基于抗裂性能的联结层结构研究

论文摘要

半刚性基层沥青路面凭借较低的建造成本和良好的使用质量,在我国高等级公路和城市道路中占有很大比例。但由于半刚性基层结构接触条件差,易引起反射裂缝,在目前的交通条件下,该结构出现了许多路面病害,严重影响了其使用质量和寿命。本文在国内外柔性基层研究成果的基础上,提出设置沥青稳定碎石联结层的设计思路,重点分析了联结层结构的力学响应,研究了联结层结构的使用性质和抗裂性能,并基于抗裂性能,提出预测模型和混合料设计方法。采用ABAQUS有限元软件建立沥青路面典型结构模型,计算分析了路面结构各层的力学响应。分析表明,设置联结层结构能较好的降低沥青面层产生反射裂缝的可能性,同时不会引起较大的路面车辙病害的产生;总结半刚性基层结构反射裂缝和车辙形成机理,分析了设置联结层结构在改善路面性能方面的合理性。通过大量室内试验进行沥青稳定碎石联结层组成特性、成型方法和使用性能研究。基于骨架密实结构的组成特性,提出了采用贝雷法设计思路的级配选取方案;通过分析不同成型方法对联结层混合料体积指标和压实特性的影响,提出联结层混合料的合理成型方法。在此基础上,分析了级配组成和沥青用量因素对混合料性质的影响,提出级配组成设计和合理沥青用量确定的重要性。研究了级配组成、沥青用量、成型方法及混合料空隙率等因素对联结层混合料抗压回弹模量的影响。研究表明以上因素显著影响联结层混合料抗压回弹模量值。并由此建立20℃静态模量回归模型,可作为混合料优化设计的参考。在国内外研究成果基础上,提出简单的联结层混合料室内抗裂性能测试和评价方法。试验表明,沥青稳定碎石混合料具有较高的抗裂性能,且级配组成和沥青用量会显著影响其疲劳寿命。为便于沥青稳定碎石混合料的疲劳性能评价,提出了联结层混合料疲劳寿命预测模型,可以此评价其抗裂性能并进行混合料优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外的研究概况
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 本文主要研究内容和技术路线
• 第二章 沥青路面力学行为分析
• 2.1 沥青路面结构力学分析
• 2.1.1 路面结构及分析条件确定
• 2.1.2 沥青路面力学行为的有限元分析
• 2.2 沥青路面反射裂缝机理
• 2.2.1 断裂力学基础
• 2.2.2 半刚性基层反射裂缝形成机理
• 2.2.3 反射裂缝防治措施及机理分析
• 2.3 沥青路面车辙病害分析
• 2.3.1 半刚性基层沥青路面车辙成因
• 2.3.2 设置联结层结构对预防车辙的作用
• 2.4 本章小结
• 第三章 沥青稳定碎石混合料设计及性能验证
• 3.1 沥青稳定碎石混合料级配选择及评价
• 3.1.1 国内外的级配设计研究
• 3.1.2 粗细集料的划分界限及关键性筛孔确定
• 3.1.3 沥青稳定碎石混合料级配的选择
• 3.1.4 沥青稳定碎石混合料级配的评价
• 3.2 沥青稳定碎石混合料的成型方法研究
• 3.2.1 小马歇尔方法分析
• 3.2.2 大马歇尔方法分析
• 3.2.3 旋转压实方法分析
• 3.2.4 沥青稳定碎石混合料合理成型方法选择
• 3.3 沥青稳定碎石混合料使用性能验证
• 3.3.1 强度性能
• 3.3.2 高温稳定性能
• 3.3.3 水稳定性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 沥青稳定碎石混合料抗压回弹模量研究
• 4.1 静态模量试验方法及条件
• 4.1.1 静态模量试验方法
• 4.1.2 静态模量试验条件
• 4.2 静态模量试验数据分析
• 4.2.1 静态模量试验影响因素分析
• 4.2.2 不同成型方法对模量影响分析
• 4.3 ATB-25 混合料20℃静态模量预测模型
• 4.3.1 影响因素及结构确定
• 4.3.2 回归模型建立及有效性分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 沥青稳定碎石混合料抗裂试验研究
• 5.1 疲劳断裂力学基础
• 5.1.1 疲劳裂缝扩展速率
• 5.1.2 疲劳裂缝扩展寿命
• 5.1.3 沥青混合料的疲劳断裂参数C、n
• 5.2 沥青路面疲劳断裂试验模拟
• 5.2.1 常用交通荷载型疲劳试验
• 5.2.2 沥青稳定碎石混合料抗裂试验模拟
• 5.3 疲劳性能试验结果分析
• 5.3.1 疲劳试验数据统计
• 5.3.2 试验数据分析
• 5.3.3 联结层混合料疲劳性能回归模型
• 5.4 基于抗裂性能的沥青稳定碎石设计方法
• 5.5 本章小结
• 第六章 试验路铺筑及施工工艺研究
• 6.1 工程概况
• 6.2 试验路铺筑
• 6.2.1 配合比设计
• 6.2.2 联结层施工工艺及注意事项
• 6.3 试验路质量控制及检测
• 6.3.1 试验路现场质量控制与检测
• 6.3.2 联结层长期使用性能观测方法
• 6.4 本章小结
• 主要结论及进一步研究设想
• 参考文献
• 致谢