長(zhǎng)壽命瀝青路面抗疲勞層性能研究_圖文

1、東南大學(xué)碩士學(xué)位論文長(zhǎng)壽命瀝青路面抗疲勞層性能研究姓名:彭文俊申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):道路與鐵道工程指導(dǎo)教師:黃曉明20050830 2412天以后不同面層和基層組合類型的路面彎沉情況,采用瀝青混凝土面層和瀝青碎石基層的路面結(jié)構(gòu)組合具有最好的路面使用性能。美國(guó)各州公路工作者協(xié)會(huì)(AASHO在19561960年間進(jìn)行了著名的AASHO試驗(yàn)路研究。共比較了四種基層:碎石基層、礫石基層、水泥處治基層和瀝青處治基層。研究發(fā)現(xiàn),雖然瀝青穩(wěn)定基層路面比水泥穩(wěn)定基層路面產(chǎn)生了更大的車轍量,但其路面的使用品質(zhì)高于水泥穩(wěn)定基層。根據(jù)現(xiàn)時(shí)服務(wù)性指數(shù)(PSI得出1個(gè)單位厚的瀝青穩(wěn)定基層相當(dāng)于1.3個(gè)單位厚的水泥處治

2、基層,即采用瀝青穩(wěn)定基層路面結(jié)構(gòu)可以降低路面的總厚度”J。從20世紀(jì)60年代各州開(kāi)始修建全厚式瀝青路面和深層高強(qiáng)度瀝青路面結(jié)構(gòu)。全厚式瀝青路面是各瀝青層直接鋪筑在土路基上,深層高強(qiáng)度路面是瀝青面層和基層鋪筑在相對(duì)比較薄(大約1015cm的粒料基層上。這兩種路面結(jié)構(gòu)最初的設(shè)計(jì)壽命都是20年。大部分的全厚式瀝青路面和深層高強(qiáng)度瀝青路面到了使用年限以后,仍具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,而僅需要對(duì)其表面功能作些修復(fù),如薄的罩面或銑刨、罩面。德國(guó)在二戰(zhàn)期間修建了大量的高速公路,60年代迎來(lái)了第二個(gè)道路建設(shè)高峰,其典型結(jié)構(gòu)是采用瀝青混凝土與級(jí)配碎石的組合。由于要滿足抗凍厚度,需要大量?jī)?yōu)質(zhì)的級(jí)配碎石,提高了路面造價(jià),

3、并且材料的運(yùn)輸也為道路交通帶來(lái)了較大負(fù)擔(dān)。因此.德國(guó)公路部門開(kāi)始考慮采用較薄的結(jié)構(gòu)層來(lái)取代厚級(jí)配碎石層。1969年,研究人員將美國(guó)全厚式瀝青路面結(jié)構(gòu)引入德國(guó)的道路建設(shè),進(jìn)行了大量的比較研究。采用14cm的瀝青基層代替了60cm厚的粒料基層,從而節(jié)省了石料的用量,從總的經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)看采用全厚式結(jié)構(gòu)是更為有利的。德國(guó)規(guī)定瀝青路面的水泥穩(wěn)定碎石或二灰碎石基層通常在下面三個(gè)條件只要有一個(gè)成立時(shí),基層必須做橫向切縫處理:l、當(dāng)基層抗壓強(qiáng)度大于9.0MPa;2、基層厚度超過(guò)20c m;3、基層以上的瀝青面層厚度小于14cm。德國(guó)底基層大部分用的是防水、防凍層。材料組成主要是砂礫和碎石,壓實(shí)厚度是最大粒徑的

4、3倍。德國(guó)用設(shè)計(jì)好的程序來(lái)確定混合料級(jí)配曲線,既準(zhǔn)確又省時(shí)。特別對(duì)02mm粒徑用精密儀器等份水洗篩分,其均勻性很好n英國(guó)的瀝青路面結(jié)構(gòu)較多采用瀝青混凝土層作為路面基層,其路面設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)基層瀝青混凝土的級(jí)配和瀝青用量等有相應(yīng)的規(guī)定。并且為了保證瀝青混凝土基層的抗疲勞性能,英國(guó)建議采用盡可能高的瀝青用量。日本主要的高速公路均采用兩層式瀝青面層,并以較厚的瀝青穩(wěn)定碎石作為基層,多采用級(jí)配碎石和水泥穩(wěn)定材料作為底基層。其瀝青層的總厚度達(dá)到了2530cm,是典型的瀝青穩(wěn)定基層路面結(jié)構(gòu)。根據(jù)日本道路的使用現(xiàn)狀,這些高速公路很少產(chǎn)生疲勞裂縫,主要的問(wèn)題是車轍。由國(guó)外的瀝青路面結(jié)構(gòu)可以看出,瀝青層的總厚度比

