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文档简介
1、沥青路面结构水损破坏机理探究现状研究摘要:针对当前沥青路面结构水损坏现象日益突出的实际问题,本文从沥青路面结构水损影响评价和防治措 施、沥青路面水损细观结构变化、沥青路面结构损伤演化规 律等方面对沥青路面结构水损破坏机理的研究现状进行了 分析论述,并指出了研究成果中的不足和进一步研究的方 向。关键词:沥青路面 影响因素分析 水损破坏 细观结构损伤演化规律1概述近年来,由于环境的破坏致使雨水灾害频发,沥青路结构水损坏现象越来越突出,致使路面结构的使用寿命和性 能大幅下降,该问题已逐步引起学术界和工程界的关注。目前,我国的沥青路面采用多层的结构形式,各层在材料组成、压实程度等方面存在一定差异,另外
2、,层内不同材 料在热学、物理、力学等方面的特性也不尽相同,导致层间 或层内不同材料的交界面存在各种形状的微裂缝、微缺陷。 投入运营后,在降雨-蒸发循环、雨水侵蚀、车辆载荷等因 素的共同作用下,材料的性能和材料间的粘结强度会逐渐降 低,结构内微裂缝、微缺陷的状态也会逐步劣化,进而导致 路面结构发生各种形式的损坏。有资料表明,由雨水引发的 沥青路面微细结构损伤主要体现在材料内聚力和材料间粘 着力的降低,以及雨水对结构的腐蚀、冲刷等方面。考虑到 雨水对路面结构影响的严重性,国内外一些学者从不同层面 对其进行了研究。2现状综述2.1沥青路面结构水损影响因素分析为明确沥青路面 结构水损的影响因素,评价其
3、影响情况,学者们在此方面进 行了一些研究,如lytton. r. l等人认为路面结构水损坏可 归结为水分进入沥青与集料交界面或进入沥青材料内部引 起结构强度和耐久性降低两个方面,并借助表面能理论和动 力学理论,提出了一个可用来解释沥青混合料动力学计算结 果和结构损坏程度的新方法;g. d. airey等人针对沥青材料 的粘结性受时间影响显著这一实际情况,提出了一个老化沥 青混合料水损试验方法(sats),并将该法用于分析集料、 填充材料、沥青等材料对路面水损的影响情况;沙庆林院士 通过分析水破坏的现象和原因,提出从控制沥青路面结构面 层空气率(不大于5%)、增强沥青与矿料的粘结力、提高压 实标
4、准、增设排水层或防水层等方面来降低雨水对沥青路面 结构的破坏程度。2.2沥青路面水损细观结构变化分析为探讨沥青混凝 土内部结构排列,及其与整体宏观性能间的关系,学者们进 行了一些研究,如wang l b4基于沥青混凝土 x- ray ct 切片图像,提出了一种进行三维细观结构重构的图像差值方 法,并用对3种沥青混凝土内部孔隙的大小、空间分布、损 伤面积、损伤张量等进行了定量研究;李晓军通过不同扫描 参数下的ct扫描,从ct数和ct图像两方面分析了试件内 部的初始结构,着重对比了试件内部不同层面孔隙的分布, 为评价沥青胶结颗粒材料初始损伤奠定了基础;jonathan howson等人通过分析集料
5、与沥青粘结面的微观损伤过程、粘 结材料的粘结强度和耐久性,从组成材料的基本特性方面对 沥青混合料的水损破坏过程进行了较为详细的研究。2.3沥青路面结构损伤演化规律在结构损伤演化方 面,学者们也进行了一些研究,如周志刚通过研究认为沥青 类路面疲劳开裂的实质是结构层在交通荷载循环作用下内 部逐渐损伤劣化形成宏观裂缝的过程,裂缝扩展阶段的寿命 直接影响路面结构的疲劳寿命。q.z.zhu等采用热力学分析 方法对于拉、剪和拉剪组合应力状态下,脆性材料裂纹滑动 与损伤演化的相互作用进行了研究。3现状分析综观上述各方面研究,尽管各研究均具有一定的实用价 值和理论指导意义,但受试验设备、研究手段、研究侧重点
6、等方面因素的限制,现有的研究成果尚难全面揭示沥青路面 结构水损问题,主要体现在:关于沥青路面水损方面的研 究成果主要基于对宏观物理力学指标的分析,提出的评估模 型和防治措施的细观理论支撑不足。涉及水损状况下微结 构状态变化、微裂纹(微缺陷)发展、材料粘结力降低等方 面的研究成果很少,难以揭示结构破坏的细部原因。关于 沥青路面结构水损演化规律方面的研究成果不多,且损伤因 子定义中对材料内聚力、材料间粘结力、微裂缝(微缺陷) 等因素的考虑不足。所建立的损伤演化规律评估模型中未 考虑细观指标的不确定性,影响评估结论的可靠性。4讨论鉴于现在研究成果中的欠缺,有必要在如下几方面开展 进一步的研究:从宏、
7、微细观试验研究入手,研究沥青路 面结构水损过程中细观结构状态、微裂缝(微缺陷)发展等 细观指标的变化,以及材料内聚力和材料间粘结力降低情 况,揭示沥青路面结构水损破坏机理。根据水损的实际情 况,从微观角度对结构损伤过程进行分析,建立沥青路面结 构水损演化方程和损伤状态评估模型。进一步完善路面结 构设计理论和水损防治理论,在研究方法和理念上有所创新 与突破。参考文献:1 lytton, r. l. , masad, e. a. , zollinger, c. , bulut, r. and little, d. measurements of surface energy and its relationship to moisture damagertechnicalreport.2005, fhwa/tx-05/0-4524-2.2 沙庆林.高速公路沥青路面的水破坏及其防治措施 (上)j国外公路,2000, 20 (3): 1-4.3 wanglb , frost j d , voyiadjis g z , et al. quantification of damage parameters using x-ray tomography imagesj.mechanics of materials, 2003
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