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旧水泥混凝土路面花岗岩沥青加铺层的应用研究

作　者: 原宝盛
导　师: 彭余华
学　校: 长安大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 花岗岩沥青加铺层反射裂缝有限元粘附性试验
分类号: U416.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在珠江三角洲地区,大量早期修建的水泥混凝土路面因接近设计年限或因交通量的持续急剧增长造成路面发生不同程度的各种损坏而面临养护维修和工程改造问题。在旧路面上加铺沥青面层是旧水泥混凝土路面改造的主要形式之一,然而这种复合结构由于材料差异较大、旧路接缝等的存在较容易产生反射裂缝。同时,本地区公路的大规模建设和建筑材料的持续开发导致沿线传统的沥青表面层用材料(如玄武岩等)严重匮乏,使得公路建设者从就地取材、降低造价的角度出发将目光转向当地储量丰富的酸性花岗岩石料。本文在2007年广东省公路管理局科技项目-《珠江三角洲地区花岗岩石料在水泥混凝土路面沥青加铺层的应用研究》资助下,从减缓反射裂缝和提高花岗岩沥青混合料的路用性能等方面出发,开展将花岗岩石料应用于旧水泥混凝土路面沥青加铺层表面层的应用研究,有利于拓宽路用面层石料来源,实现就地取材和减少材料运距,对于降低工程造价和避免过度开发原有稀缺面层材料具有重要意义。本文主要依托广东省道S112佛山市广杏线陈村段路面中修整治工程。首先,通过对旧水泥混凝土路面的路面损坏状况、承载能力等方面的调查,对旧路状况做出评价,并提出合理的旧路路面处治方案；然后基于ANSYS软件建立了加铺层路面结构的三维有限元模型,对接缝处沥青加铺层底的荷载和温度应力状态作出全面、系统的分析,为沥青加铺层设计提供材料选择和设计参数选取方面的参考；接着根据旧水泥混凝土路面沥青加铺层的工作特性,从原材料、粘附性试验、沥青混合料级配设计及路用性能等方面开展加铺层材料组成设计研究；最后,通过花岗岩沥青加铺层试验路的铺筑,研究花岗岩在旧水泥混凝土路面沥青加铺层表面层的工程应用,并通过试验路性能的检测来评价其应用效果。一研究结果表明：(1)通过采用ANSYS软件建立路面结构三维有限元模型与采用路面结构计算软件HPDS2006二者计算的加铺层底拉应力指标的相对误差为3.15%,说明采用ANSYS有限元程序进行加铺层结构应力分析是相对可靠的；(2)在旧路与加铺层间铺筑级配沥青碎石、设置土工布等多种典型防反措施均能有效延缓反射裂缝的发生,其中以7cm沥青碎石AM-20+2.5cm厚应力吸收层的组合措施效果最佳,对于实例路面结构,其加铺层底的最大主应力σ1、最大剪应力τmax和等效应力σc分别比直接加铺的情况下降达78.6%、82.9%和84.4%；(3)针对沥青加铺层反射裂缝的扩展模式,得出基于控制荷载剪切型反射裂缝和温度张开型反射裂缝的加铺层结构评价流程,并对实例加铺层结构就行评价,评价结果表明其满足防止反射裂缝的要求；(4)延长水煮时间的水煮法能更准确地判定抗剥落剂对改善花岗岩与沥青粘附性的贡献能力,并能在一定程度上评价抗剥落剂受热稳定性优劣,实现抗剥落剂的优选；(5)掺加优选后的(?)norlife300抗剥落剂后,花岗岩沥青混合料的水稳定性、高温稳定性性能得到大幅提升,完全满足规范对高温潮湿区沥青混合料路用性能的要求；(6)通过采取延缓反射裂缝和改善花岗岩与沥青粘附性能的技术措施后,采用传统施工工艺完成的花岗岩沥青加铺层路面压实度、平整度、渗水性能、抗滑性能等良好。本文的研究成果为水泥混凝土路面沥青加铺层和沥青路面表面层采用花岗岩集料提供了一定的理论支撑和技术指导。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-18
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 沥青加铺层反射裂缝产生机理的研究  13-14
    1.2.2 防止反射裂缝的研究  14-15
    1.2.3 加铺层设计方法的研究  15-16
    1.2.4 花岗岩在沥青面层的应用研究  16-17
  1.3 本文研究内容与方案  17-18
第二章旧水泥混凝土路面评价与处治方案选择  18-24
  2.1 旧水泥混凝土路面概况  18
  2.2 旧水泥混凝土路面现状调查与评定  18-22
    2.2.1 路面损坏状况调查评定  18-20
    2.2.2 旧路承载能力评定  20
    2.2.3 接缝传荷能力和板底脱空状况调查评定  20-21
    2.2.4 交通量调查及设计轴载  21-22
  2.3 旧水泥混凝土路面处治方案  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构设计与评价  24-48
  3.1 沥青加铺层结构荷载应力有限元分析  24-35
    3.1.1 采用的强度理论  24-26
    3.1.2 沥青加铺层结构荷载应力计算模型与参数  26-29
    3.1.3 有限元模型计算的可靠性验证  29
    3.1.4 沥青加铺层结构荷载应力分析  29-35
  3.2 沥青加铺层结构温度应力有限元分析  35-42
    3.2.1 路面温度场分析理论  35-37
    3.2.2 沥青加铺层结构温度应力计算模型与参数  37
    3.2.3 沥青加铺层结构温度应力分析  37-42
  3.3 沥青加铺层设计考虑的主要因素  42-43
    3.3.1 反射裂缝的控制  42
    3.3.2 旧水泥混凝土路面的修复  42
    3.3.3 加铺层结构性能与功能性能对比  42-43
    3.3.4 加铺层材料  43
    3.3.5 其他影响因素  43
  3.4 基于控制反射裂缝的沥青加铺层结构评价  43-46
  3.5 本章小结  46-48
第四章花岗岩沥青加铺层材料组成设计研究  48-69
  4.1 旧水泥混凝土路面沥青加铺层工作特性  48-49
  4.2 原材料试验研究  49-52
    4.2.1 沥青  49-50
    4.2.2 矿粉  50
    4.2.3 集料  50-52
    4.2.4 抗剥落剂  52
  4.3 粘附性试验研究  52-58
    4.3.1 粘附性影响因素  52-53
    4.3.2 粘附性试验方法研究  53-58
  4.4 加铺层花岗岩沥青混合料材料组成设计  58-67
    4.4.1 抗剥落剂作用原理及剂量确定  58-60
    4.4.2 花岗岩沥青混合料目标配合比设计  60-64
    4.4.3 加铺层花岗岩沥青混合料路用性能试验与评价  64-67
  4.5 本章小结  67-69
第五章试验路应用研究  69-81
  5.1 试验路概况  69-70
  5.2 抗剥落剂存储稳定性检验  70-71
  5.3 试验路铺筑工艺  71-74
    5.3.1 试验路前期处理  71
    5.3.2 花岗岩沥青混合料表面层铺筑  71-74
  5.4 试验路性能检测  74-80
    5.4.1 抗滑性能检测  74-76
    5.4.2 压实度检测  76-77
    5.4.3 平整度检测  77-78
    5.4.4 渗水性能检测  78-80
  5.5 本章小结  80-81
第六章结论及建议  81-84
  6.1 主要结论  81-83
  6.2 建议  83-84
参考文献  84-87
攻读学位期间发表论文情况  87-88
致谢  88

旧水泥混凝土路面花岗岩沥青加铺层的应用研究

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