刚柔复合式路面结构与材料及发展趋势

刚柔复合式路面作为一种耐久性路面结构,广泛应用于重载交通、特殊地质条件、桥隧铺装等工程。为进一步推动耐久性刚柔复合式路面的应用,明确研究中的关键问题及发展方向,该文综述了国内外刚柔复合式路面的相关研究进展。在梳理刚柔复合式路面结构设计理论及施工技术的基础上,首先阐述了刚柔复合式路面的结构力学行为特征,分析了沥青面层和刚性基层的荷载应力、温度应力及其交互影响,刚性基层上的沥青面层一方面直接承受荷载和环境作用,另一方面可以改善下卧结构层的应力场和温度场,是影响刚柔复合式路面服役性能及使用寿命的关键;明确了刚柔复合式路面的病害主要出现在沥青面层,由于沥青面层与刚性基层之间的模量差异巨大,刚性基层上的沥青面层更倾向于产生压剪破坏,刚性基层的开裂以及刚‒柔层间的结合状态对沥青路面的性能也有着显著影响;最后,分别从沥青面层抗剪、基层板整体性、刚‒柔层间结合3个方面归纳了刚柔复合式路面性能的提升技术。基于刚柔复合式路面的结构力学特性,开展结构‒高性能材料一体化设计是提升刚柔复合式路面使用性能和耐久性的有效途径。

基于双模量理论的连续配筋混凝土复合式路面沥青层表损伤分析及Top-Down开裂控制

基于连续介质损伤力学和双模量理论,建立单一模量和双模量2种疲劳损伤本构,采用数值模拟的方法,对2种疲劳损伤本构模型进行了简单分析对比,并采用双模量损伤本构分析沥青层(AC)厚度、模量、拉压模量比以及AC层与连续配筋水泥混凝土层(CRC)摩擦系数4个因素对沥青层表面损伤的影响,在单因素分析的基础上通过响应面法对CRC+AC复合式路面抗Top-Down开裂性能进行优化设计。研究表明:AC层在单模量下的最大压应力比双模量下大0.1MPa,但AC层在单模量下几乎未产生拉应力,而双模量下的最大拉应力为0.08MPa;单因素分析得到AC层厚度、模量、拉压模量比、层间摩擦系数推荐最大取值分别为8cm、1700MPa、0.8、7;3个参数中,对AC层表面疲劳损伤度综合影响从大到小的组合为:AC层厚度和拉压模量比,AC层拉模量和拉压模量比,AC层厚度和拉模量;针对不同拉模量的AC层材料提出了不同AC层厚度下的拉压模量比控制标准。

刚柔复合式路面轮后拉剪区域疲劳破坏规律研究

为研究沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面(CRCP)推移病害产生机理,利用弹性层状体系对复合式路面结构进行建模,并使用路段实测数据对模型层间黏结状态进行校准。在层间力学行为分析中发现水平力系数为1时,轮后存在拉剪区域,拉剪区域的出现可能导致该区域先于最大层间剪应力位置破坏。结合相关试验数据分析表明:同样在水平力系数为1的情况下,常温标准轴载作用下不会导致最大拉应力位置先于最大剪应力位置破坏;而在高温超载作用下,最大剪应力位置疲劳寿命相较常温标准轴载降低,最大拉应力位置层间失去黏结,荷载产生的剪应力将导致层间直接破坏。在实际路面调查中,在长大纵坡+弯道处发现U形裂缝,严重时AC面层大面积脱落。

