SMA路面，各項力學性能和路用性能均達到甚至超過了改性瀝青SMA .　　結合隧道剛性基層瀝青路面的結構受力特點，提出采用FRPA為多功能磨耗層，高模量路面材料為結構層，并在剛性基層與面層間設連接層的隧道瀝青路面設計方法;制備出回彈模量在2800MPa以上的灌注式半柔性路面材料:以武漢長江隧道瀝青路面設計為背景，設計大型隧道剛性基層瀝青路面典型結構為4cmFRPA磨耗層+5~6cm半柔性下面層+高粘度改性瀝青應力吸收粘結層十混凝土面板?！　? 系統(tǒng)研究了高粘度瀝青膠結料以及骨架空隙結構條件下FRPA的施工溫度參數(shù)以及拌和、攤鋪、碾壓等工程應用關鍵技術，并針對長大隧道半封閉空間的施工特點對隧道口與隧道內部的施工溫度進針對性設計，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應用于“萬里長江第一隧”武漢長江隧道(3600m)和國家重點工程滬蓉西高速公路把水寺隧道(1375m)，各項性能指標均達到實驗室測試水平，現(xiàn)場檢測結果表明構造深度大于1.6mm，與一般瀝青路面相比降低噪音可達3dB (A)以上。

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