【博士】沥青路面层间处治技术研究【2008】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：长安大学　　学位年度： 2008年　　层间结合优劣是影响沥青路面使用寿命的重要因素之一，若层间结合不好，就会破坏路面结构的整体性，削弱路面结构的整体抗力，在车辆加速、减速的地方易发生层间剪切滑移，产生月芽形推挤裂纹。为了使路面多层组合体系具有良好的结构承载力和耐久性，应该加强沥青路面层间处治技术的研究。　　本文在调查沥青路面层间处治技术现状基础上，通过分析不同层间接触状况下的沥青路面受力，揭示了U形开裂的机理，分析了层间接触状况对沥青路面路用性能的影响。然后围绕粘层、封层和透层材料展开系统室内试验，通过直接剪切和直接拉拔试验对层间结构强度进行了深入研究，目的是分析层间强度的影响因素及其各个因素影响的显著性，以及测试方法的可行性和评价指标的合理性，为相关技术规范的修订提供依据。同时，对沥青路面层间剪切疲劳性能进行了研究，初步探讨了层间疲劳破坏的机理，提出了描述层间强度破坏的剪切模型和参数。最后，在力学分析和试验研究的基础上，提出了考虑抗剪强度的沥青路面结构设计方法。　　具体研究内容如下：　　(1)采用有限元分析软件ABAQUS，以半刚性基层沥青路面为研究对象，把试验参数应用到力学分析模型里面，研究水平荷载、层间接触条件和超载对沥青路面力学响应的影响以及分析U形开裂产生的原因。结果表明，水平荷载对路面应力场的分布有很大影响，尤其是对路面上面层的影响不可忽视；车辆超载和基面层间的不连续会加剧沥青路面的车辙，纵向滑移的产生主要是由超载和面层层间的不连续引起的，对路表弯沉影响最大的是荷载，其次是基面层间接触状况，最后是面层层间接触状况；U形底部开裂是拉应力导致的张开型裂缝，U形的两侧开裂是竖向剪应力导致的剪切型裂缝，面层层间的连续与否和水平荷载的作用对U形开裂产生的影响最为显著。　　(2)采用三种粘层材料——乳化沥青、改性乳化沥青和普通热沥青，对粘层油用量、粘层油种类、温度、层间界面清洁程度、浸水、冻融、行车荷载的作用、上下面层沥青混合料的级配类型等影响因素展丌研究，并对每个影响因素进行方差分析。同时，从高温性能和耐久性能出发，研究不同接触条件对沥青路面路用性能的影响。结果表明，高温时确定的最佳用量比常温下小0．1～O．2kg／m2；喷洒粘层油有利于提高层间抗剪切性能、沥青路面的高温稳定性能和耐久性能以及减轻层间污染、浸水、冻融对层间产生的不利影响。最后，综合粘层抗剪性能和透水性能，推荐了适合不同气候的粘层材料和喷洒量；在力学计算和试验研究的基础上，提出了沥青路面粘层结构抗剪性能的评价方法、评价指标和技术要求。　　(3)对同步碎石封层技术研究了各种影响因素对层间抗剪强度的影响程度，并将同步碎石封层与稀浆封层抗剪强度和层间透水性能进行比较。研究结果表明，沥青材料性质、集料岩性、集料的不同处理方式、沥青和集料撒布的同步与否对同步碎石封层抗剪强度产生了显著性影响，集料粒径大小对其产生一定程度的影响，但是影响不显著；作为下封层使用时，稀浆封层抗剪强度小于同步碎石封层的抗剪强度，但其防水性能明显优于同步碎石封层。最后，根据降雨量和面层类型推荐了合适的下封层材料。　　(4)采用三种透层材料——稀释沥青、乳化沥青和改性乳化沥青以及两种常见的半刚性基层类型——水泥稳定碎石基层和二灰稳定碎石基层进行研究，研究不同稀释率、不同种类透层材料的渗透性能以及基层类型、基层养生龄期对透层材料渗透性能的影响。研究结果表明，稀释沥青的渗透效果要远远优于乳化沥青，改性乳化沥青不适合作为透层油使用；相同喷洒量下，透层油在水泥稳定碎石基层上的渗透深度大于在二灰稳定碎石基层上的渗透深度，且二灰稳定碎石基层比水泥稳定碎石基层的喷洒用量要小；透层油的喷洒时机宜早不宜迟。最后，推荐出适合不同基层类型的透层材料。　　(5)通过自行研发的剪切试验，对沥青路面进行了层间剪切疲劳试验，研究有无粘层油、粘层材料种类和层间污染对疲劳性能的影响。通过分析，提出了层间剪切疲劳性能的评价方法和评价指标以及层间剪切简化模型，进行了剪切疲劳破坏机理分析，在此基础上，进一步提出了层问结合状态衰变的简单模型。　　(6)根据我国不同地区的气候特点，同时结合层间材料的路用性能要求，将七月平均最高气温和降雨量作为我国沥青路面层间材料的气候区划指标，提出了我国沥青路面层间材料的气候区划。并且，在力学分析和试验研究的基础上，提出了层间容许剪应力的计算方法和考虑抗剪强度的沥青路面结构设计方法。　　

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