基于响应面法的隧道复合式路面力学响应分析

为揭示移动荷载作用下公路隧道复合式路面结构力学响应,通过现场试验与有限元法相结合及模型精度验证的手段,基于响应面试验设计方法分析有仰拱和无仰拱的隧道复合式路面力学响应。结果表明,无论有仰拱,还是无仰拱,轴载对各项力学指标的影响最大,混凝土基层厚度对各项力学指标的影响较小,水平荷载对混凝土面板板底拉应力和沥青面层层间剪应力的影响较大、对沥青面层层底拉应变影响较小;无仰拱时围岩模量对各项力学指标的影响大于有仰拱;有仰拱时混凝土面层厚度对沥青面层层底拉应变的影响大于沥青面层厚度,混凝土面层厚度对沥青面层层间剪应力的影响大于基层厚度,无仰拱时影响相反;有仰拱隧道复合式路面结构轴载换算系数得到混凝土面层设计轴次是现行规范的1.8倍,无仰拱是1.3倍;有仰拱、无仰拱时混凝土面层疲劳寿命分别比设计轴载大17和8个数量级,沥青面层疲劳寿命均比设计轴载大1个数量级。研究结果可为隧道复合式路面结构设计研究提供参考。

隧道复合式路面层间抗裂性能研究

反射裂缝是隧道复合式路面结构的一大突出问题,严重影响路面使用性能。本文采用加纤改性沥青作为层间抗裂材料,成型了基层预设接缝的复合试件,基于室内弯曲试验和轮碾试验研究其层间抗裂性能,并通过有限元数值分析探究加纤改性沥青对复合式路面沥青面层应力分布情况的影响。结果表明:加纤改性沥青具有良好的层间抗裂性能,能够增强复合试件的抗弯曲能力,减缓反射裂缝的发展,延长复合试件疲劳寿命;有限元分析结果表明加纤改性沥青能够有效吸收沥青面层底部因基层接缝导致的集中应力,大大降低沥青面层底部的最大拉应力和最大剪应力。研究成果可为加纤改性沥青层间抗裂材料在隧道复合式路面中的应用与推广提供理论依据和技术支撑。

重载作用下脱空对隧道复合式路面竖向位移和最大剪应力的影响

为了研究层间脱空对隧道复合式路面竖向位移和最大剪应力的影响,考虑重载的作用,采用ABAQUS建立复合式隧道路面模型,分析脱空区域大小对竖向位移和最大剪应力的影响。结果表明:脱空区域对复合式隧道路面的竖向位移、两车轮中心位移差和最大剪应力的影响显著;随着脱空区域的增大,竖向位移先急剧增大随后增长速率放缓,两车轮荷载中心位移差先增大后减小;当脱空区域面积大于0.0225 m 2时,最大剪应力最大值从下面层顶移动至下面层底部脱空区域;随着轴重的增加,脱空区域一侧车轮中心路表位移、两车轮中心路表位移差、最大剪应力最大值均增大。

复合式路面拼接施工方案设计

为有效解决复合式路面拓宽拼接后普遍面临的新旧路面强度不一、差异沉降等问题,以某公路为例,通过有限元模型构建,就不同荷载位置下路面应力影响和路基差异沉降对路面拼接段应力的影响进行了模拟分析。为确定拼缝位置,提出6种路面拼接方案,经过比选,填方路段和挖方路段施工分别采取切除0.35m宽的旧路硬路肩和切除0.75m宽的旧路硬路肩方案。结果表明,这两种方案能较好地改善第三车道路基强度,控制旧路开挖量,提升路面拼接施工质量,降低施工难度和工程造价,适用于复合路面改扩建中填方路段和挖方路段施工。

玄武岩纤维连续配筋复合式路面施工问题探析

为研究玄武岩纤维复合筋代替钢筋方案在连续配筋复合式路面中应用的施工控制要点,以某国道改建工程为例,提出充分利用旧路路基,以玄武岩纤维复合筋连续配筋水泥混凝土板为主结构层,加铺沥青混凝土面层的处治思路。在展开路面结构方案设计的基础上加强原材料选用;进而从混凝土层施工、混凝土层接缝处理、黏结层施工及沥青面层加铺等方面对施工控制要点展开分析。结果表明,玄武岩纤维取代钢筋应用于连续配筋复合式路面切实可行,彻底避免了钢筋锈蚀问题;该方法无须设置横向缩缝,能较好地提升路面结构整体强度、行车舒适性,延长路面使用寿命。

