PAM-10/OGFC-10沥青混合料渗水性能对比研究

【目的】探讨多孔沥青混合料PAM-10与开级配排水沥青混合料OGFC-10渗水性能的差异,为排水路面沥青混合料类型的选取提供一定的参考。【方法】对空隙率为12.5%、14.0%、15.5%、17.0%的PAM-10及空隙率为22.0%的OGFC-10沥青混合料试件开展连通空隙率试验、计算机断层扫描(computed tomography,CT)空隙内部特征试验、竖向渗透系数试验、抗冲刷性及抗堵塞性试验,对比分析两种排水沥青混合料的渗水性能。【结果】PAM-10的内部空隙结构比OGFC-10的更容易形成连通空隙;空隙率为17.0%的PAM-10竖向渗透系数与空隙率为22.0%的OGFC-10的相当;动水冲刷对OGFC-10的影响大于对PAM-10的影响;OGFC-10的抗堵塞性能比PAM-10的差。【结论】PAM-10的竖向渗透性、抗冲刷性能及抗堵塞性能均比OGFC-10的更优。

全厚式沥青面层车辙控制标准探讨

目前的研究都只针对沥青混合料提出材料的抗车辙控制标准,并不能直观地反映路面结构抗车辙性能。为此改进了车辙试验机,并在重载低速下开展多种沥青面层组合结构的全厚式车辙试验和各层沥青混合料的车辙试验;分析全厚式车辙动稳定度的构成,构造由各层沥青混合料动稳定度推算全厚式车辙动稳定度的公式;按照该公式对重载低速车辙试验数据进行回归,利用该回归方程分析沥青面层各层对全厚式车辙动稳定度的影响及其对车辙变形的结构贡献率,结果表明中面层对车辙变形的贡献率最大(与已有的研究结论一致),而上面层对全厚式车辙动稳定度的影响最大;基于各层沥青混合料的动稳定度控制标准,利用该回归方程提出全厚式车辙动稳定度控制标准;将该标准用于检验某高速公路长大上坡沥青路面抗车辙性能,能很好地解释其反复出现的车辙现象。

低速行车条件下沥青混合料抗车辙性能试验研究

考虑到目前沥青混合料车辙试验无法反映长上坡或大纵坡路面汽车的低速行驶特性,改进标准车辙仪,增加试验轮速度调节功能;以保证试验轮碾压次数相等为原则,修正变速车辙试验的试验时间和动稳定度计算公式;利用变速车辙仪对两种常用的沥青混合料开展不同轮压、试验轮不同行走速度下的车辙试验。变速车辙试验结果表明重载低速严重影响沥青混合料车辙性能;根据车辙试验结果建立上述两种试验材料动稳定度随试验轮行走速度的变化方程;利用该方程提出一种折算系数,可以将低速下的动稳定度值转换成标准试验条件下的动稳定度值;利用该折算系数,提出试验轮不同行走速度下这两种试验材料的车辙控制标准值。实体工程车辙状况验证该控制标准的合理性。

沥青混合料中温车辙试验研究

利用改进的能够调整轮碾速度的车辙试验机,对AC20开展了30、45℃和60℃时不同轮压及轮碾速度下的车辙试验。试验结果表明,在45℃试验温度下,重载和低速的联合影响很容易使AC20的车辙指标值劣于60℃、标准轮压和标准轮碾速度条件下的结果;而在30℃试验温度下,即使有重载和低速的联合影响,AC20的车辙指标值仍然好于60℃、标准轮压和标准轮碾速度条件下的结果。分析结果说明寒冷地区沥青路面车辙的产生除因为沥青混合料高温稳定性不足外,还需要考虑中温时间段内重载和低速引起的变形。根据分析结果,建议寒冷地区沥青混合料车辙试验方法除需要将试验温度调整为45℃以外,同时还需要根据道路交通状况设定重载低速的试验条件。

考虑温度梯度沥青路面面层全厚式车辙试验

沥青路面面层内部存在明显的温度梯度,而目前的车辙试验无法反映这一特点。研制车辙试件温度梯度控制系统,可以在车辙试件内部形成温度梯度;利用该系统模拟路面温度梯度,开展不同面层组合结构的全厚式车辙试验。试验结果表明,温度梯度下沥青面层的整体抗车辙性能优于均匀温度下的抗车辙性能;若减弱表面层抗车辙性能并同时增强中面层抗车辙性能,则不仅能够改善沥青面层整体抗车辙性能,而且其改善效果优于仅仅增强表面层的方法;若减弱表面层抗车辙性能并同时增强下面层抗车辙性能,却很难改善沥青面层整体抗车辙性能。试验分析表明,本文提出的温度梯度全厚式车辙试验可以用于沥青面层结构的抗车辙性能检验,能用于沥青面层的抗车辙结构优化。

