半柔性路面范文

半柔性路面范文（精选8篇）

半柔性路面 第1篇

关键词：路面,乳胶,水泥砂浆,沥青混合料

0 引言

沥青路面在重载车辆和高温气候的双重作用下, 容易出现高温永久变形和车辙病害。尽管水泥混凝土路面可以有效解决道路车辙问题, 但是其本身也存在诸多难以克服的缺点, 比如接缝设置复杂、养生时间长无法短期开放交通等[1,2,3,4,5,6,7]。乳胶水泥砂浆灌入式高性能沥青罩面是一项引进于美国陆军工程航运研究所 (US Army Engineer Waterways Experiment Station) 的研究成果, 它是一种新型的罩面技术[8,9,10]:首先铺筑空隙率在20%~35%的开级配沥青路面, 而后在其表面撒布一定量的乳胶水泥砂浆, 砂浆通过开级配沥青路面的大空隙渗透至内部, 形成类似于水泥混凝土路面的结构。乳胶水泥砂浆灌入式高性能沥青罩面兼具沥青路面连续、抗开裂的特性以及水泥混凝土路面抗车辙的优势, 加之其造价成本低、施工便利、可以快速开放交通, 在美国的机场停机坪、坦克行车带以及公交停靠站等重载交通密集地带得以应用, 效果良好。在此背景下, 结合水泥混凝土高强特点以及沥青混凝土柔变、行车平顺特性, 研究乳胶水泥砂浆灌入式沥青路面技术具有显著意义。

本文采用流动度、抗弯折与抗压强度试验对乳胶水泥砂浆性能进行测试, 同时, 对开级配沥青混合料的路用性能进行评价, 而后采用马歇尔试验、车辙试验以及小梁弯曲试验对乳胶水泥砂浆灌入复合式试件进行全面试验评价。

1 原材料

1.1 乳胶水泥砂浆

水泥砂浆配制过程中, 选用了等级42.5的硅酸盐水泥作为粘结剂, 并采用石灰岩矿粉以及筛孔小于1.18 mm的特细砂进行混合, 为了增加水泥砂浆的抗折性能, 特别掺加了LDM7300型乳胶粉, 乳胶水泥砂浆配比为水∶水泥∶细砂∶矿粉∶乳胶粉=720∶1 000∶497∶249∶30, 乳胶水泥砂浆的流动度、抗折强度与抗压强度分别为12.1 s, 1.65 MPa和23.5 MPa。

1.2 大孔隙沥青混合料

试验选用SBS改性沥青作为结合料, 试验集料选用轧碎的坚硬、粗糙有棱角的石灰岩碎石, 以充分发挥集料的嵌挤作用, 其粒径规格和质量要求均应符合JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范的规定。

级配如表1所示。

研究中采用析漏试验和肯特堡飞散试验对大孔隙沥青混合料的油石比进行研究, 确定出沥青混合料的最佳油石比为3.2%, 其中试件空隙率为29.3%, 析漏率为0.03%, 飞散率为11.38%, 马歇尔稳定度为6.41 k N, 流值3.01 mm, 各项指标均满足排水沥青混合料技术要求。

2 乳胶水泥砂浆灌入式沥青混合料性能试验评价

2.1 马歇尔试验

为了评价乳胶水泥砂浆灌入式沥青混合料的强度性能, 采用马歇尔试验对灌浆前后的试件进行性能测试, 灌入后试件如图1所示。试验过程为:将标准的马歇尔试件放入60℃恒温水槽中浸泡30 min~40 min, 而后采用马歇尔稳定仪对试件进行测试。试验结果如表2所示。

从图1可以看出, 乳胶水泥砂浆已完全灌入至大孔隙沥青混合料空隙之中, 形成密实的试件。表2试验结果显示, 采用乳胶水泥砂浆进行灌浆后的试件马歇尔强度要远大于未灌浆的大孔隙沥青混合料试件, 且强度要远大于SBS改性的SMA试件强度, 所以采用乳胶水泥砂浆进行灌浆的沥青混合料具有很高的强度性能。同时从试验数据可以看出, 随着养生时间的增加, 灌浆后试件的马歇尔稳定度会增加, 标准养生28 d后的马歇尔稳定度几乎为标准养生7 d的2倍, 这主要是因为灌浆试件中的水泥砂浆为试件强度贡献了很大。

2.2 车辙试验

为了评价混合料的高温稳定性能, 采用车辙试验进行评价, 试验规程按照JTJ 052—2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程进行, 试验结果如图2所示。

从图2可以看出, 灌浆后的试件比未灌浆的大孔隙沥青混合料的抗高温性能有很大提升, 同时随着养生时间的增加, 其动稳定度有一定程度的增加, 说明水泥砂浆的灌入对沥青混合料的高温稳定性有很大帮助。

2.3 低温弯曲试验

本文采用低温弯曲试验评价混合料的低温弯曲性能, 试验按照JTJ 052—2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程进行, 试验温度为-10℃, 加载速率为50 mm/min, 试验结果如图3所示。

从图3可以看出, 灌浆后试件的低温弯曲应变比未灌浆试件的要小, 表明水泥砂浆的灌入会影响路面的低温变形能力, 主要是因为灌入的水泥砂浆的抗压强度好而抗拉强度弱造成的。从其他文献可以看出, 未掺入乳胶改性剂的水泥砂浆灌入式沥青混合料-10℃的弯曲应变为979με, 而本研究中掺入乳胶改性剂的时间弯曲应变为1 653με, 说明乳胶改性剂的掺入在一定程度上较好的改善了水泥砂浆灌入式试件的低温抗裂性能。

3 结语

1) 在大孔隙沥青混合料中灌入乳胶水泥砂浆, 可以有效提升混合料的强度、高温稳定性, 低温抗裂性方面有所降低。

2) 乳胶水泥砂浆的灌入, 对于提高混合料的强度、高温稳定性等路用性能有很大帮助。

参考文献

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半柔性路面 第2篇

摘要】为了解决半柔性路面施工工艺配套复杂的问题，本文给出了一种新的半柔性施工工艺--水泥乳化沥青砂浆贯入式半柔性路面施工工艺，并比较详细地阐述了它的施工方法，此施工工艺实现了小型化、简单化、少量化；所用材料常见；施工技术简单，容易掌握，方便推广应用。

【关键词】水泥乳化沥青砂浆；贯入式；半柔性路面；施工工艺

【Abstract】To solve problem of complex matching of semi-flexible pavement construction technology， a new method is put forward to construction technology of penetration cement emulsified asphalt mortar semi-flexible pavement. This paper has expounded this construction method in detail. This method has features of miniaturization and simplicity， and materials are easy to get. This technology is simple and easy to master and spread.

