Research on the Integration of Structural Design and Material Parameters of Long-life Asphalt Pavement

In order to reduce the disease risk stemming from asphalt concrete pavement and ensure the safety of road operation,we should pay attention to the structural design of long-life asphalt pavement,strengthen the selection of long-term pavement materials,scientifically set the pavement mechanical performance indexes based on the calculation results of pavement structure thickness combination and modulus combination,and ensure the stability and durability of road pavement structure through the real-time establishment of three-dimensional finite element calculation model,as well as the integrated design that takes into consideration the aspects of road subgrade,semi-rigid base and asphalt layer.

路面对路基强度及不均匀沉降的力学响应研究

路基强度和不均匀沉降对路面结构附加应力影响显著,是影响路面结构服役性能和使用寿命的重要因素,工程建设中,路面铺筑条件对路基沉降提出了要求。针对雄安新区高速公路长寿命路面结构形式,采用有限元数值模拟手段,定量和定性地分析了路基强度和路基不均沉降对路面结构附加应力的影响。研究结果表明:底基层层底受最大拉应力,路面表层受最大压应力,且均随着路基差异沉降的增加持续增大;当差异沉降范围内曲线过渡时,差异沉降率标准不具备普适性,在差异沉降率一定条件下,层底拉应力随着差异沉降范围的增加而逐渐减缓趋稳;路基路面接触模式对路面结构受力影响显著,当路基路面完全黏结接触时,路面结构底基层附加拉应力随路基模量的增加而增大,当路基路面完全光滑接触时,路面结构底基层附加拉应力不受路基模量的影响;路基路面完全黏结接触和路基路面完全光滑接触构建了路面结构受力分析的上、下限,根据现场路基模量、差异沉降范围和路面材料强度参数,提出可引起路面结构底基层层底拉裂的差异沉降率理论范围为0.29%~0.38%。该研究成果能够为提出满足高质量建设要求的路基强度标准和路基不均匀沉降标准提供理论依据。

加拿大大陆性气候地区60年路面现场试验的经验与展望

20世纪60年代初,加拿大日益增长的交通量促使交通部门逐渐使用硬度较高的沥青来防止沥青路面轮迹带出现早期车辙。由于硬质沥青的内部低温温度应力较高,低温抗裂韧性较差,因此采用硬质沥青的路面表面通常会出现等间隔分布的横向裂缝。围绕低温裂缝的沥青路面试验段研究证实了沥青的一致性、温度敏感性、相态均匀性和耐久性的重要影响。为了解决改性沥青的使用对现有沥青性能评价体系带来的挑战,20世纪90年代,加拿大沥青路面试验段集中研究和评估了美国的Superpave^(TM)规范的可靠性,结果表明:吹制沥青的耐久性较差,聚合物改性剂只对软沥青的耐久性存在提升作用。21世纪初期,在安大略省政府的委托下,沥青路面试验段研究主要考虑了沥青的相分离、相转变和热可逆老化(凝胶化)等现象,以及聚合物和纤维对沥青耐久性的影响,进而对现有沥青性能测试规范进行改进。研究发现,对于相同的Superpave分级的不同胶体类型(溶胶,凝胶,溶凝胶)的沥青,相应沥青路面的收益/成本比最大可相差2~3倍。可通过合理评估和选择沥青的类型来延长沥青路面的使用寿命,比如阿尔伯塔油砂沥青(溶胶型),相比于高掺量的聚合物改性沥青、氧化程度较高的再生沥青或含蜡量较高的沥青(凝胶型),其蜡含量较低,只需要配合少量的聚合物或纤维改性即可显著提升沥青路面的使用寿命。改进的沥青胶结料测试规范有助于节约成本,有效应对全球气候变化下2500万km的沥青路面养护维护需求。在总结加拿大过去60年沥青路面现场试验段研究的基础上,该文对未来的寒区道路研究内容和关键技术问题提出了新的展望和建议,可为未来的研究提供参考。

