全深式水泥稳定就地冷再生基层应用与耐久性能评价

为了将含有回收沥青路面材料及回收基层材料的废旧路面材料就地水泥冷再生后用于高速公路的基层,并能在短期内快速评价水泥就地冷再生基层的耐久性能,大广高速奈曼东连接线进行了全深式水泥稳定就地冷再生基层和骨架密实型水泥稳定碎石基层的劈裂强度、无侧限抗压强度、弯拉强度、动态压缩模量试验(中间段法)、干缩温缩应变、冻融循环水稳定性与抗疲劳耐久性等的对比研究,进而采用足尺加速加载试验评价了全深式水泥稳定就地冷再生基层的长期使用性能。研究结果表明,全深式水泥稳定就地冷再生混合料的7d无侧限抗压强度、弯拉强度、动态压缩模量完全能满足规范中高速公路基层的要求;相同试验条件下,水泥稳定就地冷再生混合料的强度特性、力学性能、抗冻性及疲劳寿命均小于新成型骨架密实型水泥稳定碎石混合料,但2种半刚性基层的承载能力相差不大;在持续荷载作用下,路面基层疲劳损伤累积会导致其承载能力不断衰减,随着试验轮加载次数增大,2种半刚性基层弯沉代表值持续增大,而弯沉增长率呈先显著增大后趋于平稳的变化趋势,全深式水泥稳定就地冷再生基层的承载能力衰减对重复荷载作用更加敏感。足尺加速加载试验加载了120万次后,全深式水泥稳定就地冷再生基层未发生疲劳开裂病害,也表现出了良好的耐久性能;建议改扩建工程中,宜将全深式水泥稳定就地冷再生基层应用于交通量较小的车道方向。     

基于防拱胀的水泥稳定基层层间结合状态研究

为了提高新疆部分地区道路基层使用寿命,预防水泥稳定基层沥青路面拱胀,实地取样三条出现水稳基层沥青路面拱胀等病害的高速公路,对其基层层间结合状态进行分析研究,系统研究了拉拔试验、直剪试验、抗弯拉强度试验与疲劳寿命试验对不同摊铺方式成型基层的层间结合状态影响,探讨在不同层间结合状态下,抗剪、拉拔、抗弯拉强度及疲劳寿命的大小及变化趋势。研究结果表明:大厚度一体化摊铺成型试件,其抗剪、拉拔、抗弯拉强度、疲劳寿命较于双层连续摊铺成型试件、双层间断成型试件更好,其中基层层间完全连续状态抗剪强度最高,分别比双层连续摊铺基层和双层间断摊铺基层高出59.3%、186%,层间完全连续试件抗拉强度最大,是双层连续摊铺基层抗拉强度2.22倍,双层间断摊铺基层抗拉强度最小,仅为完全连续试件32%;层间完全连续试件所能承受抗弯拉强度1.678 13MPa,相对于双层连续、双层间断试件分别提高1.84%、3.15%;在不同水平应力下,层间完全连续试件(Ⅰ型试件)其疲劳寿命都高于双层连续摊铺试件(Ⅱ型试件)及双层间断摊铺试件(Ⅲ型试件);随着水平应力的提高,各试件的疲劳寿命逐渐减少,水平应力的高低较为显著地影响路面材料的疲劳寿命及路面结构整体性能。     

沥青路面中双层半刚性基层的倒装效应

为探讨具有2层半刚性基层的沥青路面中半刚性基层的结构组合与材料选择原则,采用BISAR3.0对常用的具有2层半刚性基层的沥青路面结构及其基层倒装后的沥青路面结构进行了荷载效应分析;并成型了由2层不同半刚性材料构成的复合梁式试件,通过进行四点弯曲强度试验和四点弯曲疲劳试验对比了这两种结构的强度和疲劳寿命。结果表明:常用结构的下半刚性层所受拉应力、拉应变大于上半刚性层,路面结构的疲劳寿命取决于下基层;通常将性能稍差的材料用于下层,而性能较好的材料用于上层的结构组合原则与结构的水平应力状态不吻合;将其倒装后,性能较好的材料承受较大的拉应力,而性能较差的材料承受较小的拉应力,特别是当下层的模量大于上层模量的3倍时,上半刚性层会处于受压状态,这样就可以充分发挥各层材料的性能,且提高整个结构的抗裂性能;结构分析和试验均表明倒装结构的承载能力和抗疲劳性能均有显著提高;在进行半刚性基层的结构组合与材料设计时,应该根据结构层的水平拉应力状态进行结构组合与材料设计。     

