高寒地区沥青路面开裂形态与成因分析

以高寒地区沥青路面开裂调研资料为基础,对高寒地区沥青路面开裂病害进行形态描述与成因分析,归纳总结出该类地区沥青路面的主要开裂破坏形式,对高寒地区沥青路面结构与材料的研究工作具有指导作用,同时对类似地区公路建设中沥青路面结构与材料设计也具有借鉴作用。     

弯道超高路段沥青路面的力学响应分析

车辆在弯道超高路段行驶时会受到离心力作用,而现行路面设计方法未考虑离心力的影响。工程实践发现,在沥青路面弯道超高路段病害较多。就这分析了路面超高路段的力学特征,推导出离心力导致轮载不平衡的计算公式。利用有限元软件,以高速公路典型沥青路面结构为例,定量分析了离心力对路面力学响应的影响。计算表明:考虑离心力后路面的力学响应均大于不考虑离心力的情况,且速度越高影响程度越大。可见离心力的存在和现行设计方法的不足是导致路面弯道薄弱环节的原因。     

低温压实对沥青混合料路用性能的影响

利用现场实测结果,确定了低温成型的温度范围。通过对AC-13改性沥青混合料在不同压实温度下的密实性、强度特性、水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性等指标的室内试验,研究了低温压实对沥青混合料路用性能的影响。结果表明:(1)随着压实温度的降低,沥青混合料的各种性能指标不断变差,其空隙率、压实度、稳定度、常温劈裂强度、动稳定度、低温劈裂强度、低温弯拉强度以及线收缩系数等指标与压实温度具有非线性相关性,而残留稳定度、冻融劈裂残留强度比及低温弯拉应变等指标具有线性相关性;(2)存在一个低温压实临界温度,当压实温度低于此值后,沥青混合料的路用性能显著下降。而当路面施工受条件限制处于冬季低温环境时,可采用此低温临界温度来控制现场压实。     

不同沥青混凝土路面结构的大温差温度行为分析

为基于环境因素的大温差地区选择适宜的沥青混凝土路面结构提供理论依据。考虑沥青混合料的感温特性,将路面结构视为层间接触的不连续层状体系,应用ABAQU S的瞬态热分析和热-结构耦合求解技术,对不同基层类型沥青混凝土路面结构在低温大温差作用下的温度场与温度应力响应等温度行为特性进行分析。分析结果表明:采用级配碎石、掺2%水泥的级配碎石以及沥青稳定碎石等柔性基层的沥青混凝土路面结构组合,具有优良的抗环境温度变化作用的性能,是高寒、低温大温差地区值得推荐选用的沥青混凝土路面结构。     

矿料级配对沥青混合料路用性能影响的试验分析

以典型的AC—13沥青混合料为基础,通过系统室内对比试验,对5组由粗到细级配的沥青混合料的基本物理性质、高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、疲劳耐久性等路用性能进行了研究。试验结果表明,级配变化对沥青混合料路用性能有直接的影响,且存在一定的规律性,总体表现为靠近规范级配中值附近其综合性能较好;不同级配类型的沥青混合料路用性能的优点表现不一样,粗级配更有利于抗高温变形的提高,细级配更有利于抗水损害、抗弯拉破坏、抗疲劳开裂等性能的提高。研究成果为沥青混合料级配选择和优化设计提供参考。     

采用刚度矩阵法的弹性层状体系数值解法

从弹性力学基础理论出发,采用刚度矩阵法,推导了应用于直角坐标系下的三维多层弹性层状体系静力学数值解法。引入二维傅里叶变换及高斯积分求解法,基于 MATLAB 数学软件平台编制计算程序,实现三维多层弹性层状体系理论计算方法的数值求解。针对典型有砟轨道轨下基础结构,采用提出的计算方法和编制的相应计算程序对其进行静力学分析,并将所获得的计算结果与采用通用有限元程序ABAQUS的计算结果进行对比。分析结果表明：采用提出的计算方法和通用有限元计算方法获得有砟轨道轨下基础最大竖向位移分别为1．50、1．95 mm,最大竖向应力分别为0．34、0．21 MPa,计算结果较为接近,计算反映出来的各状态分量变换规律基本一致,提出的计算方法及其相应计算程序可应用于多层弹性层状体系的静力学计算。     

