排水沥青混合料细观结构及排水特性研究

《排水沥青混合料细观结构及排水特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、排水沥青混合料细观结构及排水特性研究第一章绪论1.1研究背景与意义近年来，随着我国经济的高速发展，高速公路建设也进入了飞速发展时期，我国高速公路的通车总里程已突破十万公里，居世界第一。广东省的高速公路通车里程已超过5700公里，居全国第二位，仅次于河南省。从长远的效益以及后期的运营维护来看，沥青路面凭借其较水泥混凝土路面不可比拟的优势，已约占到我国高等级公路路面的90%以上。但是，人们在享受现代化道路便利的同时，也经常受到交通事故的威胁，特别是雨雪天气，产生交通事故的风险更大。据统计，我国京石高

2、速公路中约25%的交通事故是由雨、雾、雪引起的。日本在1992年与1993年的交通事故调查中，42%的交通事故与雨水有关，高速公路雨天发生交通事故率是晴天的9倍[1]。美国曾对其30年间的交通事故进行调查分析，发现由雨水引起的交通事故约占所有交通事故的25%[2]。究其原因，主要是雨天时传统的密级配沥青混凝土路面因为致密的结构具有不渗水的特点，降水主要通过路表径流的方式排走，这样路表积水就会在路面与轮胎之间形成一层水膜，水膜的存在使车轮与路面不能有效接触，当水膜厚度达到一定时，路面抗滑能力下降，

3、严重时可使车轮发生漂移。另外，由于路表积水的存在，车辆行驶时易产生溅水和喷雾现象，影响行车稳定性和后随车辆的可见度。已有大量的文献对该问题进行了研究，一些文献提出了轮胎摩擦力下降值与水膜厚度的函数关系式[3]。应用排水性沥青路面被认为是解决此问题的有效措施[4]。这种路面空隙率较大(一般介于18%~25%之间)，路表结构层内部有相互连通的空隙，使路表降水不仅能从路表水平向排走，还能将渗入的雨水直接通过该层横向连通空隙排走。这种特性能快速地排走路表积水，减少路表的水膜厚度，即使在暴雨天气也能保证道

4、路表面不积水（如图1-1），这对提高行车安全性十分有利。此外，排水性沥青路面在降噪方面也表现出优良的特性，一般情况下，排水沥青路面可比普通密级配路面降低噪音3～5dB。其排水机理图如图1-2所示。..1.2国内外研究概况基于上述的宗旨，本文的研究内容主要涉及排水沥青混合料特性、沥青混合料的空隙分布特征及沥青混合料渗透性研究几个方面。笔者查阅了国内外大量相关文献，现将国内外研究现状综述如下：排水性沥青路面于1944年首次作为厂拌混合封层在美国加利福利亚州应用，20世纪70年代，为改善整个路面的抗滑

5、性能，美国联邦公路局开展了一项研究，并首次提出了OGFC(OpenGradedAsphaltFrictionCotises)这一术语，随后在美国其他各州得到推广应用[9,10]。使用过程中发现剥落问题较严重，一些州试图通过使用聚合物改性沥青、纤维与耐久性更强的集料来提高OGFC混合料的性能，这改善了结合料的析漏问题，增加了结合料含量和空隙率，使得集料表面的沥青膜更厚，进而减少剥落与氧化[11]。Huber的研究表明OGFC更适合应用于速度较高的公路上，因为高速能产生足够的水力作用，在高速行驶时O

6、GFC面层可进行自动清理，进而使OGFC路面能更长久地保持较高的渗透性。1990年12月，美国联邦公路管理局(FH2，通常用k表示。渗透系数又称为水力传导系数，定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体在空隙骨架中流动的难易程度。曲线上任一点的切线方向与流体在该点的速度一致的线，称为流线。它与物体运动的迹线不一样，迹线为同一水流质点在不同时刻移动的轨迹，在稳定流中，水流与迹线重合。渗流场中水头值相同的各点互相连接所形成的面称为等水头面。等水头面与某一平面的交线称为等水头线。2.2渗透性基本定律18

7、56年，达西结合法国Dijon市的喷泉，利用实验装置（图2-1）对砂土进行了大量的渗透实验，得出层流条件下，单位时间内的渗水量Q与横截面面积A和水头差（h1-h2）值成正比，与渗流路径L成反比，这就是著名的达西定律，它揭示了流体的基本运动规律。研究表明，达西定律可通过多孔介质中的层流运动理论来证明，且有一定的适用范围。达西试验定律显示，渗透速度与水力梯度成一次线性比例关系，所以达西定律也称为线性达西定律，这是液体做层流运动所遵循的规律。因此，达西定律只能适用于线性阻力关系的层流渗流，它的应用受到

8、一定水力条件的限制。在水力学中利用雷诺数Re区分水流流态，当Re≤2000时为层流，当Re＞2000时为紊流。层流流速较低，流体粘滞性产生的内摩阻力起主要作用，运动惯性力可以忽略，通常水流速度与水力梯度成线性关系；紊流流速较高，运动惯性力明显增大，起主要作用，通常水流速度与水力梯度成非线性关系[63,67]。有学者对达西定律的使用范围进行了试验研究，给出了Fanning摩擦系数f对雷诺数Re的关系曲线，根据其关系曲线可知，达西定律适合在雷诺数为1~10之间、流体通过多孔介质的层流运动。对于