沥青路面复合基层结构与材料研究

论文摘要

目前,我国高等级公路仍主要以半刚性基层沥青路面结构为主,但是半刚性基层沥青路面的早期破坏严重影响了其使用品质和寿命。特别是近年来早期修建的一些高速公路已相继进入大修或改建期,“开膛破肚”式的处理方式已经让我们付出了巨大的经济成本和社会代价。为此,研究具有优良使用性能和适合我国经济发展水平的新型路面结构迫在眉睫。国内外对此也进行了很多研究,铺筑了试验路,获得了一些较为可喜的成果,但在某些方面研究还不够深入,不够系统。本文在广泛收集并分析国内半刚性基层沥青路面使用现状和国内外路面结构组合有关资料的基础上,基于路面结构耐久性的设计理念,对沥青路面复合基层结构和材料作进一步的研究。本文主要研究内容包括以下方面：(1)针对半刚性层材料易开裂、易冲刷的现状,从混和料的配合比设计、力学性能、抗裂性能、冲刷性能、疲劳特性等方面对其进行了系统研究。(2)采用灰色关联分析法,对常用的半刚性材料抗裂评价指标进行关联度分析,结果表明：评价半刚性材料抗裂性的最佳指标是综合抗裂指数,推荐采用综合抗裂指数作为半刚性混合料抗裂设计的控制指标。(3)推导了半刚性层收缩应力的计算公式,对影响最大收缩应力的各种因素进行了分析,验证了半刚性层的开裂规律；并对半刚性层的温度收缩裂缝进行了预估,得到了温缩裂缝间距与宽度的近似计算公式。(4)系统研究了复合基层ATB层的配合比设计及其高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、疲劳特性等路用性能。(5)采用车辙试验仪进行了复合基层疲劳模拟试验,系统地对不同荷载作用下、不同ATB厚度及不同半刚性层预锯缝深度的复合基层进行疲劳试验研究。(6)根据材料的强度和刚度特性,利用软件对复合基层路面结构荷载内力进行了敏感性分析；并利用有限元方法,对ATB层的抗裂效果进行了力学分析。(7)计算了不同情况下复合基层路面结构的疲劳寿命,提出了基于整体路面结构疲劳寿命的ATB最佳厚度确定方法。系统分析了面层模量、ATB层模量、半刚性层模量及路基当量回弹模量对复合基层路面结构疲劳寿命的影响,提出提高复合基层路面疲劳寿命的措施。(8)研究了不同情况下复合基层路面结构的温度应力分布规律。(9)在研究我国沥青路面设计存在问题与国外柔性基层沥青路面设计控制指标的基础上,结合复合基层沥青路面的主要损坏类型,提出复合基层沥青路面设计的控制指标与标准,并相应地提出复合基层沥青路面设计方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 高等级公路基层类型及使用状况调查分析
• 2.1 半刚性基层沥青路面结构调查与病害特点分析
• 2.1.1 我国半刚性基层沥青路面结构使用状况调查分析
• 2.1.2 病害特点分析
• 2.2 国内外柔性基层研究现状
• 2.2.1 级配碎石基层
• 2.2.2 沥青稳定碎石基层
• 2.3 复合基层抗裂机理分析
• 2.3.1 复合基层反射裂缝产生及其扩展机理分析
• 2.3.2 复合基层抗裂机理分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 复合基层半刚性层材料配合比设计及其路用性能研究
• 3.1 复合基层半刚性层材料组成研究
• 3.1.1 原材料性质分析
• 3.1.2 水泥粉煤灰稳定碎石配合比设计
• 3.2 半刚性材料缩裂机理研究
• 3.2.1 温度收缩机理分析
• 3.2.2 干燥收缩机理分析
• 3.3 半刚性材料抗裂性能研究内容与方法
• 3.3.1 主要研究内容
• 3.3.2 抗裂性能研究试验方法
• 3.4 力学性能试验结果
• 3.5 干缩性能试验研究
• 3.6 温缩性能试验研究
• 3.7 疲劳特性研究
• 3.8 抗冲刷性能研究
• 3.9 本章小结
• 第四章 半刚性材料开裂评价指标及开裂预估研究
• 4.1 半刚性材料现行抗裂评价方法与指标研究
• 4.2 灰色关联分析法
• 4.2.1 灰色关联分析法的原理
• 4.2.2 灰色关联度的计算步骤
• 4.3 基于灰色关联分析法的半刚性材料抗裂评价指标研究
• 4.3.1 温缩抗裂指标与最大温缩应变的灰色关联分析
• 4.3.2 干缩抗裂指标与最大温缩应变的灰色关联分析
• 4.4 复合基层半刚性层收缩裂缝预估
• 4.4.1 复合基层半刚性层温缩应力、干缩应力计算
• 4.4.2 裂缝的形成规律
• 4.4.3 裂缝间距和宽度预估
• 4.5 本章小结
• 第五章 复合基层ATB层材料组成其及路用性能研究
• 5.1 ATB层技术要求
• 5.2 ATB层配合比设计
• 5.2.1 ATB层原材料性质分析
• 5.2.2 ATB-25配合比设计
• 5.3 ATB层路用性能评价
• 5.3.1 高温稳定性
• 5.3.2 低温抗裂性能
• 5.3.3 水稳定性
• 5.3.4 抗疲劳性能
• 5.4 复合基层车辙疲劳模拟试验
• 5.4.1 试验模型的建立
• 5.4.2 试件的制备
• 5.4.3 加载方式及试验观测
• 5.4.4 车辙疲劳模拟试验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 复合基层合理结构组合研究
• 6.1 复合基层路面结构荷载内力的敏感性分析
• 6.1.1 轴载对复合基层路面结构应力应变影响分析
• 6.1.2 ATB厚度、模量对复合基层路面结构应力应变影响分析
• 6.1.3 半刚性层厚度、模量对复合基层路面结构应力应变影响分析
• 6.1.4 路基（含垫层）模量对复合基层结构应力应变的影响分析
• 6.2 复合基层ATB层抗裂力学分析
• 6.3 基于整体路面结构疲劳寿命的ATB最佳厚度确定
• 6.3.1 复合基层结构疲劳寿命计算方法
• 6.3.2 复合基层ATB层最佳厚度确定方法
• 6.3.3 基于结构参数的延长复合基层路面疲劳寿命方法
• 6.4 复合基层结构温度应力计算
• 6.4.1 路面温度场理论
• 6.4.2 边界条件
• 6.4.3 温度应力计算与分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 复合基层沥青路面结构设计
• 7.1 我国沥青路面现行设计理念问题
• 7.1.1 我国现行沥青路面设计方法
• 7.1.2 现行设计理念问题
• 7.1.3 长寿命沥青路面设计方法
• 7.2 复合基层沥青路面设计控制指标与标准
• 7.2.1 主要设计控制指标与标准
• 7.2.2 辅助设计控制指标与标准
• 7.3 基于疲劳车辙弯沉的路面设计方法
• 7.4 本章小结
• 第八章 主要研究结论及建议
• 8.1 主要研究结论
• 8.2 主要创新点
• 8.3 进一步研究建议
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