自修复微胶囊沥青混合料愈合性能的研究

制备一种毫米级微胶囊,并对其微观形貌、力学性能和包覆性进行表征,利用荧光显微镜观察微胶囊沥青微观愈合过程以及不同微胶囊掺量下沥青的拉伸愈合行为,探讨实际载荷作用下添加微胶囊对沥青混合料愈合性能的影响。结果表明:微胶囊内部呈现出多腔室结构,其能够很好的包覆再生剂,同时能耐受沥青混合料拌和时高温高压的环境,在出现裂缝时微胶囊能释放再生剂修补裂缝并提高沥青的愈合性能,并且微胶囊在载荷作用下会逐渐释放再生剂,实现长效修复,有效延长沥青路面的使用寿命。

半刚性基层长寿命路面结构和材料设计研究

结合长寿命路面工程实例,从结构设计和材料设计方面对半刚性基层长寿命路面应用进行了探索性研究。针对我国近几年来高等级公路沥青路面早期损坏现象调查、损坏原因分析与结构计算结果,结合试验路段高等级公路重载交通的状况,提出本次长寿命路面结构组合设计思路;综合考虑各种沥青路面结构层组合方案在结构设计时中的受力特点及所需考虑的损坏类型,提出本次长寿命路面设计指标和相关的设计参数,并针对不同结构层提出了具体的材料性能要求。通过室内试验和现场检测结果表明:各结构层所用的沥青混合料各项路用性能均满足设计要求,半刚性基层沥青路面具有足够的承载力,其路面结构满足长寿命设计标准。

长寿命路面结构设计

为了提高路面实际使用寿命,分析了长寿命路面定义与设计要求,提出了以PCC(水泥混凝土路面)+AC(沥青混凝土路面)路面为主体的长寿命路面结构,运用有限元分析软件及路面弹性层状体系理论,分析了PCC板块3.0 m×4.0 m划分方式的优越性,计算了长寿命路面结构的荷载应力和温度应力。计算结果表明:采用3.0 m×4.0 m的板块划分方式,混凝土板底温度翘曲应力减少20%左右,综合应力降低10%左右;提出的路面结构的理论寿命达到了46 a,符合长寿命路面的结构设计要求。

高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面中应用的合理性研究

为了修筑更具耐久性的半刚性基层长寿命沥青路面,探究高模量沥青混凝土在半刚性基层长寿命沥青路面应用的合理性及可行性,采用弹性层状体系模型分析了不同层间结合状态和不同下面层模量对路面典型结构力学状态的影响。进而通过不同温度、不同控制模式的四点弯曲疲劳试验,评价了高模量沥青混凝土的抗疲劳特性,采用累积耗散能指标将其与表面层材料进行了比较。结果表明:对于薄面层的半刚性基层沥青路面,当沥青面层与半刚性基层的层间结合状态不能处于完全连续状态时,沥青面层底部将会产生明显的拉应力和拉应变,沥青面层存在弯拉疲劳损伤的风险;随着下面层模量的增加,沥青面层底部的剪应力略有增加,而最大剪应力均值有所减小,有利于改善沥青下面层的抗剪能力;不同控制模式下高模量沥青混凝土的抗疲劳性能有所差别,而采用累积耗散能指标可以有效地将应力、应变两种不同控制模式的疲劳方程进行统一,20℃时高模量沥青混凝土具有更好的抗疲劳性能;在半刚性基层长寿命沥青路面中,下面层使用高模量沥青混凝土可以改善路面的抗车辙和抗疲劳性能,为实体工程建设提供一定的参考依据。

长寿命路面结构与裸化技术研究

为改善现有路面设计寿命不足、实际使用寿命短等问题,从长寿命路面研究出发,探讨了长寿命路面定义及设计要求,结合依托工程的PCC+AC长寿命路面结构,采用有限元和路面弹性层状体系理论,分析确定PCC+AC长寿命路面的力学模型,对PCC板板底荷载应力和温度应力进行计算分析,并进行路面使用寿命预估,得出理论使用寿命达到40年以上,其寿命符合长寿命路面的设计思想.最后,为增强水泥混凝土与沥青混凝土层间粘结力,研究给出水泥混凝土板裸化时间与技术要求.

