温拌Thiopave沥青路面的路用性能及车辙数值模拟研究

摘要

车辙破坏是沥青路面常见的损坏现象之一，路面车辙病害不但维修难度比较大，其破坏还会从表面层延伸到中、下面层，这也是道路研究者在防治沥青路面损坏中将车辙问题进行着重考虑的原因。因此，本文以减少沥青路面车辙破坏为出发点，通过开展室内试验研究Thiopave特种沥青混合料的配合比设计及路用性能，利用ABAQUS有限元软件进行Thiopave特种沥青混合料应用于路面上面层的车辙数值模拟，为我国沥青路面存在的车辙问题提供一个探究方向。论文的主要结论如下:
　　(1)通过对AC-13型温拌Thiopave特种沥青混合料进行马歇尔试验得到最佳硫磺沥青胶结料用量为5.8％，Thiopave改性剂对沥青混合料的物理力学性能有一定的提升。
　　(2)在沥青混合料中添加Thiopave改性剂后，通过车辙试验可知Thiopave沥青混合料比普通沥青混合料具有更加优越的高温稳定性能。通过小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验发现使用Thiopave改性剂并没有降低混合料的低温抗裂性和抗水损害性。
　　(3)通过ABAQUS软件进行沥青路面温度场数值模拟发现，沥青路面结构受太阳辐射和大气温度的影响，沥青路面结构内部的温度呈现一定周期性的变化规律。沥青路面结构最高温度出现在路表面，随着路面深度的增加，沥青路面结构最高温度的出现时间较气温而言相对滞后，温度开始波动的时间也逐渐增加，波动的幅度和速率均远低于路表面温度。
　　(4)通过ABAQUS软件进行沥青路面车辙数值模拟发现，Thiopave沥青路面的车辙随温度增加而增大，Thiopave沥青路面因温度而产生的车辙要比普通沥青路面小得多。随着胎压的逐渐增大，Thiopave沥青路面产生的车辙要小于普通沥青路面，普通沥青路面的车辙增幅更加明显。在循环荷载作用104次之前，Thiopave沥青路面和普通沥青路面的车辙较为接近，但在荷载作用104次之后，普通沥青路面的车辙增长幅度明显大于Thiopave沥青路面。在高温重载的条件下，对于Thiopave沥青路面，随着荷载作用次数的增加，最大剪应力和最大剪切应变初期增长较快，后期逐渐平缓趋于稳定。Thiopave沥青混合料应用于上面层的车辙比其应用于中面层增加了1.6mm，两种路面结构形式的最大剪应变相差不大。通过IBM SPSS软件进行温度、胎压和荷载作用次数对Thiopave沥青路面车辙深度的线性回归分析，得到车辙预估公式。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 车辙形成的机理

1．3．1 车辙形成过程

1．3．2 车辙的影响因素

1．4 车辙预估模型的国内外研究现状

1．5 主要研究内容

第2章 AC-13C型温拌Thiopave特种沥青混合料的配合比设计

2．1 原材料性能

2．1．1 沥青

2．1．2 集料

2．1．3 填料

2．1．4 Thiopave改性剂

2．2 温拌Thiopave特种沥青混合料配合比设计

2．2．1 拌和温度的确定

2．2．2 温拌Thiopave特种沥青混合料级配设计

2．2．3 确定最佳硫磺沥青胶结料用量

2．2．4 最佳硫磺沥青胶结料马歇尔试验

2．3 本章小结

第3章 温拌Thiopave特种沥青混合料路用性能研究

3．1 高温稳定性

3．2 低温抗裂性

3．3 水稳定性

3．4 本章小结

第4章 沥青混合料流变本构模型

4．1 粘弹性本构模型

4．1．1 Maxwell模型

4．1．2 Kelvin模型

4．1．3 Burgers模型

4．1．4 修正的Burgers模型

4．2 粘弹塑性本构模型

4．2．1 粘弹塑性本构理论

4．2．2 波兹纳(Perzyna)本构模型

4．3 本章小结

第5章 温拌Thiopave特种沥青路面的车辙数值模拟

5．1 沥青路面结构参数

5．1．1 路面结构

5．1．2 本构模型

5．1．3 模型参数

5．1．4 边界条件及荷载定义

5．1．5 网格划分

5．2 沥青路面温度场

5．2．1 基本理论和计算方法

5．2．2 连续变温对沥青路面温度场的影响

5．3 温度对路面车辙的影响分析

5．4 胎压对路面车辙的影响分析

5．5 荷载作用次数对路面车辙的影响分析

5．6 高温重载作用下沥青面层的应力应变分析

5．7 Thiopave沥青混合料应用不同面层对路面车辙的影响分析

5．8 Thiopave沥青路面车辙深度多元线性回归分析

5．9 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 本文创新点

6．3 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