沥青混合料的黏弹性疲劳损伤模型研究

从沥青混合料的黏弹性本构模型出发,按应变等效假设将损伤引进本构模型,推导周期应力条件下含损伤的耗散能表达式,进而得到黏弹性损伤演化方程和疲劳方程;该模型可以综合反映应力、加载频率和温度的影响,适合用来分析沥青路面的疲劳损伤问题;利用MTS开展了沥青混合料的疲劳损伤试验,确定了相应的黏弹性疲劳损伤模型参数,据此开展了模型验证,结果表明模型与实测值之间相关性很好．

旧水泥混凝土路面搭板罩面的应力

采用沥青罩面处理旧水泥混凝土路面时,沥青罩面层底对应旧路接裂缝的位置会因为应力集中而开裂。提出将旧板接裂缝顶部拓宽再采用水泥混凝土搭板来处理接裂缝,然后进行沥青罩面的方法,称为搭板罩面法。采用二维有限元方法分析了搭板罩面法处理旧水泥混凝土路面的影响因素,这些因素包括搭板厚度、搭板宽度、搭板强度以及搭板与旧水泥混凝土接头部位结合强弱。计算结果表明,接头顶端和裂缝顶端的应力随着搭板厚度的减小、搭板宽度的减小以及搭板的强度的减小而减小,而随着搭板与旧水泥混凝土板之间的接头处的结合由弱变强,接头顶端和裂缝顶端应力的变化趋势却相反。分析表明搭板设计需要综合考虑多方面的因素。

基于现场取样整体动稳定度的沥青面层结构组合优选

在某高速公路选取了不同车辙深度的多个横断面,在路肩处进行了全厚式沥青面层的取样,在三层式取样试件内部形成了沿厚度方向的温度梯度;开展轮辙试验测得了其整体动稳定度,分析了设计年限末路面车辙预估深度与实测整体动稳定度之间的关系;以15 mm车辙深度对应的整体动稳定度作为调研路段的结构抗车辙性能控制标准,开展了不同材料组合和厚度组合结构的轮辙试验,并以该整体动稳定度控制标准为依据进行了结构组合的优选。研究结果表明,通过分析现场车辙深度与对应沥青面层整体动稳定度之间的关系,确定沥青面层结构整体动稳定度的控制标准,此方法可以运用于类似道路的结构组合优选。

沥青路面轴载抗滑等效换算方法

采用与我国路面结构设计时轴载等效换算类似的方法,按照抗滑指标衰减量等效的原则建立了沥青路面轴载抗滑等效换算公式,并提出了轴数系数和轮组系数的确定方法;基于轴载抗滑等效换算公式,提出了沥青路面抗滑寿命预测方法;以某高速公路为算例,开展不同轮压下SMA16的抗滑性能衰变试验,并借鉴沥青混合料疲劳方程的获得方法,建立了SMA16基于BPN值的抗滑疲劳方程,以此为基础,应用所提出的抗滑性能预测方法预测了该高速公路路面的抗滑寿命。结果表明,该轴载抗滑等效换算方法用于高速公路沥青路面抗滑性能分析是可行的。

高速公路服务区新建UTW路面设计

高速公路服务区路面频繁受到车辆施加的水平力的作用,超薄水泥混凝土(UTW)路面抗水平力破坏性能强,但将UTW用于服务区新建路面需要有针对性地进行路面设计。在分析服务区交通特性和UTW受力特性的基础上修正了轴载等效换算公式;引入超细粉煤灰(UFA)等量取代部分水泥,设计出的UTW板水泥混凝土满足结构要求;通过直接剪切试验和拉拔试验对比了不同层间结合措施的效果,优选出先洒改性沥青再压入碎石的层间结合措施,将其用于UTW与其下沥青混凝土层之间,并通过试验确定了碎石的最佳粒径和用量。试验路的成功实施证明UTW是能够用于服务区新建路面的。

行车荷载作用下沥青路面粘弹性应力响应规律分析

该文以广义Maxwell模型模拟沥青混合料的粘弹性性质,定性分析了周期荷载作用下沥青路面的粘弹性应力响应规律,表明可以将其近似处理成与荷载同频率的半正弦波形。利用ANSYS分析了特定沥青路面结构在周期行车荷载作用下沥青面层的粘弹性应力响应,计算结果与定性分析结果一致,而且加载历史和加载间歇时间对计算时刻应力的影响比较小,可以用单周期的应力响应代替考虑多周期加载历史下的应力响应,而误差在工程结构分析可以接受的范围内,从而使计算时间大为缩短。

接缝性水泥混凝土路面接缝传荷能力测试方法探讨

设传力杆的水泥混凝土路面接缝传递荷载的能力会在各种因素的作用下逐渐减小,直至影响路面行车的平顺。通常的做法是实际测试横缝传荷能力后再确定维修方案,目前普遍采用贝克曼梁测试横缝两侧的弯沉,以弯沉比值定义传荷系数。但对于测试车、加载位置、弯沉测试点等没有相关规定,测试结果波动非常大,没有可比性。该文利用三维有限元程序EverFE分析了测试车载重和轮胎接地面积、加载位置、弯沉测试点对水泥混凝土路面横缝传荷系数的影响,结果表明除测试车轮胎接地面积外的其他因素对传荷系数的影响均较大。为此,有必要对水泥混凝土路面接缝传荷能力的测试做出统一的规定。

