灌入式复合路面应用技术研究

摘要

灌入式复合路面是一种刚柔相济的新型路面结构形式，它是将设计好的刚性灌入材料灌入至大空隙基体沥青混合料中而形成的新型路面，利用其“刚柔并济”的特点提高路面使用寿命。灌入式复合路面在国外己进行了大量的研究并加以应用，但在国内对灌入路面的施工工艺及其机械配置的研究尚处于起步阶段，因此开展灌入式复合路面成套技术综合研究，对延长路面的使用寿命、节省养护资金具有重要的现实意义和发展前景。
　　本文在参考国内外文献的基础上，通过有限元软件分析了灌入式复合路面结构的力学性能;同时通过调查和分析，开展了灌入式复合路面设计方法研究，并确定了相关技术指标;通过大量的室内试验，对比分析了灌入式复合路面的高温、低温、抗剪切和疲劳等性能;为了验证灌入式复合路面的实际使用效果，开展了试验路的铺筑，对灌入式复合路面施工工艺和质量控制方法进行研究，采集现场施工数据，并在随后一年里，对试验路进行跟踪观测，分析了试验路的使用状况。同时为了解决灌入式复合路面施工复杂的特点，对灌入式复合路面的相关施工机械进行了分析和研究。本文主要研究内容具体包括以下几个方面。
　　(1)根据有限元计算结果，灌入式复合路面结构应用于沥青路面中，对路面整体受力影响不大，可以应用于常规干线公路各结构层中;应力计算表明，随着面层总厚度的增加，层底横向、纵向拉应力以及顶面最大位移均呈下降趋势。在标准轴载作用下，灌入式复合路面顶面最大位移均小于常规沥青路面结构，这表明该结构层具有更佳的抗变形能力。
　　(2)确定了灌入式复合路面设计步骤，并对基体沥青混合料设计、灌入材料设计和灌入式复合路面混合料设计重点进行了分析。确定了基体沥青混合料的级配范围和技术要求、灌入材料的技术要求，以及灌入式复合路面混合料技术要求。
　　(3)为了验证灌入式复合路面中灌入材料的填充情况，根据室内试验研究及相关资料分析，提出灌浆饱满度这一评价指标。
　　(4)通过对比不同胶结料灌入式复合路面混合料和SBS改性沥青混合料，对灌入式复合路面混合料进行水稳定性能试验、高温性能试验、低温抗裂性能试验、抗剪试验和疲劳性能试验。
　　(5)通过对灌入式复合路面试验路的铺筑和跟踪观测，进一步明确和细化了灌入式复合路面的施工工艺，为推广打下了坚实的基础。
　　(6)在试验路跟踪观测中，对试验路段进行了动态模量和弯沉的检测，通过分析数据表明，灌入式复合路面的动态模量明显高于原设计SBS改性沥青混合料的动态模量，这也说明了使用灌入式复合路面比SBS改性沥青路面有更好的抗变形能力，在同等条件下，具有更好的承载力和抗车辙能力，使用寿命会更长。
　　(7)结合国内外相关研究进展以及试验路铺设的情况，对灌入式复合路面施工现状进行了详细分析;并根据分析结果，结合灌入式复合路面施工特点，开展了灌入式复合路面自动化机械配置研究，有针对性的提出了灌入式复合路面灌浆施工中有效的机械配置，这些机械设备能基本满足灌入式复合路面大规模施工的需要。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 灌入式复合路面力学分析

2．1 有限单元法基本原理

2．1．1 有限单元法求解的基本步骤

2．1．2 位移函数

2．1．3 单元应变

2．1．4 单元应力

2．2 灌入式复合路面力学性能数值模拟

2．2．1 有限元数值计算模型

2．2．2 SBS改性沥青面层数值模拟计算

2．2．3 单层灌入式复合路面数值模拟计算

2．2．4 双层灌入式复合路面力学性能数值模拟

2．2．5 力学性能数值模拟结果分析

2．3 小结

第三章 灌入式复合路面混合料设计方法研究

3．1 设计内容和步骤

3．2 灌入式复合路面混合料设计

3．2．1 基体沥青混合料设计

3．2．2 灌入材料设计

3．2．3 灌入式复合路面混合料性能验证

3．3 灌入式复合路面GRAC-1 3、GRAC-20配合比设计

3．3．1 原材料性质

3．3．2 GRAC-13配合比设计

3．3．3 GRAC-20配合比设计

3．4 小结

第四章 灌入式复合路面混合料路用性能研究

4．1 混合料性能试验方案

4．2 混合料性能试验

4．2．1 抗水损害性能分析

4．2．2 高温性能分析

4．2．3 低温抗裂性分析

4．2．4 抗剪性能分析

4．2．5 疲劳性能分析

4．3 小结

第五章 灌入式复合路面施工工艺研究

5．1 试验路方案

5．2 生产配合比设计

5．2．1 70#-GRAC-20生产配合比设计

5．2．2 SBS-GRAC-20生产配合比设计

5．3 灌入式复合路面施工工艺研究

5．3．1 基体沥青混合料施工

5．3．2 灌入材料的生产

5．3．3 灌入材料的灌注

5．3．4 灌入式复合路面表面处理及养生

5．4 灌入式复合路面质量检测

5．4．1 室内试验

5．4．2 现场试验

5．5 跟踪观测

5．5．1 跟踪观测方案

5．5．2 试验路面跟踪观测分析

5．6 小结

第六章 灌入式复合路面施工自动化机械配置研究

6．1 灌入式复合路面施工现状

6．1．1 基体沥青混合料面层施工现状

6．1．2 灌浆施工现状

6．1．3 成型后表面处理施工现状

6．2 灌入式复合路面自动化机械配置研究

6．2．1 灌入材料洒布施工自动化机械配置研究

6．2．2 灌入材料灌注施工自动化机械配置研究

6．3 小结

第七章 总结与展望

7．1 主要结论

7．2 进一步研究工作的建议

致谢

参考文献