【Key words】Cement emulsified asphalt mortar；Penetration；Semi-flexible pavement；Construction technology

1. 前言

1.1以水泥-沥青复合材料作为结合料的路面，兼具刚性路面和柔性路面的优点，表现出半刚半柔性的力学特征，它通常被称为半柔性路面，又称为半刚性路面。

1.2获得半刚性路面材料的途径主要采取二种方式： 一种是" 柔中掺刚 "， 即在沥青混合料基质中掺加刚性材料；另一种是"刚中掺柔"， 即在水泥混凝土拌和物基质中掺加柔性材料。

1.3就世界范围来看，虽然以水泥-沥青复合材料作为胶结材料的半刚性路面性能优良，但是与以（改性）沥青作为胶结材料的柔性路面相比，应用量少之又少，其原因是施工工艺配套复杂。施工工艺有以下几种：

（1）拌和法（水泥-热拌沥青混合料）半刚性路面施工工艺需要配套的主要施工机械设备有：级配机、沥青混合料拌和站、水泥砂浆拌和机、水泥混凝土拌和站、大量大型运输车辆、大型混合料摊铺机、大型压路机等；

（2）拌和法（水泥-乳化沥青混合料）半刚性路面施工工艺需要配套的主要施工机械设备有：级配机、两套水泥混凝土拌和站（或一套水泥混凝土拌和站和一套沥青混合料拌和站）、大量大型运输车辆、大型混合料摊铺机、大型压路机等；

（3）拌和法（水泥-乳化沥青混合料）半刚性路面施工工艺需要配套的主要施工机械设备有：级配机、水泥混凝土拌和站、大量大型运输车辆、大型混合料摊铺机、大型压路机等；

（4）贯入法（水泥乳浆）半刚性路面施工工艺需要配套的主要施工机械设备有：级配机、沥青混合料拌和站、水泥混凝土拌和站、大量大型运输车辆、大型混合料摊铺机、大型压路机等；拌和法（水泥混凝土拌和物母体中掺加柔性材料）半刚性路面施工工艺需要配套的主要施工机械设备有：级配机、大型水泥混凝土拌和站、大量大型运输车辆、大型混合料摊铺机等。

1.4因此，为了大量推广应用半刚性路面，对半刚性路面现有施工工艺进行改进成为亟待要解决的问题。而水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工工艺是以摊铺的"级配碎石"为基质，贯入半刚半柔的水泥乳化沥青砂浆混合料，形成半刚性路面。本文对此施工工艺进行介绍。

2. 水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工工艺

水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面的施工方法是：首先把级配碎石摊铺在下承层上，整平稳压后把拌和好的水泥乳化沥青砂浆贯入碎石间隙中，然后经过养生、碾压等成型即成为半刚性路面。其施工工艺称为水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工工艺，如图1所示。水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工工艺，包括以下步骤：

图12.1施工准备水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工前应做以下准备工作。这些工作可根据实际情况调整顺序。

（1）封闭交通。封闭交通，对过往车辆进行控制。

（2）下承层检验。下承层应按相关规范检查验收，并达合格以上标准；下承层应洁净。

（3）测量放线。

（4）配合比设计。

（5）材料配合。施工前材料的配合是根据设计配合比把材料混合在一起，一是<2.36mm的石料、矿粉与水泥配合，混合后应尽快使用；二是>4.75mm的石料配合；三是各种外加剂的配合。

（6）检查调试施工机械设备。检查机械设备的玩好性；根据材料的设计用量或配合比，调试标定各种材料控制系统等。

（7）试验路段。做试验路段的主要目的有：确定碎石撒布的厚度，即确定松铺系数；确定水泥乳化沥青砂浆的单位面积用量，便于大面积施工时控制；验证设计的符合性和合理性等。

2.2施工步骤。

（1）撒布级配碎石。把碎石撒布车开到施工现场，根据放样和松铺厚度撒布级配碎石。

（2）整平、稳压碎石。级配碎石撒布后，人工辅助整平，要求达到的效果是：碎石分布均匀，上面整体平整。碎石整平后，用轻型双钢轮压路机静压，使碎石稳定。

（3）拌和、摊铺。把稀浆混合料拌和摊铺机开到施工现场，在碎石上拌和摊铺，把水泥乳化沥青砂浆贯入到碎石的间隙中。

（4）振动滚压。用带振动装置的滚杠，开启振动，进行滚压。振动的目的是帮助水泥乳化沥青砂浆渗透；滚压可以使水泥乳化沥青砂浆分布均匀，在此过程中可以人工辅助。

（5）刮浆。振动滚压结束后，用硬橡皮条把表面多余的水泥乳化沥青砂浆刮掉。刮浆情况影响路面构造深度。

（6）碾压。碾压的目的：一是为了压下碎石突出的棱角，提高行车的舒适度；二是为了使碎石骨架密实；三是在拌和、摊铺和贯入水泥乳化沥青砂浆混合料的过程中，会造成碎石表面不平整，通过碾压可以使碎石表面恢复平整。当水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面被用作上面层时，用轻型双钢轮压路机碾压，有利于压下碎石突出的棱角，提高行车舒适度；当水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面不被用作上面层时，用轻型胶轮压路机碾压，突出的棱角有利于层间联结。

（7）养生。 养生是指碾压结束到具备开放交通条件的过程。施工中，养生阶段时间的长短大多靠经验判断，一般是几个小时到几天，养生时间宜尽量长些，当水分基本耗掉就可以开放交通。

（8）开放交通/初期养护。养生结束后可以开放交通。开放交通后还要适当进行一段时间的管制，车辆要缓慢匀速顺直通行，不急起步和急刹车等。

3. 结束语

（1）水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工工艺需要配套的主要施工机械设备有：级配机、碎石撒布机（也可人工撒铺）、水泥乳化沥青砂稀浆混合料拌和摊铺机、滚杠、轻型压路机等。

（2）水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工全部使用现有机械设备，并且实现了小型化、简单化、少量化；所用材料常见；施工技术简单，容易掌握，方便推广应用。

（3）迄今为止， 从施工工艺上讲， 国内外获得半刚性路面材料的途径主要采取二种方式： 一种是" 柔中掺刚 "， 即在沥青混合料基质中掺加刚性材料；另一种是"刚中掺柔"， 即在水泥混凝土拌和物基质中掺加柔性材料。而水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工工艺是以摊铺的"级配碎石"为基质，贯入"刚柔相济"的水泥乳化沥青砂浆混合料。所以，它是一种新工艺。

鉴于乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面具有优良的路用性能和简易的施工性能以及广泛的用途，必将会得到大量的应用。

参考文献

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[11]JTG F40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].

