刚柔复合式路面层间抗剪性能分析

摘要

层间是复合式路面结构最薄弱的环节，层间剪切滑移破坏是常见的病害类型。本文以南渝高速公路项目为依托，评价凿毛、喷砂、未处理三种类型的水泥混凝土界面构造特征，建立了沥青面层旋转压实次数与其压实度的关系曲线，进行了刚柔复合式试件的45°斜剪试验，进行了路面层间剪应力分析以及现场路面的检测。　　电动铺砂法所测得的MTD和激光扫描法所测得的MPD具有良好的线性相关性，凿毛界面比喷砂、未处理界面具有更加明显的宏观构造。凿毛界面具有更好的摩阻力，而喷砂界面和未处理界面的摩阻力差异不明显。　　通过45°斜剪试验，分析在不同试验温度、不同沥青面层压实度条件下，层间粘结材料和界面类型对层间抗剪强度的影响，聚合物防水粘结涂料、乳化沥青、SBS改性沥青三种层间粘结材料的试件在试验温度从5℃上升到40℃的过程中，其层间抗剪强度分别衰减了：91.0%、94.4%、95.5%。随着沥青面层的压实次数从25次增加到150次，聚合物防水粘结材料的层间剪切强度增加了362.1%，SBS改性沥青同步碎石封层的层间剪切强度增加了130.8%，因此沥青面层压实度升高，层间抗剪性能会显著上升。聚合物防水粘结涂料的层间抗剪性能优于沥青同步碎石封层，但是其抗剪性能随温度和沥青面层压实度变化明显，因此对施工控制要求更高；水泥混凝土凿毛界面具有最好的层间抗剪性能，并且通过提升沥青面层压实度的方法可以显著提升其层间抗剪性能。层间剪切破坏多发生在防水粘结层和水泥混凝土界面之间，提升防水粘结材料与水泥混凝土之间的黏附性对于提高层间抗剪性能至关重要。　　基于弹性层状体系，计算复合式路面层间应力，得出沥青面层压实度和层间结合状态对层间最大剪应力影响很小，远远小于其对层间抗剪性能的影响，证明提升沥青面层压实度和层间结合状态确实可以改善复合式路面的层间性能。最后的现场剪切试验进一步验证室内研究成果，即主车道的沥青面层的毛体积密度大于应急车道，其层间抗剪强度也越大。　　对比室内旋转压实成型试件和现场钻芯试件的汉堡车辙试验，可知当室内成型试件的旋转压实次数达到100次时，其高温抗车辙性能和水稳定性均优于现场路面。因此，在后续研究中，旋转压实次数可以选择75次-100次。

目录

声明

第1章绪论

1.1 项目背景

1.2 层间剪切破坏的形成机理

1.3 国内外研究现状

1.4 研究路线

第2章水泥混凝土界面构造特征评价

2.1 水泥混凝土表面构造类型

2.2 水泥混凝土表面构造评价指标和方法

2.2.1 MTD和MPD的测量方法和结果对比

2.2.2 露骨率测试方法

2.2.3 细观构造评价方法

2.3 三种类型水泥混凝土界面测试结果

2.4 本章小结

第3章沥青混合料配合比设计及路用性能检验

3.1 沥青和集料选择

3.1.1 沥青

3.1.2 集料

3.2 混合料配合比设计

3.2.1 沥青混合料级配组成

3.2.2 最佳油石比的确定

3.3 沥青混合料的路用性能

3.3.1 汉堡车辙试验

3.3.2 试验结果分析

3.4 本章小结

第4章层间剪切变形特性及抗剪强度分析

4.1 复合式路面层间处治技术

4.2 基于现场钻芯复合试件的室内试验

4.2.1 现场钻芯复合试件的全因子试验设计

4.2.2 试件现场制备

4.2.3 试验过程与控制

4.2.4 试验结果与分析

4.3 基于不同压实次数成型的复合试件室内试验

4.3.1 不同压实次数试件的全因子试验设计

4.3.2 试验试件制备

4.3.3 试验过程与控制

4.3.4 试验结果与分析

4.4 压实次数对层间剪切滑移特性影响

4.4.1 剪切滑移的基本概念

4.4.2 层间界面τ-S 曲线特征分析

4.4.3 试验结果分析

4.5 本章小结

第5章运用BISAR 软件进行层间剪应力分析

5.1 弹性层状体系理论的假设

5.2 分析模型和计算方案

5.3 层间水平剪应力设计指标

5.4 层间滑动系数选取

5.5 刚柔复合是路面结构及弹性模量选取

5.6 层间剪应力计算

5.6.1 层间结合状态对层间最大剪应力的影响

5.6.2 AC层的弹性模量对层间最大剪应力的影响

5.6.3 粘结层的弹性模量对层间最大剪应力的影响

5.7 本章小结

第6章现场测试结果对比及分析

6.1 测试路段概况

6.2 现场检测项目

6.3 检测结果分析

6.3.1 粘结层抗剪性能

6.3.2 粘结层粘结性能

6.3.3 汉堡车辙试验

6.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果