沥青混凝土路面多孔混凝土基层的疲劳性能

多孔混凝土作为沥青混凝土路面的基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了多孔混凝土作为沥青混凝土路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

多孔混凝土疲劳性能的研究

多孔混凝土作为路面的基层,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。通过室内小梁弯拉疲劳试验,分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出多孔混凝土疲劳寿命服从双参数威布尔分布,以此建立了不同应力水平和等效应力水平下两种形式的疲劳方程;分析了疲劳寿命变异性的影响因素及减小变异性的相应措施,比较得出其疲劳性能优于半刚性基层材料。利用得出的疲劳方程,建立了以多孔混凝土作为水泥混凝土路面下面层荷载应力计算的疲劳应力系数,以及作为沥青路面基层时,进行层底弯拉应力验算的弯拉强度结构系数,可用于路面结构计算。     

冷再生基层混合料疲劳试验研究

采用室内弯拉疲劳试验研究一定荷载和环境条件下的冷再生基层混合料的疲劳性能,得出冷再生基层混合料的疲劳方程,并与普通半刚性基层材料、添加20%、40%碎石新骨料的冷再生基层混合料的疲劳性能进行对比。试验表明各种材料疲劳性能优劣的一般规律为:普通半刚性材料的疲劳性能添加40%碎石新骨料的冷再生基层混合料添加20%碎石新骨料的冷再生基层混合料完全冷再生基层混合料;在高应力比下,添加20%碎石新骨料的冷再生基层混合料的疲劳性能相对较好,在低应力比下添加40%碎石新骨料的冷再生基层混合料的疲劳性能相对较好,冷再生基层混合料可以满足规范对二级公路强度的要求,因此冷再生基层混合料能应用于等级为二级及以下的公路工程中。     

半刚性基层材料路用性能的试验研究

通过室内试验,研究了3种半刚性基层材料(水泥碎石、水泥粉煤灰稳定碎石、二灰碎石)的强度特性、断裂韧度、干缩特性及疲劳性能,比较了它们的路用性能。试验结果表明:半刚性基层材料的断裂韧度与弯拉强度具有一定的相关性;二灰碎石与水泥类稳定碎石相比,强度和断裂韧度较低,干缩性能和疲劳性能较好;水泥类稳定碎石抗弯拉强度比二灰碎石高,可弥补其疲劳寿命衰减过快的不足;用粉煤灰代替部分水泥,有广泛的工程应用前景。     

季节性变化下面-基结合状态对路面性能的影响

为研究面-基结合状态对沥青路面的影响,采用Bisar 3.0软件,考虑在季节性变化的条件下,对比分析不同结合状态对长寿命路面、柔性路面及半刚性路面受力状况的影响,并计算了不同控制指标下沥青路面的疲劳寿命。研究结果表明:面-基结合状态的变化对路表弯沉影响相对较小,对层底拉应力、拉应变的影响较大;路表弯沉、基层层底拉应力最大值出现在5月份,沥青层底最大拉应力出现在2、3月份,上、下面层层底拉应变最大值出现在7月份;长寿命结构在以沥青层层底拉应变为控制指标时,疲劳寿命均大于其对应的普通路面结构;柔性基层类长寿命路面及半刚性基层类长寿命路面在设计时应分别以沥青层层底拉应变及基层层底拉应力为控制指标。     

基于疲劳寿命的对复合式基层沥青路面再思考

复合式基层沥青路面是一种新型的沥青路面结构型式。选取我国常见的半刚性基层沥青路面作为比照,以壳牌路面设计软件Bisar3.0全面计算两类典型路面的力学响应,据此基于疲劳寿命理论,采用我国现行沥青路面设计方法中推荐的疲劳方程,针对层间完全连续与层间不完全连续两种接触条件,得出两种疲劳指标控制模式下两类路面的相对寿命长短,从理论上进一步提示两类路面的破坏根源。结果表明层间不完全连续使结构受拉区扩大;复合式路面结构的弯拉水平明显低于半刚性路面;当以两种指标控制疲劳寿命时,复合式路面的疲劳寿命均高于半刚性路面;复合式路面的基层寿命高,可将破坏控制在表面,半刚性路面则由于基层寿命低而容易产生结构性损坏。     