基于构型力断裂准则的骨料干涉作用分析

为研究沥青混凝土内部裂纹初始构型（如裂纹初始偏转角,空间位置）的改变对裂纹扩展路径以及裂纹扩展方式的影响,以裂尖构型力为断裂准则,通过扩展有限元XFEM建立具有不同初始构型的裂纹模型,模拟裂纹经过单骨料和非对称双骨料的情况;从裂纹扩展路径和裂尖构型力变化等方面分析骨料干涉作用下裂纹初始构型对裂纹扩展的影响.结果表明：1）在单骨料干涉作用下,裂尖构型力随骨料与初始裂尖夹角的增大而逐渐增大,表明骨料对裂纹扩展的干涉作用逐渐减弱,当其超过60°后,骨料对裂纹扩展的干涉作用可忽略不计;2）在非对称双骨料干涉作用下,随着骨料圆心连线与x轴夹角的增大,双骨料对裂纹扩展干涉作用愈加明显,当其大于45°时,裂尖构型力明显偏小,即骨料对裂纹扩展表现出“止裂”效果;3）当裂纹初始偏转角发生改变时,单骨料与非对称双骨料对裂纹扩展的干涉作用具有相似性,其裂尖构型力随偏转角增大呈现先增加后减小的趋势;4）当偏转角为45°时,裂尖构型力偏大,意味着裂纹趋于非稳定状态,骨料对裂纹扩展的抑制效果较弱,致使骨料对沥青混合料抗裂性能的提高受到一定限制.     

砂粒式防水沥青混合料低温弯曲蠕变试验分析

试验选用沥青用量分别为4%,5%,6%,7%和8%的砂粒式防水沥青混合料AC—5的上限级配、中值级配和下限级配3种级配类型,在温度为0℃条件下进行加载量分别为50,100和200N的弯曲蠕变试验。试验结果表明:沥青用量超过约5%后,依靠提高沥青用量改善沥青混合料的低温抗裂性能效果甚微;加载量为100N时,试件跨中弯曲蠕变速率大于加载量50和200N所对应的弯曲蠕变速率;3种级配的沥青混合料弯曲蠕变速率为下限级配大于中值级配,中值级配大于上限级配。根据试验结果的综合分析并考虑低空隙率、高防渗性等技术要求,关于防水用砂粒式沥青混合料适宜的级配类型建议选用中值级配。     

新旧沥青路面黏结界面处理方式对路面性能的影响试验

为研究新旧沥青路面黏结界面对修补路面性能的影响,采用含界面黏结缝的复合小梁以模拟修补后的新旧沥青路面,以界面黏结材料类型及用量、黏结面形式作为影响因素,分别进行了复合小梁的四点弯曲疲劳和拉拔正交试验。结果表明:①黏结面形式对复合小梁的疲劳寿命影响最大,黏结材料类型对复合小梁的界面黏结强度影响最大;②为综合提高复合小梁的疲劳寿命和界面黏结强度,建议最佳界面处治方案为:采用0.6kg/m~2的高黏弹改性乳化沥青均匀涂抹在倾斜角为30°的切割面;③即使采用结论②中的最佳界面处治方案,其复合小梁的疲劳寿命仍远远低于正常无缝路面。     

再生粗集料的基本特征及其性能研究

介绍了再生粗集料的主要来源,系统测试了再生粗集料的基本特征与性能。测试结果表明,再生粗集料包括三种颗粒组成成分,即砂浆、表面包裹有部分砂浆的石子及与砂浆完全脱离的石子。再生粗集料的基本性能与天然粗骨料存在较大的差异,主要表现为表观密度低、吸水率大、针片状含量小、压碎值大、坚固性较差、表面粗糙度高,抗压强度低。