水泥乳化沥青混凝土长寿命复合式路面结构研究

为减少长寿命复合式路面的沥青层厚度与反射性裂缝,将冷拌水泥-乳化沥青混凝土应用于高压应力区(联结层),并设置大粒径沥青碎石与水泥稳定碎石复合式基层。用三维有限元方法分析其路面设计控制参数以及路面材料宏观力学参数(弹性模量)与各层结构厚度对长寿面复合式路面的影响,结果表明各层材料最大拉应力、最大剪应力为强度控制指标更为合适,同时结合工程实际提出了水泥乳化沥青混凝土长寿命复合式路面结构,并应用于宜昌城区的试验路段。

长寿命沥青路面剪应力分析

基于陕蒙高速长寿命路面结构组合形式，借助弹性层状体系理论分析了带级配碎石基层的沥青路面各结构层参数变化时，沥青层内最大剪应力及最大剪应力作用方向的变化规律。结果表明：沥青层内最大剪应力峰值的位置与沥青层厚度关系最为密切。当沥青层较薄，其厚度≤11cm时，最大剪应力出现在沥青层底。当沥青层厚度≥12cm时，最大剪应力出现在6—7cm处。沥青层内最大剪应力及其作用方向受沥青层厚度和水平荷载的影响最显著。水平力的作用对7cm以上路面结构内的最大剪应力影响巨大，水平荷载越大，相应的最大剪应力峰值也越大。分析结果为长寿命路面结构设计提供了理论基础。

长寿命路面结构研究

长寿命路面是适合我国超重载交通的一种路面结构形式,参考国外长寿命路面设计思想,给出长寿命路面精确定义,提出长寿命路面设计标准,并在结构设计和材料方面提出要求。结合许尉高速公路建设,提出长寿命路面一种具体形式。

长寿命沥青路面结构层参数的敏感性分析

通过长寿命路面结构层参数的敏感性分析,为路面结构设计提供理论依据.结构层参数敏感性分析采用正交试验法,借助Bisar3.0程序计算沥青层底面拉应变εt,路基顶面压应变εc和半刚性基层底面拉应力σt.计算结果表明:显著水平α=5%时,只有沥青混凝土厚度、碎石层模量和沥青混凝土模量对沥青层底面拉应变有显著影响.其中沥青混凝土厚度对3个指标的影响最大.依据计算结果为陕蒙高速长寿命路面试验路推荐了两种典型结构.

连续配筋混凝土刚性基层复合式沥青路面结构组合优化及疲劳性能分析

分析了连续配筋混凝土刚性基层复合式的优缺点,并根据各层的功能性特点,分析其各结构层的材料类型及合适的厚度范围,提出"按连续配筋砼基层作为计算疲劳层,将沥青表面层作为大修年限"的理念进行长寿命路面结构设计。最后分析了各路面结构层的计算参数对其疲劳寿命的影响。

复合改性沥青混合料组成及性能研究

选用车辙试验、单轴贯入试验及小梁弯拉疲劳试验,进行了重载长效路面复合改性沥青混合料组成及性能研究.车辙试验和单轴贯入试验结果表明,掺加抗车辙添加剂PR.S不仅能提高普通沥青混合料的高温性能,对于改性沥青混合料同样具有显著效果.PR.S掺量为0.4%和0.6%(质量分数,下同)的沥青混合料其高温性能差异并不显著,说明就经济性而言,PR.S掺量可以选择为0.4%.小梁弯拉疲劳试验结果表明,掺加纤维及PR.S均能有效提高改性沥青混合料的疲劳性能.研究得到的复合改性沥青混合料(SUP-19+泰普克改性沥青+0.4%PR.S)具有良好的高温性能和疲劳性能,能满足重载长效路面对沥青混合料组成的要求.