不同纤维及沥青复合改性BK-10混合料路用性能

【目的】对目标空隙率为13%的半开级配沥青混合料所用沥青和纤维进行优选,以提高混合料路用性能,实现其功能性与耐久性的平衡。【方法】对不同的沥青、纤维和矿粉进行8种组合制备不同的半开级配沥青混合料,通过开展室内试验,测试各混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等路用性能,对比分析沥青、纤维和矿粉对沥青混合料路用性能的影响,并基于表面能理论以及通过开展动态剪切流变试验和延度试验,进一步分析论证复合沥青和复合纤维改善混合料路用性能的原因和效果。【结果】复合沥青与集料的黏附性最强,复合纤维与沥青胶浆结合能力最好。【结论】采用5%苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrene-butadiene-styrene,SBS)与15%橡胶粉复合改性沥青,以及用复合纤维(木质素纤维与玄武岩纤维质量比为1∶1)制备的半开级配沥青混合料的路用性能最优。

沥青路面结构的粘弹性有限元方法

引入粘弹性理论 ,推导了温度荷载作用下的二维粘弹性有限元格式 ,并用Burgers模型模拟沥青混合料的粘弹特性 ,根据推导出的公式 ,编制了有限元程序 ,计算在持续大幅降温条件下沥青路面结构的温度应力场。

挖方路段路基水分迁移特性测试与分析

针对公路因开挖而出现的路基水分失衡现象,在张家口—涿州高速公路工程选取试验段埋设温度和电阻传感器,测试不同挖方深度路段(深挖、浅挖和填挖过渡段)路基在开挖渗沟前后不同深度处的电阻率;通过室内试验建立电阻率和含水率之间的关系,分析了挖方路段路基水分迁移特性。分析表明:随着挖方深度的增加,深秋与初春的含水率差值△W不断增大,即在挖方边坡水分补给和温度共同作用下,水分迁移的强度随着挖方深度的增加越来越强烈;渗沟和一定深度的换填有助于抑制挖方路段水分迁移作用,改善路基工作状态;对比填挖过渡段和深挖方路段季节性水分迁移,夏季降水对2处路段影响显著,所测土基含水率较之其他季节明显增大,季节性因素对深挖方路段水分迁移强于填挖过渡段。

沥青面层整体动稳定度控制标准的层位分解方法

建立了将沥青面层整体动稳定度分解成各层材料动稳定度的方程,通过对大量沥青混合料和相应沥青面层整体开展的轮辙试验回归得到了方程的相关系数;利用这个分解方程,将设定的沥青面层整体动稳定度控制标准分解到沥青面层各层,得到了层位动稳定度控制标准和厚度的多个组合方案。分析结果表明,这个分解方程可以有效地统一沥青面层结构抗车辙性能和层位抗车辙性能;能够得到各层位动稳定度控制标准的多个组合方案,便于实现结构优选;所得到的各层位动稳定度控制标准综合考虑了沥青混合料所处层位和层厚,弥补了目前规范的不足。

土工布和玻璃纤维格栅在旧水泥混凝土路面改造中的对比应用研究

以工程实例为依托,分析了土工布和玻璃纤维格栅2种材料处治旧水泥混凝土破损的实际效果。

旧水泥混凝土路面一种新型罩面的应力分析

提出一种旧水泥混凝土路面罩面修复的新方法———搭板 +罩面法。有限元计算结果表明 ,这种新方法能极大地改善罩面层内的应力状况 (包括行车荷载和温度的影响 ) 。

层间结合状态对搭板法处治旧水泥路面的影响

采用Goodman接触单元模拟层间结合状态 。

半开级配SBS改性沥青混合料BK-7组成设计

【目的】论证公称最大粒径为7 mm的半开级配沥青混合料BK-7的路用性能。【方法】对BK-7混合料的矿料组成进行了设计,并在其纤维掺量为0.4%的情况下,通过谢伦堡析漏和肯塔堡飞散试验确定了SBS改性沥青的用量。同时,对9%、11%、13%三种空隙率的BK-7混合料进行了单轴贯入试验、低温弯曲试验以及浸水马歇尔稳定度试验,并将其与SMA-5、AC-5、OGFC-5沥青混合料的性能进行比较。此外,还对经过酸性溶液浸泡过的空隙率为11%的BK-7混合料进行了飞散和马歇尔试验。【结果】空隙率为9%的BK-7混合料路用性能最好,抗车辙性能最优,且低温抗裂性能和水稳定性能与SMA-5、AC-5沥青混合料的相当;空隙率为11%的BK-7混合料在pH=4的酸雨溶液中浸泡两个周期(“浸泡7 d、自然干燥1 d”为一个周期)后,其马歇尔稳定度与肯塔堡飞散损失仍能满足相应的规范要求。【结论】掺纤维且采用SBS改性沥青的空隙率为9%的BK-7沥青混合料的路用性能具有比较优势,在温度较高的华南地区有一定的工程应用价值。