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《排水瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)及排水特性研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、排水瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)及排水特性研究第一章緒論1.1研究背景與意義近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高速公路建設(shè)也進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期，我國(guó)高速公路的通車總里程已突破十萬(wàn)公里，居世界第一。廣東省的高速公路通車?yán)锍桃殉^(guò)5700公里，居全國(guó)第二位，僅次于河南省。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的效益以及后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)來(lái)看，瀝青路面憑借其較水泥混凝土路面不可比擬的優(yōu)勢(shì)，已約占到我國(guó)高等級(jí)公路路面的90%以上。但是，人們?cè)谙硎墁F(xiàn)代化道路便利的同時(shí)，也經(jīng)常受到交通事故的威脅，特別是雨雪天氣，產(chǎn)生交通事故的風(fēng)險(xiǎn)更大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)京石高
2、速公路中約25%的交通事故是由雨、霧、雪引起的。日本在1992年與1993年的交通事故調(diào)查中，42%的交通事故與雨水有關(guān)，高速公路雨天發(fā)生交通事故率是晴天的9倍[1]。美國(guó)曾對(duì)其30年間的交通事故進(jìn)行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)由雨水引起的交通事故約占所有交通事故的25%[2]。究其原因，主要是雨天時(shí)傳統(tǒng)的密級(jí)配瀝青混凝土路面因?yàn)橹旅艿慕Y(jié)構(gòu)具有不滲水的特點(diǎn)，降水主要通過(guò)路表徑流的方式排走，這樣路表積水就會(huì)在路面與輪胎之間形成一層水膜，水膜的存在使車輪與路面不能有效接觸，當(dāng)水膜厚度達(dá)到一定時(shí)，路面抗滑能力下降，
3、嚴(yán)重時(shí)可使車輪發(fā)生漂移。另外，由于路表積水的存在，車輛行駛時(shí)易產(chǎn)生濺水和噴霧現(xiàn)象，影響行車穩(wěn)定性和后隨車輛的可見(jiàn)度。已有大量的文獻(xiàn)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了研究，一些文獻(xiàn)提出了輪胎摩擦力下降值與水膜厚度的函數(shù)關(guān)系式[3]。應(yīng)用排水性瀝青路面被認(rèn)為是解決此問(wèn)題的有效措施[4]。這種路面空隙率較大(一般介于18%~25%之間)，路表結(jié)構(gòu)層內(nèi)部有相互連通的空隙，使路表降水不僅能從路表水平向排走，還能將滲入的雨水直接通過(guò)該層橫向連通空隙排走。這種特性能快速地排走路表積水，減少路表的水膜厚度，即使在暴雨天氣也能保證道
4、路表面不積水（如圖1-1），這對(duì)提高行車安全性十分有利。此外，排水性瀝青路面在降噪方面也表現(xiàn)出優(yōu)良的特性，一般情況下，排水瀝青路面可比普通密級(jí)配路面降低噪音3～5dB。其排水機(jī)理圖如圖1-2所示。..1.2國(guó)內(nèi)外研究概況基于上述的宗旨，本文的研究?jī)?nèi)容主要涉及排水瀝青混合料特性、瀝青混合料的空隙分布特征及瀝青混合料滲透性研究幾個(gè)方面。筆者查閱了國(guó)內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)，現(xiàn)將國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述如下：排水性瀝青路面于1944年首次作為廠拌混合封層在美國(guó)加利福利亞州應(yīng)用，20世紀(jì)70年代，為改善整個(gè)路面的抗滑
5、性能，美國(guó)聯(lián)邦公路局開(kāi)展了一項(xiàng)研究，并首次提出了OGFC(OpenGradedAsphaltFrictionCotises)這一術(shù)語(yǔ)，隨后在美國(guó)其他各州得到推廣應(yīng)用[9,10]。使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)剝落問(wèn)題較嚴(yán)重，一些州試圖通過(guò)使用聚合物改性瀝青、纖維與耐久性更強(qiáng)的集料來(lái)提高OGFC混合料的性能，這改善了結(jié)合料的析漏問(wèn)題，增加了結(jié)合料含量和空隙率，使得集料表面的瀝青膜更厚，進(jìn)而減少剝落與氧化[11]。Huber的研究表明OGFC更適合應(yīng)用于速度較高的公路上，因?yàn)楦咚倌墚a(chǎn)生足夠的水力作用，在高速行駛時(shí)O
6、GFC面層可進(jìn)行自動(dòng)清理，進(jìn)而使OGFC路面能更長(zhǎng)久地保持較高的滲透性。1990年12月，美國(guó)聯(lián)邦公路管理局(FH2，通常用k表示。滲透系數(shù)又稱為水力傳導(dǎo)系數(shù)，定義為單位水力梯度下的單位流量，表示流體在空隙骨架中流動(dòng)的難易程度。曲線上任一點(diǎn)的切線方向與流體在該點(diǎn)的速度一致的線，稱為流線。它與物體運(yùn)動(dòng)的跡線不一樣，跡線為同一水流質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻移動(dòng)的軌跡，在穩(wěn)定流中，水流與跡線重合。滲流場(chǎng)中水頭值相同的各點(diǎn)互相連接所形成的面稱為等水頭面。等水頭面與某一平面的交線稱為等水頭線。2.2滲透性基本定律18
7、56年，達(dá)西結(jié)合法國(guó)Dijon市的噴泉，利用實(shí)驗(yàn)裝置（圖2-1）對(duì)砂土進(jìn)行了大量的滲透實(shí)驗(yàn)，得出層流條件下，單位時(shí)間內(nèi)的滲水量Q與橫截面面積A和水頭差（h1-h2）值成正比，與滲流路徑L成反比，這就是著名的達(dá)西定律，它揭示了流體的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律。研究表明，達(dá)西定律可通過(guò)多孔介質(zhì)中的層流運(yùn)動(dòng)理論來(lái)證明，且有一定的適用范圍。達(dá)西試驗(yàn)定律顯示，滲透速度與水力梯度成一次線性比例關(guān)系，所以達(dá)西定律也稱為線性達(dá)西定律，這是液體做層流運(yùn)動(dòng)所遵循的規(guī)律。因此，達(dá)西定律只能適用于線性阻力關(guān)系的層流滲流，它的應(yīng)用受到
8、一定水力條件的限制。在水力學(xué)中利用雷諾數(shù)Re區(qū)分水流流態(tài)，當(dāng)Re≤2000時(shí)為層流，當(dāng)Re＞2000時(shí)為紊流。層流流速較低，流體粘滯性產(chǎn)生的內(nèi)摩阻力起主要作用，運(yùn)動(dòng)慣性力可以忽略，通常水流速度與水力梯度成線性關(guān)系；紊流流速較高，運(yùn)動(dòng)慣性力明顯增大，起主要作用，通常水流速度與水力梯度成非線性關(guān)系[63,67]。有學(xué)者對(duì)達(dá)西定律的使用范圍進(jìn)行了試驗(yàn)研究，給出了Fanning摩擦系數(shù)f對(duì)雷諾數(shù)Re的關(guān)系曲線，根據(jù)其關(guān)系曲線可知，達(dá)西定律適合在雷諾數(shù)為1~10之間、流體通過(guò)多孔介質(zhì)的層流運(yùn)動(dòng)。對(duì)于