含水量对季冻区路基强度及路面结构力学响应的影响

对季冻区路基路面的力学性能进行相关研究。测试不同深度位置处路基土体的含水量,并对路基土体回弹模量的影响因素进行试验分析,探讨了不同路基含水量下的路面结构力学响应情况。结果表明:冻融循环明显降低土体的强度,但到第6次冻融循环后,土体的强度基本趋于平稳;随着含水量的增加,土体强度减小的趋势逐渐变缓,因此,冻融循环作用对较为干燥状态土体的影响是较大的;路表弯沉、半刚性基层层底拉应力和土基顶压应变与路基含水量及轴载呈正相关关系,其中与轴载近似呈线性关系。沥青层层底拉应变远远低于疲劳极限,因此发生疲劳损伤的概率很小;随着轴载的增加,半刚性基层疲劳寿命逐渐减小,趋势逐渐变缓,含水量增加时半刚性基层疲劳寿命有类似的变化规律,因此为降低半刚性基层发生疲劳破坏的概率,需严格控制土基的含水量及行车荷载。     

固化剂稳定铁尾砂基层结构设计参数取值分析

为分析固化剂稳定铁尾砂材料用作基层时结构设计参数取值,分别进行不同铁尾砂、5-10 mm碎石及固化剂掺配比例下,试件90 d养生龄期的弹性模量试验及弯拉强度试验。试验结果表明:5-10 mm碎石添加30%和40%时,固稳铁尾砂弹性模量及弯拉强度测试值与规范推荐的水泥稳定碎石弹性模量及弯拉强度接近或略高;未掺碎石时,固稳铁尾砂弹性模量及弯拉强度测试值与规范推荐的水泥稳定土弹性模量及弯拉强度接近或略高。确定了固稳铁尾砂混合料弹性模量及弯拉强度推荐取值范围,通过疲劳试验,采用Haversine(半正弦)加载模式,回归得到的稳定铁尾砂混合料(5-10 mm碎石添加30%,固化剂用量6%)疲劳参数a的取值为13.49,b的取值为12.008,疲劳参数与规范推荐的水泥稳定碎石类材料接近。     

半刚性基层的材料特性

从强度、温度收缩和干燥收缩、抗冲刷以及疲劳4个方面论述了半刚性基层材料的特性,指出:半刚性基层材料的强度可以根据路面结构要求在一个很宽的值域内设计;半刚性基层材料的强度获得不仅要靠一定剂量的结合料,更要靠良好级配的集料;及时的保湿养生可以避免半刚性基层材料的干燥收缩裂缝;控制细料含量可以显著减小半刚性基层材料的温度收缩裂缝;通过减少细料含量、增加结合强度以及增大空隙率等合适的材料组成设计,可以显著地提高半刚性基层材料的抗冲刷性能;半刚性基层材料是应力敏感性材料,将半刚性基层放在路面中合适的层位,可以使其具有更长的疲劳寿命.     

钢渣粉煤灰基层的疲劳性能研究

钢渣粉煤灰作为沥青混凝土路面的基层时,和面层一起受到车辆荷载和温度的反复作用,结构设计中需考虑其疲劳性能。该文通过MTS进行室内小梁弯拉疲劳试验,建立了不同应力水平的疲劳方程;并与半刚性基层材料的疲劳性能进行了比较,得到了一些有价值的结论。     

半刚性基层材料不同模量试验与分析

为了研究半刚性基层材料的模量特性,应用UTM材料试验机测试了3种水泥剂量的半刚性基层材料(CBG-25)在抗压和弯拉模式下的动、静态模量和相位角,分析水泥剂量、应力水平、频率、测试方法对半刚性基层材料模量和相位角的影响。结果表明:半刚性基层材料在抗压和弯拉模式下具有不同的应力依赖特性,随着应力水平的增加,抗压模量逐渐增大而弯拉模量逐渐减小;相位角随着加载频率的增加逐渐减小,抗压模式相位角为3.0°~7.2°,弯拉模式相位角为5.0°~7.1°;动态抗压模量为静态抗压模量的1.8~2.8倍,动态弯拉模量为静态弯拉模量的1.2~1.4倍,弯拉模量远大于抗压模量;顶面法动态抗压模量与侧面法动态抗压模量数值相当,顶面法抗压相位角大于侧面法抗压相位角;半刚性材料的强度和模量随着水泥剂量的提升而逐渐增大,而相位角呈逐渐减小趋势。     

半刚性材料作为长寿命沥青路面基层的适应性研究

针对半刚性材料作为长寿命沥青路面基层使用问题,通过拟定典型路面,采用BISAB3.0计算了不同沥青层厚度下半刚性基层沥青路面的承载能力和疲劳寿命,分析了沥青层加厚对半刚性基层的基层应力和半刚性材料干缩、温缩的影响,研究了半刚性材料作为长寿命沥青路面基层的适应性.结果表明:相同荷载作用下,沥青层厚度增加,半刚性基层层顶压应力和层底拉应力明显减小,基层疲劳寿命大幅提高;半刚性基层受温度、水等外界因素影响明显减弱,半刚性基层的开裂、冲刷和路面反射裂缝等问题得以有效控制.     

