基于路用要求的半刚性基层抗裂评价与改善措施研究

摘要

据调查，我国高速公路约75％的路面结构为半刚性基层沥青路面。但是在实际使用过程中，半刚性基层沥青路面结构还是出现了不少问题，主要表现为路面开裂，且裂缝中相当数量为半刚性基层开裂而导致沥青面层开裂的反射裂缝。但是到目前为止，仍没有找到阻止半刚性基层沥青路面裂缝产生的有效方法。 因此，在现有研究基础上，对水泥稳定类和二灰稳定类材料的防裂配合比设计方法、微观收缩机理、裂缝开裂预估、施工工艺与质量控制进行了全面的研究。主要内容归纳如下： (1)半刚性基层抗裂配合比设计方法研究 从提高半刚性基层材料抗裂性能角度出发，从集料级配和结合料种类、剂量等方面入手，提出了半刚性基层材料抗裂配合比设计方法，并结合工程地区材料供应状况，从混和料的配合比设计、力学性能、抗裂性能、冲刷性能、疲劳特性等方面对其进行了系统研究。 (2)半刚性基层材料收缩机理分析及抗裂评价指标研究 配合比合理的基层材料并掺加一定剂量的粉煤灰或膨胀剂，其早期强度高、收缩系数小、抗裂性能好、整体性质较均匀，并以此验证了半刚性基层材料防裂配合比设计方法的合理性与适用性，提出了采用综合抗裂指数作为半刚性基层材料抗裂设计的控制指标。 (3)半刚性基层沥青路面典型结构温度应力分析 在研究半刚性基层材料路用性能的基础上，运用有限元软件ANSYS对半刚性基层沥青路面典型结构的温度场和温度应力进行了数值模拟，对比研究了不同半刚性基层材料应用于基层时，其内部温度应力的变化规律，从结构和力学的角度对半刚性基层材料抗裂性能进行了研究。 (4)半刚性基层温度收缩裂缝的预估 推导了半刚性层收缩应力的计算公式，对影响最大收缩应力的各种因素进行了分析，验证了半刚性层的开裂规律；并对半刚性层的温度收缩裂缝进行了预估，得到了温缩裂缝间距与宽度的近似计算公式。 (5)试验路工程及水泥稳定类半刚性基层施工工艺研究 针对河北省高速公路半刚性基层的施工情况，对水泥稳定类半刚性基层施工工艺及施工质量控制标准展开了深入研究，提出了半刚性基层的施工工艺和质量控制要点与标准。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1裂缝产生机理研究现状

1.2.2反射裂缝力学分析研究现状

1.2.3收缩规律研究现状

1.3技术路线及主要研究内容

1.3.1技术路线

1.3.2主要研究内容

第二章半刚性基层材料抗裂配合比设计方法研究

2.1粗集料级配及含量研究

2.1.1级配基本理论

2.1.2粗集料级配试验方案确定

2.2半刚性基层材料结合料与集料配比研究

2.2.1水泥稳定类骨架密实结构混合料组成

2.2.2二灰稳定类骨架密实结构混合料组成

2.3研究方案的确定

2.3.1原材料性质分析

2.3.2配合比组成与分析

2.4本章小结

第三章半刚性基层材料综合路用性能研究

3.1力学性能研究

3.1.1强度特性

3.1.2刚度特性

3.2抗裂性能研究

3.2.1干缩试验

3.2.2温缩试验

3.3耐久性能研究

3.3.1疲劳特性

3.3.2抗冲刷性能

3.4本章小结

第四章半刚性基层材料缩裂机理分析及抗裂评价指标研究

4.1半刚性基层材料缩裂机理研究

4.1.1温缩机理

4.1.2干缩机理

4.1.3其它半刚性材料收缩机理

4.2半刚性基层材料抗裂评价方法与指标研究

4.2.1现行抗裂评价方法与指标研究

4.2.2推荐评价方法与评价指标

4.2.3半刚性基层材料抗裂指标计算

4.3本章小结

第五章半刚性基层沥青路面温度应力分析

5.1半刚性基层沥青路面温度场概述

5.1.1半刚性路面路面温度场理论

5.1.2半刚性基层沥青路面温度状况推算方法

5.2半刚性基层温度应力计算

5.2.1半刚性路面温度应力计算模型

5.2.2半刚性基层温度应力计算

5.3半刚性路面温度应力影响因素研究

5.3.1沥青面层厚度对温度应力影响

5.3.2基层裂缝对温度应力影响

5.3.3基层温缩系数对温度应力的影响

5.3.4面层与基层弹性模量的比值Ψ对温度应力影响

5.4本章小结

第六章半刚性基层温度收缩裂缝的预估研究

6.1温缩裂缝的形成规律

6.1.1缩缝间距影响因素

6.1.2缩缝发生发展规律

6.2半刚性基层温度收缩应力计算

6.2.1温度温缩应力计算模型

6.2.2温度应力分析与计算

6.3裂缝间距、宽度预估

6.3.1裂缝间距预估

6.3.2裂缝宽度预估

6.3.3计算实例

6.4本章小结

第七章试验路工程及水泥稳定类半刚性基层施工工艺研究

7.1试验路工程简介

7.1.1项目概况

7.1.2试验路工程

7.2水泥稳定类半刚性基层施工工艺及常见问题处理方法研究

7.2.1施工工艺研究

7.2.2施工中常见问题及处理方法研究

7.2.3施工质量控制标准研究

7.3试验路观测

7.4本章小结

第八章主要研究结论与建议

8.1主要结论

8.2主要创新点

8.3进一步研究建议

主要参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