橡胶沥青应力吸收层路用性能研究

论文摘要

随着高速公路建设的快速发展,半刚性沥青路面得到了广泛研究和应用。但半刚性基层在运营期间易产生干缩裂缝和低温收缩裂缝,在荷载的重复作用下,半刚性基层的这种收缩裂缝很容易扩展到沥青面层而形成反射裂缝。反射裂缝一旦产生,不仅影响路面的美观和行车舒适性,更重要的是大大地缩短了路面的使用寿命。为此,开发和研究有效的裂缝防治材料具有重要的工程应用价值。用橡胶沥青应力吸收层（ SAMI-R, Stress Absorbing Membranes Interlayer-Rubber）来防治反射裂缝在国内还处于研究阶段。它是一种高弹性低劲度的软夹层,其作用为降低基层与加铺层之间的粘附阻力,从而减少反射裂缝。同时,由于隔开了裂缝端部,它可以降低加铺层底面的载荷能力。本文首先通过ANSYS分析了SAMI-R的防裂机理,分别改变沥青面层和夹层的参数来分析对面层底面受力的影响,并跟其它几种夹层材料进行防裂效果对比。其次通过一系列室内试验分析了SAMI-R的工程特性,测试橡胶沥青的高温性能、低温性能、抗老化性能等,研究各因素对橡胶沥青性能的影响;并和其它几种夹层对比评价了应力吸收层的路用性能。最后铺筑了试验路,通过试验路的施工与观测,总结了适合SAMI-R的施工工艺和注意事项等;评价了SAMI-R的经济和社会效益。本文研究结果表明:针对半刚性沥青路面反射裂缝的现况,SAMI-R能有效的防治反射裂缝并能提高路面的使用性能,经济社会效益良好。因此,SAMI-R这种防裂夹层在我国高速公路建设和养护工程中有着广泛的应用前景,本研究对指导SAMI-R在我国高速公路中的推广应用具有一定的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 反射裂缝防治措施现状
• 1.2.2 橡胶沥青应力吸收层现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 应力吸收层有限元分析和防裂机理研究
• 2.1 弹性多层体系
• 2.2 有限元分析基本过程
• 2.2.1 几何体离散化
• 2.2.2 假设合理的位移模式
• 2.2.3 建立单元刚度矩阵和节点力等效
• 2.2.4 建立节点平衡方程
• 2.3 计算模型与参数
• 2.3.1 路面典型结构
• 2.3.2 假设条件
• 2.3.3 模型建立
• 2.3.4 车辆荷载
• 2.4 荷载应力分析
• 2.5 SAMI-R 对面层底应力的影响
• 2.5.1 SAMI-R 的阻裂效果评价
• 2.5.2 应力吸收层模量的影响
• 2.5.3 应力吸收层厚度的影响
• 2.6 面层对面层底应力的影响
• 2.6.1 面层厚度的影响
• 2.6.2 面层模量的影响
• 2.7 各种防裂措施效果比较和研究
• 2.7.1 车辆荷载计算结果
• 2.7.2 各防裂措施作用机理及效果评价
• 2.8 本章小结
• 第三章 SAMI-R 的室内实验研究
• 3.1 橡胶粉改性沥青的制法
• 3.2 胶粉对沥青的改性机理
• 3.3 原材料性能实验研究
• 3.3.1 橡胶粉
• 3.3.2 基质沥青
• 3.4 橡胶沥青室内制备
• 3.4.1 高速剪切时间确定
• 3.4.2 最佳剪切速率确定
• 3.5 橡胶沥青性能实验研究结果
• 3.5.1 胶粉细度对橡胶沥青性能影响
• 3.5.2 橡胶粉掺量对橡胶沥青性能的影响
• 3.5.3 拌和温度对橡胶沥青性能的影响
• 3.5.4 沥青的种类对橡胶沥青性能的影响
• 3.6 剪切试验研究
• 3.6.1 剪切试件成型
• 3.6.2 剪切试验方案
• 3.6.3 剪切试验结果及分析
• 3.7 拉拔试验研究
• 3.7.1 试件成型
• 3.7.2 试验方案
• 3.7.3 试验结果及分析
• 3.8 疲劳试验研究
• 3.8.1 复合小梁试件成型
• 3.8.2 试验方案
• 3.8.3 加载控制模式的选定
• 3.8.4 荷载波形与频率
• 3.8.5 试验温度
• 3.8.6 试验结果及分析
• 3.9 本章小结
• 第四章 SAMI-R 的工程应用研究
• 4.1 试验路基本情况
• 4.2 试验路施工工艺
• 4.3 质量管理
• 4.4 施工中的不足与解决方法
• 4.5 试验路效果
• 4.6 社会、环境效益
• 4.7 经济效益分析
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文目录