耐久性基层沥青路面结构比选研究

以某新建公路工程为背景,运用ABAQUS软件建立路面结构三维模型,针对工程初步设计供选的三种耐久性基层沥青路面结构进行力学响应和疲劳寿命对比分析,得出以下结论:①RCC基层、加强型半刚性基层路面结构的路表弯沉峰值较于倒装式半刚性基层路面要小,故该路面结构的承载能力更优;②RCC基层、加强型半刚性基层和倒装式半刚性基层路面结构的沥青层层底拉应变差距较小,故均具有良好的抗疲劳损伤性能和使用性能;③倒装式半刚性基层路面结构的沥青下面层层底拉应力峰值较小,故抗拉开裂性能较优;④RCC基层沥青路面结构的半刚性基层和底基层的层底拉应力以及疲劳寿命较于其余两种路面结构要小,故RCC基层沥青路面结构的抗疲劳能力、抗拉压性能较优;⑤三种路面结构中RCC基层的各项性能较优,故工程路面结构推荐RCC基层。     

半刚性基层沥青路面对基层状况的荷载响应

根据半刚性基层沥青路面实际应用,采用Ansys分析软件,分析基层材料在完整、松散及收缩裂缝状态下路面荷载的响应、路面结构层的应力、应变和位移情况。分析表明:1)基层材料松散对面层层底拉应变,路面弯沉及路基顶的压应变影响显著;2)横向干缩裂缝可改变沥青面层层底最大拉应变方向,对层底拉应变影响较显著。分析结果对减少半刚性基层收缩裂缝,提高路面使用寿命有一定理论指导作用。     

基于三点弯曲试验的ATB-25弯拉特性的研究

通过沥青稳定碎石基层ATB-25沥青混合料的三点弯曲试验,研究了温度及加载速率对弯拉强度、弯拉应变及弯曲劲度模量的影响规律。在较大试验温度范围内,施加两组加载速率对ATB-25沥青混合料小梁试件的弯拉特性进行试验研究。结果表明:高加载速率条件下试件破坏的弯拉强度大于低加载速率下的弯拉强度;温度越高,高低荷载速率之间的弯拉强度差别越大。低荷载速率条件下的弯拉应变约为高荷载速率下的1.5~2.5倍,且在温度低于25℃时,小梁试件的弯拉应变与温度之间有较好的指数变化规律。同时,其弯曲劲度模量与温度之间也呈现良好的指数关系。对比分析了高低荷载速率条件下的指数回归方程参数,表明了低荷载速率条件下的ATB-25沥青混合料表现出较佳的抗裂性能。通过对小梁试件破坏前的弯曲应变能的计算,可得知其在常温域(15℃)附近具有最大的弯曲应变能。     

不同沥青混凝土路面结构的抗裂性能对比分析

反射裂缝是半刚性基层沥青混凝土路面的主要病害之一,通过在半刚性基层和沥青混凝土面层之间分别加入级配碎石、低剂量水泥稳定级配碎石和沥青碎石,研究其对反射裂缝的影响。从断裂力学的基本原理出发,应用有限元软件建立三维有限元模型,在裂纹尖端创建奇异单元,分析了不同路面结构应力强度因子随裂纹长度的变化规律。应用广义Paris公式,对各种路面结构疲劳寿命进行了预估,结果表明:级配碎石或低剂量水泥稳定级配碎石层的加入可有效抑制半刚性基层反射裂缝的扩展,但其会明显增加沥青混凝土层弯拉疲劳开裂的可能性;沥青碎石层的加入对减少沥青混凝土面层剪切型和弯拉型开裂都具有良好的作用。     

路面基层贫混凝土的力学特性研究

作为路面基层材料,贫混凝土得到越来越多的应用。通过室内试验。研究了振捣贫混凝土与碾压贫混凝土的28d弯拉强度与抗压强度,得出二者之间的相关关系;进行弯拉弹性模量试验。得出贫混凝土28d弯拉弹性模量与弯拉强度之间的关系,据此得出对应关系表作为模量推荐值;通过室内小梁弯拉疲劳试验。分析疲劳寿命试验数据的概率分布,得出贫混凝土疲劳寿命及等效疲劳寿命均服从双参数威布尔分布。并据此建立了不同失效概率下两种形式的双对数疲劳方程。