柔性基层长寿命沥青路面全寿命周期成本分析

以昆明-安宁高速公路路面工程为实例，采用全寿命周期成本分析方法，对柔性基层长寿命沥青路面结构和传统强基薄面的半刚性基层沥青路面结构进行经济分析？分析表明，柔性基层长寿命沥青路面结构在分析周期内具有更低的直接成本，使用寿命可延长5～6倍，维修作业时间可缩短6～9倍，维修方便易行，对交通影响很小，可节约大量的用户间接费用.

组合式基层长寿命路面结构优化

本文研究影响组合式基层结构性能的因素。选择适于长寿命路面的设计指标,考察各层厚度及模量参数对设计指标的影响显著程度。采用正交试验法设计试验,运用BISAR软件计算不同参数组合下的路面力学特性,并在此基础上进行结构参数优化。优化后的结构在标准轴载下沥青层底应变为68.9με,半刚性层底应力为0.13MPa,计算弯沉为8.65(0.01mm),各项设计指标均能满足长寿命路面的要求。本文研究可为组合式基层长寿命路面结构优化提供依据。

高等级公路建设如何实现科学发展观贯彻资源节约型和环境友好型思想

从路面使用寿命、已有高等级公路路面维修、材料再生利用的角度阐述了高等级公路建设如何实现科学发展观、贯彻资源节约型和环境友好型思想。通过路面设计理论的典型实例,对"强基、薄面、稳土基"路面设计理论进行了验证,介绍了长寿命沥青路面的2个基本技术要求。从沥青面层和基层材料选择和级配设计、拌和厂设备添置和改造的角度介绍了试验路段采用的创新技术。主要介绍了2005年发明的中断级配新多碎石沥青混凝土SAC,2006年发明的新水泥碎石CBG-25。通过与原生产路段的对比,介绍了长寿命沥青路面的特点及优点,即:初期投资减少;大、中、小修费用减少;使用者费用减少;全寿命周期费用最少。充分验证了用我国沥青路面独特的设计理论"强基、薄面、稳土基"设计出来的路面可以达到长寿命的要求,它的设计与施工符合科学发展观和贯彻"两型"的要求。

不同轴载和行车状态下永久性沥青路面的力学响应规律

基于永久性路面的典型功能层结构,建立了三维力学模型,综合考虑了小、中、大3种车载类型,使用双轮双圆载荷法设定轴载当量,并引入匀速和刹车2种行车状态,利用数值模拟方法分析模型路表面及深层内的应力、应变和位移等的变化规律.结果表明:路表面拉应变和应力主要集中于荷载圆边缘附近,而路面弯沉在荷载圆内达到最大值;刹车引入的剪切力使得荷载圆边缘的应力和应变更为集中,但其影响范围很小,拉应变基本不受影响,且水平位移迅速减小;轴载当量影响范围较大,对路面弯沉、垂直压应变等力学响应指标具有决定性作用.

长寿命沥青路面动态响应数据的采集与分析方法

为了分析长寿命沥青路面的性能,提出了路面动态响应数据的采集和分析方法。通过安装动态称量系统,采集交通荷载参数;通过埋设路面传感器实测路面结构动力响应,研究路面结构的动态响应随荷载、温度、车速、偏移等的变化规律,分析不同结构的应力应变响应大小和特点,在此基础上构建路面应力应变响应的预估模型,最后利用FWD检测数据,反算不同结构沥青混合料模量,分析模量随温度的变化规律。

全厚式长寿命沥青路面设计研究

为了研究沥青混合料疲劳极限理论在全厚式长寿命沥青路面设计中的应用,该文通过对传统的力学经验设计法和全厚式长寿命沥青路面设计法的分析比较,结果表明当基层层底拉应变小于疲劳极限时,不会出现疲劳破坏。为确保路面结构的整体完整性,提出将基层层底拉应变和路基顶部压应变作为全厚式长寿命沥青路面的设计指标。通过建立有限元模型,对路面结构力学响应进行分析,兼顾安全性和经济性的要求,比选出较为合理的路面结构组合设计方案。