长寿命沥青路面抗疲劳层性能研究_图文

1、东南大学硕士学位论文长寿命沥青路面抗疲劳层性能研究姓名:彭文俊申请学位级别:硕士专业:道路与铁道工程指导教师:黄晓明20050830 2412天以后不同面层和基层组合类型的路面弯沉情况,采用沥青混凝土面层和沥青碎石基层的路面结构组合具有最好的路面使用性能。美国各州公路工作者协会(AASHO在19561960年间进行了著名的AASHO试验路研究。共比较了四种基层:碎石基层、砾石基层、水泥处治基层和沥青处治基层。研究发现,虽然沥青稳定基层路面比水泥稳定基层路面产生了更大的车辙量,但其路面的使用品质高于水泥稳定基层。根据现时服务性指数(PSI得出1个单位厚的沥青稳定基层相当于1.3个单位厚的水泥处治

2、基层,即采用沥青稳定基层路面结构可以降低路面的总厚度”J。从20世纪60年代各州开始修建全厚式沥青路面和深层高强度沥青路面结构。全厚式沥青路面是各沥青层直接铺筑在土路基上,深层高强度路面是沥青面层和基层铺筑在相对比较薄(大约1015cm的粒料基层上。这两种路面结构最初的设计寿命都是20年。大部分的全厚式沥青路面和深层高强度沥青路面到了使用年限以后,仍具有较好的结构强度,而仅需要对其表面功能作些修复,如薄的罩面或铣刨、罩面。德国在二战期间修建了大量的高速公路,60年代迎来了第二个道路建设高峰,其典型结构是采用沥青混凝土与级配碎石的组合。由于要满足抗冻厚度,需要大量优质的级配碎石,提高了路面造价,

3、并且材料的运输也为道路交通带来了较大负担。因此.德国公路部门开始考虑采用较薄的结构层来取代厚级配碎石层。1969年,研究人员将美国全厚式沥青路面结构引入德国的道路建设,进行了大量的比较研究。采用14cm的沥青基层代替了60cm厚的粒料基层,从而节省了石料的用量,从总的经济效益上来看采用全厚式结构是更为有利的。德国规定沥青路面的水泥稳定碎石或二灰碎石基层通常在下面三个条件只要有一个成立时,基层必须做横向切缝处理:l、当基层抗压强度大于9.0MPa;2、基层厚度超过20c m;3、基层以上的沥青面层厚度小于14cm。德国底基层大部分用的是防水、防冻层。材料组成主要是砂砾和碎石,压实厚度是最大粒径的

4、3倍。德国用设计好的程序来确定混合料级配曲线,既准确又省时。特别对02mm粒径用精密仪器等份水洗筛分,其均匀性很好n英国的沥青路面结构较多采用沥青混凝土层作为路面基层,其路面设计规范中对基层沥青混凝土的级配和沥青用量等有相应的规定。并且为了保证沥青混凝土基层的抗疲劳性能,英国建议采用尽可能高的沥青用量。日本主要的高速公路均采用两层式沥青面层,并以较厚的沥青稳定碎石作为基层,多采用级配碎石和水泥稳定材料作为底基层。其沥青层的总厚度达到了2530cm,是典型的沥青稳定基层路面结构。根据日本道路的使用现状,这些高速公路很少产生疲劳裂缝,主要的问题是车辙。由国外的沥青路面结构可以看出,沥青层的总厚度比

5、较大,一般超过20cm;而基层或者底基层则多采用强度较低的无机稳定材料以及级配碎石等。其路面结构相对于我国的半刚性路面来讲,更偏于柔性。国外的沥青路面结构有向进一步加厚沥青层的厚度并提高沥青稳定基层的强度特性这个方向发展。进入90年代以后,交通量的增长迅速,原有的沥青路面结构已经不能满足路面的长期使用要求,各国都在进行长寿命沥青路面的研究。北美、欧洲、日本、澳大利亚等大都将沥青路面的设计年限延长至20年40年。2001年12月日本新版路面设计施工指针中规定,在设计时根据具体情况确定设计年限,一般来说,对主要的干线公路的高速公路为40年、国道为20年i对隧道内的路面为2040年;对交通量大的交叉

6、口(立交和城市的干线道路为20年以上。JimHuddleston等人将长寿命路面引进美国,并提出了长寿命路面的设计概念,如图1.1。 图1.1长寿命路面的设计概念 东南大学硕士学位论文正因素等几方面对不同试验方法进行综合评价。评价结果认为重复弯曲试验最能代表实际路面的受力状况,试验结果可直接用于设计,是疲劳试验的首选方法,但该试验需专门设备,耗时,成本高。间接拉伸试验简单易做,不需专门设备,并可预测路面开裂,也是值得推荐的疲劳测试方法。沥青混合料室内小型疲劳试验方法比较口01表4.1试验方法优点缺点广泛应用:试验结果可直接用弯曲疲劳试验于设计;基本技术可用于其它耗时;成本高;需专用设各。方面;

7、可选择加载方法。间阜;驳眚廿J用于具匕讯粒;间接拉伸疲劳试验两维应力状态:低估疲劳寿命。可预测开裂。轴向拉压疲劳试验不需弯曲疲劳试验。费时,成本高,需要专门设备。需要大量疲劳试验数据;需处三轴疲劳试验能较好的模拟现场情况。理剪应变。支承梁弯曲疲劳试能较好的模拟现场情况;试验需要大量疲劳试验数据。验能在较高温度下进行。低劲度沥青混合料疲劳受车辙室内轮碾疲劳试验非常好的模拟现场情况。影响;需要专门设备。4.1.3抗疲劳层沥青混合料疲劳试验长寿命沥青路面的抗疲劳层位于沥青混凝土和沥青稳定基层的层底,受力分析表明其主要承受重复荷载的受拉作用,主要破坏型式为疲劳破坏。重复弯曲试验最能代表实际路面的受力状况,试验结果可直接用于设计,是疲劳试验的首选方法。本节研究采用小粱弯曲疲劳试验对不同油石比的沥青混合料进行疲劳|生能研究,为确定抗疲劳层沥青混合料的最佳油石比提供参考。1.三分点小粱弯曲疲劳试验试验设备采用澳大利亚进口的uTM一4万能试验机,如图4.3,气动施加荷载。 图4.3UTM4多功能材料试验系统试件和成型方法:按公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052.2000T0703.93规定的轮碾法成型试件,并切割成小梁,小梁宽和高分别为63.5mm和50mm,梁长度为381mm,两端支点距离355.5mm。加载方式:常应变,三分点加载,加载点间距为118.5mm,小梁加