半柔性路面材料沥青用量研究 第3篇

由以上实验结果可知:沥青混合料肯塔堡飞散试验和谢伦宝析漏试验所得的最大、最小沥青用量差别很小, 将其均值作为半柔性路面材料的沥青用量, 不能充分体现肯塔堡飞散试验和谢伦宝析漏试验在确定半柔性路面材料中的价值。且半柔性路面是在大孔隙的基体沥青混合料中填充以水泥为主要成分的, 由特殊水泥砂浆形成的兼具沥青路面和水泥路面特点的复合式路面, 其最终性能取决于基体沥青混合料和水泥砂浆, 控制基体沥青混合料的飞散损失量对整个路面结构并不具备实质性意义。因而, 笔者认为, 在确定沥青用量时, 控制半柔性路面材料的刚柔度比控制基体沥青混合料的飞散损失量更有应用价值。

设计基体沥青混合料最佳沥青用量的基本原则是平衡沥青用量。要防止因沥青用量过大、自由沥青过多, 造成施工中沥青滴落阻塞空隙, 影响水泥砂浆的灌入;另外, 还要防止因沥青用量不足, 结构沥青膜厚度不够, 造成路面结构刚度过高。

对对此此, , 笔笔者者尝尝试试通通过过半半柔柔性性路路面面材材料料的的劈劈裂裂试试验验对对基基体体沥沥青青混混合料的沥青用量进行研究。

三三、、劈劈裂裂试试验验

参参照照《《公公路路工工程程沥沥青青及及沥沥青青混混合合料料试试验验规规程程》》中中关关于于沥沥青青混混合合料劈裂试验的相关规定, 做半柔性路面材料7d劈裂试验。试验结果如表4所示。

由实验结果可知, 半柔性路面材料的劈裂模量与沥青用量具有明显的变化规律:当油石比超过4%时, 材料的劲度模量趋于稳定。若在油石比与劲度模量的关系的拐点取一个油石比, 其值约为3.5%, 相比由飞散试验得到的最小沥青用量更能反映材料的真实性能, 综合基体沥青混合料的析漏试验和半柔性路面材料的劈裂试验能更合理地确定材料的沥青用量。

四、结论与建议

半柔性路面 第4篇

1 半刚性路面用混合料性能特点

半刚性路面不同于其他一些刚柔复合式路面,如RCC+AC或PCC+AC等是用水泥混凝土作为基层材料,面层采用沥青混凝土。而半刚性路面是基层采用水泥稳定碎石等无机结合料,面层铺筑沥青混凝土的一种复合式路面。如图1所示为典型的半刚性基层路面结构。

从20世纪80年代中期开始,我国经过近十几年的不断实践和总结,无机结合料稳定材料(简称半刚性材料)修筑路面结构的基层和底基层,由于强度高、造价较低已在全国得到普遍的推广和应用。据了解,目前在高等级公路建设中几乎所有的高速公路都采用了半刚性基层沥青路面结构,这表明半刚性基层沥青路面已经成为我国高等级公路沥青路面结构的主要类型。但是,半刚性基层沥青路面结构的使用实践表明,半刚性基层沥青路面在客观上仍存在一些不可避免的技术问题需要解决和改进,普遍存在的技术和质量问题主要有两个方面,即路面的耐久性和路面的早期破坏。现在我国铺筑的半刚性基层沥青路面大部分都达不到预定的设计年限。半刚性基层的整体强度高、板体性好,使沥青路面具有很高的承载能力。但同时也隐藏着一些严重的弱点,有的甚至是导致沥青路面早期损坏的重要原因,主要表现在以下方面:

1)半刚性基层沥青路面的反射裂缝。

半刚性基层由于其自身固有温缩、干缩等特点,引起沥青路面的反射裂缝,对于半刚性基层沥青路面的反射裂缝问题,虽然通过种种研究和努力,在材料配合比、施工工艺等方面采取了减少基层材料干燥收缩和温度收缩的措施,但总体来说,半刚性基层开裂引起反射裂缝的问题仍然得不到彻底解决,由此引起的沥青路面的损坏日趋严重。

2)半刚性基层沥青路面的水损坏。

近年来半刚性基层沥青路面结构的水损坏问题表现比较突出,通过调查研究,主要有两个方面的水损坏:a.由于半刚性基层强度不够引起的,因为路表水的浸入,半刚性基层被软化;因为交通荷载的作用,在路面表面形成坑槽,表现为路面表面弯沉较大,从而导致路面结构发生损坏。b.由于半刚性基层强度过高而引起基层开裂,在交通荷载作用下,反射裂缝逐步扩展到路面表面,当路表水进入路面结构后,由于水积聚在路面结构内不能快速排出,从而发生路面结构的水损坏。

2 半柔性路面的路用性能特点

半柔性路面是一种新型的路面结构形式,它是将特殊级配的水泥胶浆灌入大空隙母体沥青混合料中而形成的一种半柔性复合材料路面,它兼有水泥混凝土的刚性和沥青混凝土的柔性。国外的“半柔性路面”的做法大多是在沥青混合料路面中灌入特殊水泥浆液,该技术最早的应用和研究是在法国开展的,并于1954年应用于法国科涅雅克(Cognac)航空港喷气式飞机用的跑道上,作为耐热用的道面,并以此申请了专利,称为“Salviacim”施工法。早在1961年,日本就以“半柔性路面和半柔性路面施工法”为名申请了专利。之后,此种半柔性路面在日本迅速发展起来。