5、較大,一般超過(guò)20cm;而基層或者底基層則多采用強(qiáng)度較低的無(wú)機(jī)穩(wěn)定材料以及級(jí)配碎石等。其路面結(jié)構(gòu)相對(duì)于我國(guó)的半剛性路面來(lái)講,更偏于柔性。國(guó)外的瀝青路面結(jié)構(gòu)有向進(jìn)一步加厚瀝青層的厚度并提高瀝青穩(wěn)定基層的強(qiáng)度特性這個(gè)方向發(fā)展。進(jìn)入90年代以后,交通量的增長(zhǎng)迅速,原有的瀝青路面結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足路面的長(zhǎng)期使用要求,各國(guó)都在進(jìn)行長(zhǎng)壽命瀝青路面的研究。北美、歐洲、日本、澳大利亞等大都將瀝青路面的設(shè)計(jì)年限延長(zhǎng)至20年40年。2001年12月日本新版路面設(shè)計(jì)施工指針中規(guī)定,在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況確定設(shè)計(jì)年限,一般來(lái)說(shuō),對(duì)主要的干線公路的高速公路為40年、國(guó)道為20年i對(duì)隧道內(nèi)的路面為2040年;對(duì)交通量大的交叉

6、口(立交和城市的干線道路為20年以上。JimHuddleston等人將長(zhǎng)壽命路面引進(jìn)美國(guó),并提出了長(zhǎng)壽命路面的設(shè)計(jì)概念,如圖1.1。 圖1.1長(zhǎng)壽命路面的設(shè)計(jì)概念 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文正因素等幾方面對(duì)不同試驗(yàn)方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果認(rèn)為重復(fù)彎曲試驗(yàn)最能代表實(shí)際路面的受力狀況,試驗(yàn)結(jié)果可直接用于設(shè)計(jì),是疲勞試驗(yàn)的首選方法,但該試驗(yàn)需專門設(shè)備,耗時(shí),成本高。間接拉伸試驗(yàn)簡(jiǎn)單易做,不需專門設(shè)備,并可預(yù)測(cè)路面開(kāi)裂,也是值得推薦的疲勞測(cè)試方法。瀝青混合料室內(nèi)小型疲勞試驗(yàn)方法比較口01表4.1試驗(yàn)方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)廣泛應(yīng)用:試驗(yàn)結(jié)果可直接用彎曲疲勞試驗(yàn)于設(shè)計(jì);基本技術(shù)可用于其它耗時(shí);成本高;需專用設(shè)各。方面;

7、可選擇加載方法。間阜;駁眚廿J用于具匕訊粒;間接拉伸疲勞試驗(yàn)兩維應(yīng)力狀態(tài):低估疲勞壽命?？深A(yù)測(cè)開(kāi)裂。軸向拉壓疲勞試驗(yàn)不需彎曲疲勞試驗(yàn)。費(fèi)時(shí),成本高,需要專門設(shè)備。需要大量疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù);需處三軸疲勞試驗(yàn)?zāi)茌^好的模擬現(xiàn)場(chǎng)情況。理剪應(yīng)變。支承梁彎曲疲勞試能較好的模擬現(xiàn)場(chǎng)情況;試驗(yàn)需要大量疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)。驗(yàn)?zāi)茉谳^高溫度下進(jìn)行。低勁度瀝青混合料疲勞受車轍室內(nèi)輪碾疲勞試驗(yàn)非常好的模擬現(xiàn)場(chǎng)情況。影響;需要專門設(shè)備。長(zhǎng)壽命瀝青路面的抗疲勞層位于瀝青混凝土和瀝青穩(wěn)定基層的層底,受力分析表明其主要承受重復(fù)荷載的受拉作用,主要破壞型式為疲勞破壞。重復(fù)彎曲試驗(yàn)最能代表實(shí)際路面的受力狀況,試驗(yàn)結(jié)果可直接用于設(shè)計(jì),是疲勞試驗(yàn)的首選方法。本節(jié)研究采用小粱彎曲疲勞試驗(yàn)對(duì)不同油石比的瀝青混合料進(jìn)行疲勞|生能研究,為確定抗疲勞層瀝青混合料的最佳油石比提供參考。1.三分點(diǎn)小粱彎曲疲勞試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)備采用澳大利亞進(jìn)口的uTM一4萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),如圖4.3,氣動(dòng)施加荷載。 圖4.3UTM4多功能材料試驗(yàn)系統(tǒng)加載方式:常應(yīng)變,三分點(diǎn)加載,加載點(diǎn)間距為118.5mm,小梁加載示意圖如