超早强半柔性复合式路面材料在公路工程中的应用

为探索有效的公路沥青路面车辙病害处治措施,首先,在现有研究成果及实践经验的基础上,对超早强半柔性复合式路面材料在处治车辙病害方面的效果展开试验分析,确定出最佳的普通硅酸盐水泥掺量、矿物掺合料配合比、早强剂类型及掺量。然后,以某公路为例,对主要施工步骤及应用效果展开分析评价。结果表明,道路交叉路口使用超早强半柔性复合式路面材料进行车辙病害处治后,路面整体承载力显著提升,能达到快速开放交通、延长路面使用寿命的目的,具有广阔的应用前景。

隧道复合式路面混凝土层前置支架全幅泵送摊铺施工技术研究

为解决传统隧道复合式路面混凝土层半幅摊铺和DBI法施工导致路面整体性差、传力杆钢筋定位不准、钢筋插入深度不足等问题,文章基于项目实例,通过对传统施工工法进行改进,引入先进摊铺机械,优化混凝土配比,提高隧道复合式路面混凝土层摊铺施工效率及质量。工程实践表明:通过利用超声波激光摊铺机、自行排式振捣器、拖泵、传力杆组合定位钢模板等配合施工,实现了隧道洞内有限空间复合式路面混凝土层的整幅摊铺施工,从本质上提高了隧道路面混凝土层的整体性和平整度。

CRC AC复合式路面在武汉市的应用研究

针对连续配筋混凝土与沥青混凝土(CRC AC)复合式路面结构的特点和工程应用中存在的不足,本文对武汉市市政道路中CRC AC复合式路面的应用情况进行调研,从应用道路概况、路面结构组合设计、配筋及端部设计、施工工艺等方面进行研究,分析现有路面设计、施工技术的适用性及存在的问题,提出结构组合设计的优化方案及质量控制措施,为CRC AC复合式路面的合理设计及施工提供参考。

高粘高弹沥青应力吸收层在复合式路面中的应用及施工质量控制

高粘高弹沥青应力吸收层具有高变形能力、弹性好、模量低等特点,在复合式路面中,与传统沥青混凝土直接加铺罩面相比,可以有效减少或延缓因温度和行车荷载产生的反射裂缝,在板间应力集中点改变应力传递方式,并具有防止雨水向下渗透和增强层间粘结的作用。本文主要介绍高粘高弹沥青应力吸收层在复合式路面中的应用及施工过程质量控制方面的内容。

刚柔复合式路面水泥混凝土板接缝传荷能力影响因素研究

文章旨在评估刚柔复合式路面中水泥混凝土板接缝传荷能力的影响因素,以提高路面性能和延长使用寿命。通过有限元模拟,探究模量变化、沥青层厚度、弹性模量及厚度变对水泥混凝土板接缝传荷能力产生的影响。研究发现,适当调整这些参数能显著提升接缝的传荷效率。基于实验数据,提出了适用于刚柔复合式路面的接缝传荷性能控制指标,为路面检测和维护提供了新标准,有助于优化路面设计和施工,确保行车安全。

土工织物对复合式路面结构内力影响分析

利用有限元软件分析了旧水泥混凝土(PCC)路面沥青混凝土(AC)罩面复合式路面结构用各种土工织物延缓反射裂缝的效果,发现土工织物夹层能显著改善加铺层底部的弯拉应力分布情况,但对于旧板接缝运动产生的剪切应力没有明显的效果,因此,该种路面结构仍然需要强调对旧路面板及其基础的处治。试验结果表明:加铺层厚度的增加也能够大大降低加铺层底部的弯拉应力,但厚度超过20 cm后,增加厚度不再是一个经济的办法。

刚柔复合式路面层间界面剪切疲劳试验研究

针对刚柔复合式路面结构的特点和现有研究存在的不足,研发一种适用于刚柔复合式路面层间剪切疲劳测试的装置,并介绍该试验装置的科学性和优势。利用该装置确定刚柔复合式路面层间喷洒式结构沥青的最佳用量为1.4kg/m2,进行层间界面剪切疲劳试验,提出刚柔复合式路面的层间抗剪强度结构系数。运用有限元法,计算和分析刚柔复合式路面层间剪应力与沥青层厚度的关系,提出基于层间剪切疲劳的沥青层厚度设计方法。研究结果可为合理设计刚柔复合式路面的结构层厚度提供参考。

沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面承载力分析

为了防止公路的早期破坏,为长寿命路面结构研究提供理论依据与技术支持,应用有限元方法对沥青混凝土与连续配筋混凝土复合式路面进行了温度场与疲劳应力分析。分析结果表明:小于4cm的沥青混凝土面层主要用于改善路面使用性能;大于4cm的沥青混凝土面层可以有效改善路面的温度场,每增加2cm,可满足15%～20%的超载要求。可见该复合式路面能够承受重载和一定程度的超载而不发生疲劳破坏。

不同层间结合状态下刚柔复合式路面的剪应力分析

为了研究层间结合状况对复合式路面剪应力的影响,利用Bisar3.0软件对标准荷载作用下刚柔复合式路面的剪应力进行了计算分析。通过选取合理的ALK(简化弹性柔量系数)来模拟路面的3种层间结合状况,并考虑了温度对应力分布的影响。计算结果表明:荷载中心位置是最大剪应力最有可能出现的位置;层间结合状况越好,层间最大剪应力值越小,且层间剪应力突变越小,对路面越有利;温度越高,层间剪应力会略微变小,但是温度对剪应力的影响有限;通过合理的层间处理技术可以提高层间抗剪强度并减小剪应力与应力突变,能有效地避免层间剪切破坏。提出了对现有复合式沥青路面抗剪设计的改善意见。

刚柔复合式路面裂缝反射预防技术研究进展

为系统掌握国内外有关刚柔复合式路面裂缝反射预防技术的研究现状,通过调查现有层间裂缝防治材料的设计思路、性能试验、应用效果,评述针对旧水泥混凝土路面加铺层裂缝反射预防材料的优缺点,总结现有裂缝反射预防技术存在的问题及发展趋势。结果表明:国内外全幅式、条带式裂缝预防技术已经应用颇多,取得了一定的效果,但关于裂缝反射预防材料的技术规范相对缺乏,条带式-复合型裂缝预防措施将在未来道路工程中常态化应用。现浇、条带式应力吸收带在抗拉性能、经济方面效果较好,可在未来旧水泥混凝土路面加铺沥青层时参考应用。

AC+CRCP复合式路面温度场有限元分析

根据传热学原理,利用有限元方法分析了AC+CRCP复合式路面的瞬态温度场.共考虑了3种路表与外界热交换的形式:太阳辐射、空气对流换热和空气辐射换热.计算结果与实测值的平均误差为2.0℃,并表现出明显的规律性:随着深度增加,温度、温度梯度、变温速率都会出现变化幅度减小、变化相位滞后的现象;而日温差随深度增加而减小情况可用指数函数来模拟.利用所建模型分析了复合式路面的温度场,结果表明:路表温度主要取决路表与外界环境的热交换;相同天气情况下路面表层材料对太阳辐射吸收率的不同是导致路表温度不同的主要原因;沥青层的临界厚度仅与沥青混合料的导热能力有关.

新型碾压混凝土与聚合物改性水泥混凝土复合式路面施工关键技术研究

为充分发挥碾压混凝土(RCC)与聚合物改性水泥混凝土(PCC)的性能优势,提出了一种新型RCC-PCC复合式路面结构,从其工程设计要求、搅拌、运输、浇筑、振捣、养护工艺与经济性能等方面入手,系统地研究了RCC-PCC复合式路面工程应用的关键施工技术,提出了RCC-PCC复合式路面的工程设计要求及其具体施工工艺,在此基础上成功进行了RCC-PCC复合式路面试验路的铺筑,通过试验路工程长期性能检测,RCC-PCC复合式路面的各项路用性能指标满足设计与相关规范要求,验证了RCC-PCC复合式路面显著的性能优势与广阔的应用前景。