由于有水泥胶浆的灌入,半柔性路面材料抵抗车辙等永久变形的能力很强,其动稳定度均为10 000次/次。半柔性路面材料抵抗疲劳变形的能力也优于普通沥青混凝土,而且随着母体设计空隙率的增大,其抗疲劳性能逐渐增大。半柔性路面材料具有很好的抗油蚀能力,能有效地抵抗油类的侵蚀。半柔性路面材料的低温抗裂性能总体上要优于普通沥青混凝土,但不同的评价方法之间有一定的差距。这除了有沥青结合料方面的原因外,还可能是因为水泥胶浆的灌入,使得半柔性路面材料的刚性相对于普通沥青混凝土增大,其低温下的脆性增大,从而抵抗低温变形的能力就降低了,同时也与低温抗裂性能的评价方法有关。对于不同设计空隙率下半柔性路面材料其路用性能有着显著差别,母体混合料空隙率小,低温抗裂性能好,母体混合料空隙率大,高温稳定性、耐疲劳性及抗水害性能均较好。因此在南方多雨地区,应选择母体混合料空隙率大的半柔性混合料为宜;在北方严寒地区,应选择母体混合料空隙率相对较小的半柔性混合料为宜。

3 结语

半刚性路面结构具有强度高、刚度大、整体性和水稳性好、工程造价低、使用寿命长等优点,因此,现在国内大部分高速公路路面都采用这种形式,其缺点是半刚性基层性脆,对温度、湿度比较敏感,抗变形能力差,在强度形成过程中及营运期间会产生干缩裂缝和低温性收缩裂缝,而且在地表交通荷载的重复作用下,这种裂缝会逐渐扩展到沥青面层,形成“反射裂缝”,其结果是破坏了路面的连续性和整体性,更严重的是路表水沿裂缝渗入土基,使裂缝逐步扩展形成网裂、龟裂、唧浆、坑槽、沉陷,从而加快路面破坏。综合半柔性路面材料的各项路用性能,与普通沥青混凝土相比,半柔性路面材料的综合使用良好,能广泛地应用于高速公路、城市道路,尤其适用于道路的交叉口、停车场、收费站等易产生车辙、壅包等高温变形的地段。可以说半柔性路面材料是一种很有发展前景的新型路面复合材料。

摘要：结合半刚性与半柔性路面的应用,从复合式路面的路用性能特点出发,探讨了两种路面各自的特点,总结了两种路面的优缺点,得出了半柔性路面材料是很有发展前景的新型路面复合材料的结论。

关键词：半刚性,半柔性,路面,混合料

参考文献

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关于半柔性复合路面结构设计的探讨 第5篇

半柔性复合路面是指在开级配的大孔隙 (空隙率高达20%以上) 基体沥青混合料中, 灌入以水泥为主要成分的特殊浆体而复合而成的一种路面, 具有高于水泥混凝土路面的柔性和高于沥青混凝土路面的刚性, 故将其称为半柔性复合路面。

半柔性路面既具备沥青路面和水泥路面的优点又屏蔽了两者的缺点, 其路用性能优良, 可适用于高等级公路和城市道路。尤其是高速公路的爬坡段, 以及城市的货运站、港口、码头、加油站等。半柔性复合路面不但适用于普通高级路面结构, 还适用于隧道内铺装提高表面亮度, 或小半径弯道、公共汽车停靠站场、收费道口等处来提高识别性。

我国目前对于半柔性复合路面的研究尚属于起步阶段, 并且大多进行的只是半柔性路面混合料的研究以及该结构的施工工艺研究, 而对其设计理论与方法的研究很少。针对上述状况, 本论文将着重研究半柔性复合路面的设计理论与方法。

1 半柔性复合路面破坏状态

半柔性复合路面由于环境因素的不断影响和行车荷载的反复作用, 经过一段时间的使用, 便会产生破坏而失去原有的使用能力。下面着重叙述半柔性复合路面结构的破坏状态:

(1) 表面裂缝

半柔性复合路面产生表面裂缝主要是由于半柔性复合路面材料本身的收缩造成的, 与荷载作用无关。半柔性复合路面材料是在母体沥青混凝土中灌入水泥胶浆, 而水泥材料在凝结硬化的前后, 因剧烈的不均匀蒸发 (大风劲吹, 干热等) 、温度变化 (气温剧降) 及硬化反应, 导致路面表面产生大的干缩、冷缩, 而刚灌完浆的半柔性表面层, 其强度不足以抵抗收缩应力而形成长而浅的裂缝, 在水泥胶浆硬化至一定强度足以抵抗收缩应力时, 表面裂缝就停止发展。因此, 一般情况下, 表面裂缝是不会影响该路面的正常使用。

(2) 线状裂缝

线状裂缝包括横向裂缝和纵向裂缝两种:与道路中线近于垂直的裂缝是横向裂缝;与道路中线大致平行的裂缝为纵向裂缝。使用表明, 半柔性复合路面的纵向裂缝多于横向裂缝, 但都极其细微, 分析可能导致半柔性复合路面产生裂缝的原因是: (a) 地基沉降, 承载力不足; (b) 荷载和温度的共同作用所引起; (c) 如果路面的局部出现大量的裂缝, 则表明灌入到母体沥青混凝土中的水泥胶浆偏少, 即灌浆不充足。而母体沥青混凝土的空隙率不合格, 级配不合理, 碾压过渡或使用气轮压路机, 水泥胶浆的流动度不满足要求及提前开放交通都有可能导致灌浆不充分; (d) 半柔性面层与基层之间存在坚硬颗粒, 导致应力集中, 发生剪应力破坏, 产生裂缝。

(3) 针孔

针孔即由于空气的影响在路表面出现小孔, 针孔现象是半柔性复合路面特有的损坏模式。以下几种情况容易导致路面出现针孔:基层不漏水;灌浆时母体沥青混凝土中仍滞留部分水;在沥青路面未降温至预定温度前灌浆;空隙率不在20%～30%范围内;水泥胶浆的流动度不满足要求以及水泥胶浆搅拌不充分等。通过分析可知, 灌浆充分可以预防针孔的产生。

(4) 表面松散

半柔性复合路面的表面松散由于化学物质侵蚀破坏和物理磨损破坏, 该种路面由于过度磨损导致的表面松散很少见, 因此, 主要是因为化学物质的侵蚀导致表面松散。而有机酸物质、EDTA及镁盐是主要的侵蚀物质。

