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混凝土碎石化沥青加铺层路面结构模型试验

作　者: 刘振新
导　师: 陆阳
学　校: 西南交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 混凝土碎石化沥青加铺层路面结构模型设计疲劳特性
分类号: U416.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层,是将其改造成沥青路面的一种比较经济的方式,无论是在公路还是在城市道路改造中采用得都比较多,尤其是随着我国石油工业的发展,沥青产品质量提高,国产石油沥青满足道路规范要求,目前有很多的旧水泥混凝土路面因使用年限较长,路面状况恶化,需要进行改造。水泥混凝土路面上加铺沥青面层快速、经济的优点就体现出来,越来越多的地方选择加铺沥青面层的改造方式。疲劳损坏是沥青路面特别是柔性基层沥青路面的主要破坏模式之一。因此,多年来,沥青路面的疲劳特性一直是路面工程研究的重点。本文在前人研究的基础上,通过不同碎石化程度下,室内沥青加铺结构足尺模型疲劳试验,分析了沥青层底荷载动态响应特性,并对试验结果进行了初步分析,主要包括：(1)室内足尺结构模型试验为在可控环境下,研究混凝土碎石化沥青加铺层结构的荷载疲劳特征搭建平台,而试验的基础是合理构建能反映客观实际的结构模型。考虑到碎石化的技术要求与施工工艺之间的密切联系,根据试验场地的实际情况,在气锤破碎混凝土的基础上,采用振动压实,对碎石混凝土进行了二次破碎整形。构建模型的过程表明,基于气锤破碎与振动压实的混凝土路面碎石化,通过破碎参数的合理选择,完全可以得到与公路基层规范的要求相符的粒料柔性基层。(2)模型试验应在不违背结构基本特性的前提下,在贴近实际与简化问题之间寻求平衡。由于沥青混合料所具有的粘滞性,加铺层结构的荷载响应具有明显的时间滞后效应,因此常规的应力、应变测试方法难以应用于路面加速疲劳试验中。为此,设计、采用了以静态间接测试为主、动态直接监测为辅的测试系统,满足了试验分析对数据采集量的需求。(3)作为粘弹塑性材料,沥青混合料的粘滞性显著影响加铺层对动荷载作用的变形响应,而以碎石化混凝土为基层时,加铺层结构对动荷载的力学响应显得更为复杂,不仅与测点所在位置有关,也与荷载水平有关。在荷载板直接作用区域以外,平行于板长边方向受拉,而垂直于板长边方向则可能受压；在荷载板直接作用区域内,当动荷载幅值为25KN时,加铺层层底始终处于拉应力场内；而动荷载幅值增至50KN时,加铺层层底则因回弹,处于拉-压应力交替作用状态,加速了加铺层疲劳破坏的演化进程。(4)以碎石化混凝土为基层的沥青加铺层结构,在竖向荷载作用下,明显表现出柔性层状结构的特征。从试验结果看,荷载板直接作用范围内,加铺层层底拉应力显著大于荷载板以外的层底拉应力,而且距离荷载作用区域越近,应变响应越明显。尤其值得注意的是,荷载板以外的各测点处,拉应变随累计荷载作用次数的增加而增长的量微乎其微,但在荷载中心处,不仅拉应变随荷载作用次数的增加而增大,而且拉应变的增值率也呈增大的趋势。(5)混凝土面板的碎石化程度是决定加铺层结构功能重要因素。在相同荷载水平及作用次数前提下,碎石化程度较高的加铺层结构层底最大拉应力小于碎石化程度较低的加铺层结构层底最大拉应力,而且更应引起注意的是,就加铺层层底非恢复拉应变而言,碎石化程度低的结构的拉应变增长率也显著高于碎石化程度较高的结构,因此碎石化程度高的结构的抗疲劳性能优于碎石化程度低的结构。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第1章绪论  12-18
  1.1 研究的背景与意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
  1.3 本文的研究内容  16-18
第2章混凝土碎石化沥青加铺层的结构行为分析  18-25
  2.1 混凝土碎石化沥青加铺层路面的结构特征  18-19
  2.2 加铺层路面结构的力学行为分析  19-25
第3章模型设计与试验方案  25-39
  3.1 试验研究内容  25-26
    3.1.1 试验研究内容  25-26
    3.1.2 模型试验的关键技术  26
    3.1.3 模型试验的主要内容  26
    3.1.4 模型试验的设备及传感器选择  26
  3.2 试验方案设计  26-36
    3.2.1 加载系统设计  26-29
    3.2.2 碎石化加铺结构模型的模型设计  29
    3.2.3 传感器布设方案  29-33
    3.2.4 传感器的埋设  33-36
  3.3 试验过程  36-39
第4章碎石化加铺层结构模型的制作  39-61
  4.1 土基的铺筑  39-44
    4.1.1 土基铺筑厚度的确定  39
    4.1.2 最大干密度和最佳含水量的测定  39-40
    4.1.3 土基的施工  40-41
    4.1.4 土基压实度检测  41-42
    4.1.5 承载板法确定土基顶面回弹模量  42-43
    4.1.6 土基中传感器的埋设  43-44
  4.2 水泥稳定碎石基层的铺筑  44-46
    4.2.1 配料  44-46
    4.2.2 拌合、摊铺、压实  46
    4.2.3 压实度检测  46
    4.2.4 水稳基层强度检测  46
  4.3 水泥混凝土面层的施工  46-48
    4.3.1 准备下承层  46-47
    4.3.2 立模  47
    4.3.3 拌混凝土  47
    4.3.4 铺筑  47
    4.3.5 振实  47-48
    4.3.6 整平  48
    4.3.7 养生  48
  4.4 水泥混凝土路面碎石化  48-58
    4.4.1 水泥混凝土面层碎石化实施方案  48-51
    4.4.2 碎石化效果分析  51-55
    4.4.3 碎石层顶面承载板试验  55-58
  4.5 沥青加铺层的铺筑  58-61
    4.5.1 沥青加铺层厚度选择  58-59
    4.5.2 沥青加铺层的铺筑  59-61
第5章加载仪器及设备  61-64
  5.1 动力部分  61
  5.2 加载系统  61-63
    5.2.1 控制部分  62
    5.2.2 软件控制系统  62-63
  5.3 数据测试设备  63-64
    5.3.1 静态数据采集系统  63
    5.3.2 电荷放大器  63-64
第6章试验结果分析  64-75
  6.1 试验的实施  64
  6.2 沥青加铺层层底动应力分析  64-66
  6.3 沥青加铺层疲劳特性的碎石化程度影响分析  66-73
    6.3.1 1#断面沥青层底应变测试结果分析  68-71
    6.3.2 2#断面沥青层底应变测试结果分析  71-73
  6.4 碎石化程度对加铺层抗疲劳特性的影响分析  73-75
结论  75-77
致谢  77-78
参考文献  78-82
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目  82

混凝土碎石化沥青加铺层路面结构模型试验

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