【博士】瀝青路面層間處治技術(shù)研究【2008】

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　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：長(zhǎng)安大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　層間結(jié)合優(yōu)劣是影響瀝青路面使用壽命的重要因素之一，若層間結(jié)合不好，就會(huì)破壞路面結(jié)構(gòu)的整體性，削弱路面結(jié)構(gòu)的整體抗力，在車(chē)輛加速、減速的地方易發(fā)生層間剪切滑移，產(chǎn)生月芽形推擠裂紋。為了使路面多層組合體系具有良好的結(jié)構(gòu)承載力和耐久性，應(yīng)該加強(qiáng)瀝青路面層間處治技術(shù)的研究?！　”疚脑谡{(diào)查瀝青路面層間處治技術(shù)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，通過(guò)分析不同層間接觸狀況下的瀝青路面受力，揭示了U形開(kāi)裂的機(jī)理，分析了層間接觸狀況對(duì)瀝青路面路用性能的影響。然后圍繞粘層、封層和透層材料展開(kāi)系統(tǒng)室內(nèi)試驗(yàn)，通過(guò)直接剪切和直接拉拔試驗(yàn)對(duì)層間結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了深入研究，目的是分析層間強(qiáng)度的影響因素及其各個(gè)因素影響的顯著性，以及測(cè)試方法的可行性和評(píng)價(jià)指標(biāo)的合理性，為相關(guān)技術(shù)規(guī)范的修訂提供依據(jù)。同時(shí)，對(duì)瀝青路面層間剪切疲勞性能進(jìn)行了研究，初步探討了層間疲勞破壞的機(jī)理，提出了描述層間強(qiáng)度破壞的剪切模型和參數(shù)。最后，在力學(xué)分析和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，提出了考慮抗剪強(qiáng)度的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法?！　【唧w研究?jī)?nèi)容如下：　　(1)采用有限元分析軟件ABAQUS，以半剛性基層瀝青路面為研究對(duì)象，把試驗(yàn)參數(shù)應(yīng)用到力學(xué)分析模型里面，研究水平荷載、層間接觸條件和超載對(duì)瀝青路面力學(xué)響應(yīng)的影響以及分析U形開(kāi)裂產(chǎn)生的原因。結(jié)果表明，水平荷載對(duì)路面應(yīng)力場(chǎng)的分布有很大影響，尤其是對(duì)路面上面層的影響不可忽視；車(chē)輛超載和基面層間的不連續(xù)會(huì)加劇瀝青路面的車(chē)轍，縱向滑移的產(chǎn)生主要是由超載和面層層間的不連續(xù)引起的，對(duì)路表彎沉影響最大的是荷載，其次是基面層間接觸狀況，最后是面層層間接觸狀況；U形底部開(kāi)裂是拉應(yīng)力導(dǎo)致的張開(kāi)型裂縫，U形的兩側(cè)開(kāi)裂是豎向剪應(yīng)力導(dǎo)致的剪切型裂縫，面層層間的連續(xù)與否和水平荷載的作用對(duì)U形開(kāi)裂產(chǎn)生的影響最為顯著?！　?2)采用三種粘層材料——乳化瀝青、改性乳化瀝青和普通熱瀝青，對(duì)粘層油用量、粘層油種類(lèi)、溫度、層間界面清潔程度、浸水、凍融、行車(chē)荷載的作用、上下面層瀝青混合料的級(jí)配類(lèi)型等影響因素展丌研究，并對(duì)每個(gè)影響因素進(jìn)行方差分析。同時(shí)，從高溫性能和耐久性能出發(fā)，研究不同接觸條件對(duì)瀝青路面路用性能的影響。結(jié)果表明，高溫時(shí)確定的最佳用量比常溫下小0．1～O．2kg／m2；噴灑粘層油有利于提高層間抗剪切性能、瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能和耐久性能以及減輕層間污染、浸水、凍融對(duì)層間產(chǎn)生的不利影響。最后，綜合粘層抗剪性能和透水性能，推薦了適合不同氣候的粘層材料和噴灑量；在力學(xué)計(jì)算和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，提出了瀝青路面粘層結(jié)構(gòu)抗剪性能的評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)和技術(shù)要求。　　(3)對(duì)同步碎石封層技術(shù)研究了各種影響因素對(duì)層間抗剪強(qiáng)度的影響程度，并將同步碎石封層與稀漿封層抗剪強(qiáng)度和層間透水性能進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明，瀝青材料性質(zhì)、集料巖性、集料的不同處理方式、瀝青和集料撒布的同步與否對(duì)同步碎石封層抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生了顯著性影響，集料粒徑大小對(duì)其產(chǎn)生一定程度的影響，但是影響不顯著；作為下封層使用時(shí)，稀漿封層抗剪強(qiáng)度小于同步碎石封層的抗剪強(qiáng)度，但其防水性能明顯優(yōu)于同步碎石封層。最后，根據(jù)降雨量和面層類(lèi)型推薦了合適的下封層材料?！　?4)采用三種透層材料——稀釋瀝青、乳化瀝青和改性乳化瀝青以及兩種常見(jiàn)的半剛性基層類(lèi)型——水泥穩(wěn)定碎石基層和二灰穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行研究，研究不同稀釋率、不同種類(lèi)透層材料的滲透性能以及基層類(lèi)型、基層養(yǎng)生齡期對(duì)透層材料滲透性能的影響。研究結(jié)果表明，稀釋瀝青的滲透效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于乳化瀝青，改性乳化瀝青不適合作為透層油使用；相同噴灑量下，透層油在水泥穩(wěn)定碎石基層上的滲透深度大于在二灰穩(wěn)定碎石基層上的滲透深度，且二灰穩(wěn)定碎石基層比水泥穩(wěn)定碎石基層的噴灑用量要小；透層油的噴灑時(shí)機(jī)宜早不宜遲。最后，推薦出適合不同基層類(lèi)型的透層材料。　　(5)通過(guò)自行研發(fā)的剪切試驗(yàn)，對(duì)瀝青路面進(jìn)行了層間剪切疲勞試驗(yàn)，研究有無(wú)粘層油、粘層材料種類(lèi)和層間污染對(duì)疲勞性能的影響。通過(guò)分析，提出了層間剪切疲勞性能的評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)以及層間剪切簡(jiǎn)化模型，進(jìn)行了剪切疲勞破壞機(jī)理分析，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了層問(wèn)結(jié)合狀態(tài)衰變的簡(jiǎn)單模型?！　?6)根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合層間材料的路用性能要求，將七月平均最高氣溫和降雨量作為我國(guó)瀝青路面層間材料的氣候區(qū)劃指標(biāo)，提出了我國(guó)瀝青路面層間材料的氣候區(qū)劃。并且，在力學(xué)分析和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，提出了層間容許剪應(yīng)力的計(jì)算方法和考慮抗剪強(qiáng)度的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。　　

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