(5) 沉陷

沉陷是半柔性复合路面在车轮作用下路表面产生的较大凹陷变形。造成其凹陷的主要原因是路基土的压缩, 但面层材料的灌入质量对其也有影响。

(6) 路表面的疤面

母体沥青混凝土的铺筑质量是半柔性复合路面是否产生疤面的关键因素, 因为所有的瑕点和不均衡都会显示在已完成的路表面上。另外, 如果半柔性复合路面刮浆不干净, 表面就会形成水泥胶浆体, 不仅产生疤面, 并且其水泥胶浆体在硬化前后都有可能导致裂缝的产生;如果水泥胶浆的流动度不够, 在灌注时也容易形成疤面;如果灌完浆后, 用水清洗表面太快, 会导致石灰质的风化或者未硬化的水泥胶浆被冲掉。

2 设计标准

路面应具有良好的使用性能。路面使用性能包括功能性能和结构性能两方面。功能性能主要表现为行车舒适、安全、运行经济以及对环境无不良影响;结构性能主要为路面的损坏状况和结构的承载能力。

针对上述要求, 在路面结构设计中针对不同的结构层提出了不同的极限标准。同时, 由于半柔性复合路面损坏现象的多样性, 不能选用单一的指标作为设计标准, 而必须是多种临界状态、多种设计标准。

在半柔性各种损坏中, 有一些破坏 (如疤面、针孔和表面松散) , 可以通过选择优质材料, 改善材料配合比以及提高施工质量等方面可以避免或减少到最低限度, 只在一些特别严重的场合则需要在设计中考虑 (如线状裂缝等) 。因此, 裂缝是导致半柔性复合路面结构破坏的最主要的损坏模式, 在设计中应着重考虑。

(1) 疲劳开裂

疲劳寿命的大小, 除了同组成材料的特性有关外, 主要取决于路面所受到的重复应变 (或应力) 级位的大小。可以利用等效疲劳损耗的概念, 将不同轴载和不同温度条件下的疲劳损耗, 换算成为标准轴载和当量疲劳温度的等效损耗。

在车辆荷载反复作用下, 半柔性复合材料层层底产生拉应力或拉应变而导致路面疲劳开裂。从现行理论出发, 路面裂缝是从下而上发生、发展, 它的外观特征是先发生纵向裂缝再逐步发展成纵向网裂破坏。若采用半刚性材料作基层、底基层, 其层底的拉应力起控制作用。因此, 纵向裂缝多于横向裂缝。

以疲劳开裂作为临界状态的设计, 采用半柔性复合路面材料层底面的拉应力σr1作为设计标准, 即

σr1[σr1] (1)

半刚性基层, 由于相对刚度很大而出现较大的径向拉应力, 应控制其底面的最大拉应力σr2不大于基层材料的容许疲劳拉应力[σr2], 即

σr2[σr2] (2)

(2) 沉陷

沉陷是路面在车轮作用下表面产生较大凹陷变形, 有时凹陷两侧伴有隆起现象出现, 当沉陷严重时, 超过了结构的变形能力, 在结构层受拉区产生开裂而形成纵裂, 并有可能逐渐发展成网裂。造成路面沉陷的主要原因是路基土的压缩。当路基土的承载能力较低, 不能承受从路面传至路基表面的车轮压力, 便产生较大的垂直变形即沉陷。

为控制路基土的压缩引起路面的沉陷, 可选用路基土的垂直压应变作为设计标准, 如:

εz0[εz0] (3)

上式中为路基表面由车轮荷载作用产生的垂直应力, 可用弹性层状体系理论求得。为路基土的容许垂直压应力, 其数值同土基的特性 (弹性模量) 和车轮荷载作用次数有关。

(3) 低温缩裂

这是一项同荷载因素无关的设计指标, 低温时, 面层材料因收缩受阻而产生的温度应力σ不大于该温度时材料的抗拉强度, 即:

σ[σr1] (4)

上述设计标准反映了对路面结构性能的要求。而在路面的使用性能 (如抗滑性和平整度等) 可另外提出设计标准。

3 半柔性复合路面结构设计理论

本文考虑采用沥青路面的设计理论, 即弹性层状体系理论作为半柔性复合路面结构的设计理论。主要从以下四个方面考虑:

(1) 半柔性复合路面材料具有较高的抗压回弹模量 (1800～2200MPa) 和较大的劈裂强度 (1.5～2.0MPa) , 体现了其刚柔并济的特性, 但仍偏于柔性。

(2) 有研究表明, 通过半柔性复合路面材料的应力应变关系曲线和沥青混凝土以及水泥混凝土应力应变关系曲线对比可以看出, 半柔性复合路面材料在达到强度峰值以后, 呈现塑性破坏, 与普通沥青混合料的应力应变关系曲线特征一致, 而与水泥混凝土这类刚性材料的脆性破坏形成鲜明对比, 如图1和图2所示。

3) 半柔性复合路面的主要破坏模式是疲劳开裂, 与柔性路面的裂缝相似, 与刚性路面的疲劳断裂有本质的不同:疲劳开裂是一个具有较明显的裂缝时间开展过程, 其特点是, 在正常使用情况下, 路面无显著的永久变形, 开裂开始都是形成细而短的横向开裂, 继而逐渐扩展成网状, 开裂的宽度和范围不断扩大, 最终导致路面毁坏;而疲劳断裂前路面几乎没有明显的变形, 一旦发现路面变形则此时几乎将最终发生断裂破坏。

4) 相关文献表明, 半柔性复合路面结构的荷载响应与柔性路面相似, 计算点的位置与柔性路面的一致。

4 半柔性复合路面结构设计方法

对于半柔性复合路面结构的设计方法, 本文决定在我国现行沥青路面设计方法的基础上加以修改完善, 最终确定以半柔性复合材料面层和半刚性材料层的层底拉应力作为控制结构层疲劳开裂的设计指标, 以路基表面的垂直压应变作为验算指标, 仍然采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状理论体系进行厚度计算。

5 结论

(1) 裂缝是导致半柔性复合路面结构破坏的最主要的损坏模式, 在设计中应着重考虑。结合半柔性复合路面破损状态分析, 提出了以控制半柔性复合路面材料层底面的拉应力、基层底面拉应力、土基顶面压应变的设计标准。

(2) 结合半柔性复合路面材料的抗压模量、劈裂强度、应力应变关系曲线及其结构的荷载响应特点, 提出了弹性层状体系理论作为半柔性复合路面结构的设计理论。

(3) 在我国现行沥青路面设计方法的基础上加于修改完善, 最终确定以半柔性复合材料面层和半刚性材料层的层底拉应力作为控制结构层疲劳开裂的设计指标, 以路基表面的垂直压应变作为验算指标。

参考文献

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[2]郝培文, 程磊, 林立, 半柔性路面混合料路用性能[J].长安大学学报 (自然科学版) , 2003 (3)

[3]张大可, 半柔性复合物路面结构研究[D].重庆交通大学硕士论文, 2007.

