纤维沥青碎石应力吸收层配合比设计及作用机理研究

论文摘要

沥青路面各结构层之间的连接状态直接影响到路面的整体性能,尤其是半刚性基层沥青路面,采用良好的层间处置方式不但能够有效地减少和避免路面病害发生,而且还能增强路面的整体承载能力。国内在沥青路面层间处置技术方面开展了相关研究,并提出了一些行之有效的层间处置措施,但仍未达到理想的状态。因此,本研究引入了国外的纤维沥青碎石封层技术,并用作沥青路面应力吸收层,对其组成设计方法及作用机理进行深入研究,为该项技术在我国的推广应用提供技术支持。纤维沥青碎石应力吸收层的实施应考虑各地气候、交通及施工技术水平等特点,必须进行针对性的设计。本研究在调查分析山东省沥青路面层间病害的基础上,结合依托工程所在地区的交通及气候特点,采用有限元软件计算分析了沥青路面基、面层间接触状态对路面结构受力的影响；基于山东原材料供应状况,开展了纤维沥青碎石应力吸收层的配合比设计研究,研发了用于纤维沥青碎石性能试验的专用设备,通过大量的室内试验,测试了材料组成对纤维沥青碎石应力吸收层路用性能影响规律,建立了纤维沥青碎石应力吸收层路用性能评价指标体系,提出了适用山东省的纤维沥青碎石应力吸收层配合比设计方法。本研究首次采用复合材料细观结构原理,对纤维沥青碎石应力吸收层的作用机理进行了深入分析,依据短纤维增强复合材料的作用原理,揭示了纤维-沥青界面粘结机理,提出了纤维沥青碎石应力吸收层“临界区概率强度”概念,通过“临界区”材料力学性能的研究,建立了“临界区概率强度”预估模型,以此作为评价纤维沥青碎石应力吸收层抗裂性能的依据,同时,还提出了纤维沥青碎石应力吸收层抗裂强度预估公式。应力吸收层的阻裂性能与短纤维含量具有直接关系,通过纤维沥青碎石应力吸收层实体工程的实施,研究提出了纤维沥青碎石应力吸收层的施工关键技术以及以剪切、渗水及平整度为主的施工质量检测指标体系,为纤维沥青碎石应力吸收层在山东省乃至全国范围的推广提供了技术借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 层间接触条件对沥青路面性能的影响
• 1.1.2 国内外路面设计中对层间接触状态的考虑
• 1.1.3 纤维沥青碎石用于下封层的可行性
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 纤维沥青碎石封层在我国的应用
• 1.3 研究目的、内容和研究路线
• 1.3.1 研究目的与主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 沥青路面层间病害调查与分析
• 2.1 山东省的气候状况
• 2.2 沥青路面病害调查及分析
• 2.3 沥青路面下封层病害调查与分析
• 2.3.1 稀浆封层
• 2.3.2 同步碎石封层
• 2.4 纤维沥青碎石封层结构及性能特点
• 2.4.1 材料组成
• 2.4.2 结构特点
• 2.4.3 技术性能
• 2.5 本章小结
• 第三章 不同基面层层间粘结状态下沥青路面力学响应分析
• 3.1 研究方案
• 3.2 沥青路面有限元模型建立
• 3.2.1 模型尺寸及单元划分
• 3.2.2 荷载的选取及边界条件的设定
• 3.2.3 层间接触
• 3.2.4 沥青路面结构计算参数
• 3.3 层间接触状态对路面弯沉及路面结构应力的影响
• 3.3.1 层间接触模型
• 3.3.2 摩擦系数的确定
• 3.3.3 对弯沉的影响分析
• 3.3.4 对路面结构应力的影响分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 纤维沥青碎石封层配合比设计方法研究
• 4.1 原材料要求
• 4.1.1 改性乳化沥青
• 4.1.2 碎石
• 4.1.3 纤维
• 4.2 配合比设计指标选取及试验方案设计
• 4.2.1 设计指标的选取
• 4.2.2 试验方案设计
• 4.3 设计指标与材料相关性分析
• 4.3.1 影响因素与正交试验水平的选择
• 4.3.2 剪切强度与材料类型及用量关系
• 4.3.3 抗渗水性与材料类型及用量的关系
• 4.3.4 抗裂强度与材料类型及用量的关系
• 4.4 路用性能评价指标体系的建立
• 4.5 配合比设计方法
• 4.6 本章小结
• 第五章 纤维沥青碎石封层抗裂性能研究
• 5.1 基层裂缝张拉应力下纤维沥青碎石封层破坏形式
• 5.1.1 界面脱粘
• 5.1.2 纤维拔出
• 5.1.3 沥青基体塑性变形
• 5.2 "沥青+纤维"界面作用理论
• 5.2.1 界面浸润理论
• 5.2.2 化学键理论
• 5.2.3 过渡层理论
• 5.2.4 沥青纤维界面粘结状态微观分析
• 5.3 抗裂强度模型
• 5.3.1 概率强度
• 5.3.2 临界区及纤维分布
• 5.3.3 抗裂强度预估
• 5.4 概率抗裂强度模型验证
• 5.4.1 试验参数和试验方法的确定
• 5.4.2 板带拉伸试验
• 5.4.3 试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 纤维沥青碎石封层施工工艺研究
• 6.1 实体工程概况
• 6.2 配合比设计
• 6.2.1 原材料性能测试
• 6.2.2 配合比设计
• 6.3 施工主要流程
• 6.4 施工质量控制及检测
• 6.4.1 施工质量控制
• 6.4.2 施工质量检测
• 6.5 本章小结
• 第七章 纤维沥青碎石封层效益分析
• 7.1 经济效益分析
• 7.1.1 纤维沥青碎石应力吸收层经济成本分析
• 7.1.2 寿命周期成本分析
• 7.1.3 纤维沥青碎石应力吸收层环境成本分析
• 7.2 社会效益分析
• 7.3 本章小结
• 第八章 主要结论与建议
• 8.1 主要研究结论
• 8.2 进一步研究建议
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文及主要科研实践
• 致谢