[4]霍轶珍, 梁轶, 黄宝涛, 半柔性路面路用性能的试验及机理分析[J].公路, 2009 (2)

半柔性路面 第6篇

半刚性基层在我国得到了广泛应用和发展, 为我国公路事业的发展做出了巨大贡献。与此同时, 许多沥青路面也发生了严重的早期破坏, 促使人们对此提出质疑。由于半刚性材料的干缩、温缩、排水性能差等缺点, 使得此类结构一旦开始破坏, 路面寿命就将急剧减少。作为柔性基层材料的级配碎石, 它的缺点主要是刚度或回弹模量小、应力扩散能力差、塑性变形大等。因此, 本文提出了一种半柔性基层材料‘微粘结级配碎石半柔性材料’, 该柔性基层材料由各种集料和少量 (≤3%) 的水泥按最佳级配原理拌和并压实而成。作为半柔性基层材料的微粘结级配碎石可以在一定程度上克服半刚性基层材料的缺陷, 同时在不影响级配碎石作为柔性基层材料所具有的优势基础上, 增加材料的刚性, 减小其塑性变形。本文通过ABAQUS有限元计算方法对微粘结级配碎石基层路面结构进行模拟分析, 探讨各结构层参数的变化对选定计算指标的影响。

2 半柔性基层沥青路面结构有限元模型建立

2.1 荷载计算模型

如图1所示, 按照《公路沥青路面设计规范》 (JTG D50-2006) 的要求加载, 采用后轴载重100k N作为标准轴载, 单轮荷载为25 k N, 轮胎接地压强P为0.70 MPa, 当量圆半径δ为10.65 cm, 双圆均布垂直荷载作用。

2.2 路面结构形式选取及参数设定

半柔性基层沥青路面结构形式和各结构层材料设计参数如表1所示。

2.3 半柔性基层合理设计参数确定

试验路铺筑完成后, 我们按照《公路路基路面现场测试规程》 (JTG E60-2008) 的规定, 测定微粘结级配碎石半柔性基层路面结构的回弹模量, 为此在试验路级配碎石基层铺筑完成后进行了现场检测工作。由于现场测定的是微粘结级配碎石层铺筑后的路面结构的综合模量, 为了得到微粘结级配碎石层的模量, 必须根据现场数据进行模量反推, 反推结果见表2。

由表2可知, 各水泥掺量的微粘结级配碎石的模量反推, 而室内试验所得模量范围为200~900MPa。考虑到室内试验时微粘结级配碎石为无侧限情况下的回弹模量, 与实际道路情况不符, 同时也为了方便有限元建模及分析, 本文选用具有代表性的半柔性基层材料模量进行建模分析, 设定半柔性基层回弹模量范围为500~900MPa。

2.4 沥青路面计算分析指标的选取

我国一直采用弯沉作为路面设计的指标, 因为它简单、直观, 容易测量和验证。弯沉值的大小反映了路基路面结构的整体刚度和路面结构的强弱, 在相同的车轮荷载作用下, 路面的弯沉值越大, 则路面结构抵抗垂直变形的能力愈弱, 反之愈强。在本文设定的半柔性基层沥青路面结构中, 面层及半柔性基层均受压, 半刚性基层底基层主要受拉, 应控制其底面的最大拉应力不大于基层材料的容许疲劳拉应力, 以免产生疲劳开裂。本文将选用路表弯沉l和半刚性基层层底拉应力σ作为计算分析指标。

3 计算结果分析

3.1 面层弹性模量对计算指标的影响分析

分析所用的路面结构模型和参数设置如下:面层为7cm沥青混凝土, 上基层为15cm微粘结级配碎石, 模量取800MPa, 下基层为15cm水泥稳定碎石, 模量取1500MPa, 土基为原有旧路, 模量取150MPa。通过改变面层弹性模量研究半柔性基层沥青路面结构计算指标的变化规律。参照《公路沥青路面设计规范》 (JTG D50-2006) 中推荐的路面结构设计参数, 面层模量取值分别为1200MPa、1600MPa、2000MPa、2400MPa。在面层模量变化的情况下, 计算选定的分析指标, 研究半柔性沥青路面结构弯沉l和下基层层底拉应力σ随面层模量变化的规律。计算结果如表3所示。

由表3可知, 随着沥青面层模量的增加, 路表弯沉逐渐减少, 半刚性基层层底拉应力逐渐增加。经计算, 每增加400MPa面层模量平均能降低1.3%的路表弯沉值, 而对于底基层层底拉应力的贡献少于0.2%。由此可知, 面层模量的提高虽有助于提高沥青路面结构整体抵御垂直变形的能力, 但是效果并不显著。

3.2 面层厚度对计算指标的影响分析

分析所用的路面结构模型和参数设置如下:面层为沥青混凝土, 模量取1200MPa, 上基层为15cm微粘结级配碎石, 模量取800MPa, 下基层为15cm水泥稳定碎石, 模量取1500MPa, 土基为原有旧路, 模量取150MPa。通过改变面层厚度研究半柔性基层沥青路面结构计算指标的变化规律。面层厚度取值分别为7cm、11cm、14cm、17cm、20cm。在面层厚度变化的情况下, 计算半柔性沥青路面结构弯沉l和下基层层底拉应力σ, 计算结果如表4所示。

由表4可知, 随着面层厚度的增加, 路表弯沉l以及半刚性基层层底拉应力σ逐渐降低。面层厚度每增加3cm可以减少弯沉3.2%~5.0%, 可以使得半刚性基层层底拉应力减少3.3%~4.0%。可见面层厚度的提高对于计算指标的影响较于面层模量对计算指标的影响更为显著, 对于路面结构整体受力具有积极意义。

3.3 半柔性上基层弹性模量对计算指标的影响分析

分析所用结构模型及参数设置如下:面层为7cm沥青混凝土, 模量取1200MPa, 上基层为15cm微粘结级配碎石, 下基层为15cm水泥稳定碎石, 模量取1500MPa, 土基为原有旧路, 模量取150MPa。通过改变半柔性上基层模量研究沥青路面结构计算指标的变化规律。半柔性上基层模量取值分别为500MPa、600MPa、700MPa、800MPa、900MPa, 在模量变化的情况下, 计算半柔性基层沥青路面结构弯沉l和下基层层底拉应力σ, 结果如表5所示。

由表5分析可知, 随着模量的增加, 路面结构整体刚度加强, 路表弯沉逐渐减少。每增加100MPa, 半柔性上基层模量降低0.7%~1.5%的路表弯沉, 较于面层模量对路面弯沉的影响更为显著;由表5分析可知, 随着上基层模量的增加, 半刚性基层层底拉应力逐渐减小, 当增加至800MPa之后, 对于半刚性基层层底拉应力的影响并不明显。

3.4 半柔性上基层厚度对计算指标的影响分析

分析采用结构模型及参数设置如下:面层为7cm沥青混凝土, 模量取1200MPa, 上基层为微粘结级配碎石, 模量取800MPa, 下基层为15cm水泥稳定碎石, 模量取1500MPa, 土基为原有旧路, 模量取150MPa。通过改变半柔性上基层厚度研究沥青路面结构计算指标的变化规律。半柔性上基层厚度取值分别为12cm、15cm、18cm、20cm、22cm、25cm、30cm。在厚度变化的情况下, 计算半柔性沥青路面结构弯沉l和下基层层底拉应力σ, 结果如表6所示。

由表6可知, 随着半柔性上基层厚度的增加, 路表弯沉及半刚性下基层层底拉应力显著下降, 上基层厚度每增加3cm能降低3.0%~3.5%的路表弯沉, 降低2.5%~3.5%半刚性基层层底拉应力。在半柔性基层沥青路面结构中, 可以通过适当增加厚度延长半刚性基层的疲劳寿命, 防止半刚性基层底部开裂。

3.5 半刚性下基层弹性模量对计算指标的影响分析

分析采用结构模型及参数设置如下:面层为7cm沥青混凝土, 模量取1200MPa, 上基层为15cm微粘结级配碎石, 模量取800MPa, 下基层为15cm水泥稳定碎石, 土基为原有旧路, 模量取150MPa。通过改变半刚性下基层弹性模量研究沥青路面结构计算指标的变化规律。半刚性下基层回弹模量取值分别为1100MPa、1300MPa、1500MPa、1800MPa、2100MPa。在模量变化的情况下, 计算半柔性沥青路面结构弯沉l和下基层层底拉应力σ, 结果如表7所示。

由表7可知, 随着半柔性基层沥青路面结构中半刚性下基层模量的增加, 路表弯沉缓慢降低, 下基层模量每增加200MPa, 路表弯沉便降低0.9%~1.1%, 对于提高半柔性基层沥青路面结构的整体刚度效果不显著。但是半刚性基层模量的提升使得半刚性基层层底拉应力显著提升, 由表7分析可知, 半刚性基层模量每增加200MPa, 半刚性基层层底拉应力便增加11.0%~12.0%。

3.6 半刚性下基层厚度对计算指标的影响分析

分析采用结构模型及参数设置如下:面层为7cm沥青混凝土, 模量取1200MPa, 上基层为15cm微粘结级配碎石, 模量取800MPa, 下基层为水泥稳定碎石, 模量取1500MPa, 土基为原有旧路, 模量取150MPa。通过改变半刚性下基层厚度研究沥青路面结构计算指标的变化规律。下基层厚度取值分别为12cm、15cm、18cm、20cm、22cm、25cm、30cm。在厚度变化的情况下, 计算半柔性基层沥青路面结构弯沉l和下基层层底拉应力σ, 结果如表8所示。

由表8可知, 半刚性下基层厚度的增加, 显著提高了沥青路面整体结构的整体刚度, 降低了半刚性基层层底拉应力。每增加3cm半刚性下基层厚度使得路表弯沉减少3.6%~5.8%, 半刚性基层层底拉应力降低3.1%~6.0%。由以上分析可知, 在图1所示半柔性基层沥青路面结构中, 可以通过适当增加半刚性下基层厚度来提高半柔性基层沥青路面结构的整体刚度, 也有利于防治反射裂缝。

4本文小结

本文利用ABAQUS有限元软件, 分析了面层、微粘结级配碎石层、半刚性下基层模量以及厚度对路面结构的影响。通过对计算结果的分析, 得出以下结论:

(1) 面层模量的提高虽有助于提高沥青路面结构整体抵御垂直变形的能力, 但是效果并不显著。

(2) 面层厚度的提高对于计算指标的影响较于面层模量对计算指标的影响更为显著。

(3) 上基层模量的增加, 半刚性基层层底拉应力逐渐减小, 当增加至800MPa之后, 对于半刚性基层层底拉应力的影响并不明显。

(4) 微粘结级配碎石上基层厚度每增加3cm能降低3.0%~3.5%的路表弯沉, 降低2.5%~3.5%半刚性基层层底拉应力。在半柔性基层沥青路面结构中, 通过适当增加厚度来防止半刚性下基层底部开裂能更有效地防止反射裂缝的发生。

(5) 半刚性基层模量每增加200MPa半刚性基层层底拉应力便增加11.0%~12.0%。

(6) 微粘结级配碎石层和其下卧半刚性基层组成的“组合基层”由于下卧层刚度大, 微粘结级配碎石上基层因此也易于获得高压实度和较高的刚度。

摘要：为了推荐适应轻、中交通等级下的半柔性上基层沥青路面的合理结构理论参数, 采用结合辽宁省半柔性基层沥青路面的实际工程, 拟定路面结构, 利用有限元软件计算各结构参数变化对弯沉、沥青层底拉应力设计指标的影响, 通过弯沉反算累计当量轴次, 综合分析给出适应轻、中等级交通量的合理路面结构的方法。结果表明:半柔性上基层沥青路面结构对级配碎石层模量、面层厚度变化较为敏感;当级配碎石达到一定模量以上时, 级配碎石层厚度对路面结构影响较小, 在轻、中交通荷载作用下, 推荐半柔性上基层沥青路面级配碎石层厚度为1215cm, 面层厚度为515cm。从而得出结论, 在轻、中交通荷载作用下, 合理的半柔性上基层沥青路面能够在防治反射裂缝的同时, 较好地满足交通荷载需求。

关键词：半柔性基层,微粘结级配碎石,结构分析,合理参数,推荐结构

参考文献

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半柔性路面 第7篇

1 传统路面结构存在的不足

沥青混凝土材料和水泥混凝土材料是高等级公路两种主要的路面材料,这两种典型的路面材料已广泛应用于城市道路和高等级公路的路面结构中。但是,由于沥青材料具有粘弹塑等特性,导致沥青路面结构层的强度和流变性受温度变化的影响很大。夏季高温时,沥青材料粘度的降低导致集料颗粒间凝聚力减弱,若在水平力作用下,极易使沥青混合料颗粒之间产生滑动和位移,导致沥青路面结构层形成波浪、壅包之类的剪切变形破坏,降低了行车的舒适性。在渠化交通的高等级公路上,沥青混凝土路面容易产生过大的塑性变形而形成车辙。在冬季低温时,沥青混凝土路面结构材料的强度虽然有所提高,但因沥青材料粘度的提高而抗变形能力大为降低,表现出脆性,结果导致沥青路面结构层开裂。水泥混凝土路面材料具有抗变形能力强、使用寿命长以及日常养护费用低等特点,但是这种路面结构具有行驶舒适性差和路面结构产生病害后修复困难等不足。因此,如何有效地克服或减弱沥青混凝土与水泥混凝土路面材料的不足,同时充分发挥这两种典型路面材料各自优良的特性,研究开发一种能够解决沥青混凝土路面的车辙、水损坏和开裂以及水泥混凝土路面的断板、开裂、脱空和唧泥等病害的新型复合材料,具有重要的现实意义。

2 半柔性路面的性能优势

半柔性路面是一种新型刚柔相济的路面,其可以充分发挥柔性路面和刚性路面材料的特点。获得半柔性面层的途径可以采取两种方式:1)灌注式,即在沥青混合料母体中掺加刚性材料水泥砂浆或灌注水泥砂浆,期望提高沥青混合料的抗车辙能力,同时改善沥青混合料的低温抗裂性和耐久性;2)拌合式,即在水泥混凝土拌合物中掺加柔性材料(乳化沥青或高分子聚合材料),从而降低水泥混凝土的模量,提高水泥混凝土的抗裂性能,同时也改善水泥混凝土路面行车舒适性和耐久性。现阶段国内外多采用灌注式半柔性路面形式,此种路面结构利用嵌挤原则,通过骨料之间的相互嵌挤作用和灌入的水泥胶浆共同形成材料强度,提高了路面抵抗荷载作用的能力。同时它的高温稳定性能大大优于普通沥青混凝土路面,其抗疲劳性能和抗滑性能也都优于普通沥青混凝土路面。

3 半柔性路面的发展概况

3.1 国外发展概况

国外半柔性路面的施工方法大多是在大空隙母体沥青混合料路面中贯入特殊水泥浆液,该技术最早的应用和研究是在法国开展的,并于1954年应用于法国科涅雅克(Cognac)航空港喷气式飞机用的跑道上,作为耐热用的道面,并以此申请了专利,称为“Salviacim”施工法。这种路面在1961年传到日本,1962年2月由日本道路公团在箱根新道上的立交枢纽部分铺筑了1 000 m2的试验性路面。继法国之后,日本以“半柔性路面和半柔性路面施工法”为名申请了专利。之后,这种路面在日本迅速发展起来,日本大林道路株式会社、鹿岛道路株式会社以及日本铺道株式会社等多家施工企业在获得此项施工方法的专利后,各自独立的继续对这种路面进行了多项研究,许多公司还制定了公司的设计标准并加以推广使用,并在1978年作为一种特殊的施工方法正式被列入沥青路面施工规范。20世纪80年代以来,在大孔隙率的开级配沥青混凝土中灌注水泥砂(乳)浆的半刚性面层在日本有了广泛的应用与发展,每年的施工面积已超过20万m2,各大道路公司和研究所对半刚性面层都进行了试验研究,提出了这种特殊路面材料的力学性能与路面结构设计计算方法的研究论文,证实了该种材料提高了沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性,尤其是对抵抗永久性变形有较大的改善,特别适用于公共汽车站、停车场和收费站等车辙现象比较严重的场所。

20世纪70年代初,英国、美国、前苏联等国家也相继对这一课题进行了研究。为了提高混合料的温度稳定性,英国在摊铺后的开级配沥青碎石路面空隙中灌入树脂—水泥砂浆;前苏联则把水泥砂浆作为第二结合料加入沥青混凝土中进行了拌和压实,结果证明能提高混合料的温度稳定性。科威特的H.R.Guirguis的研究表明,用水泥处置后的集料铺筑的沥青路面的强度和稳定性大大提高,路面泛油的抗水性能也有相当大的改善。R.W.Head对冷拌沥青混凝土的研究表明,当加入1%的水泥时,混合料的马歇尔稳定度能提高2.5倍～3.0倍。1987年～2002年间,美国有10个以上州的路面工程和10余条机场道面工程采用了这种灌注式的半柔性面层,并取得了良好的效果。另外,英国、西德、法国和前苏联等国家也在这方面进行了研究之后,提出了有关这种路面结构设计计算方法和力学性能的研究论文,证实了这种路面材料可提高沥青混合料的高温稳定性及低温抗裂性,延长路面的使用寿命。

3.2 国内发展概况

国内对半柔性路面的研究尚处于起步阶段,已经取得了一些初步的研究成果。如同济大学道路与交通工程研究所林绣贤教授等主持的国家自然科学基金课题《新型路面的复合材料———特种沥青混合料的研究》中研究的特种沥青混合料。其部分研究成果已应用到高速公路路面建设中,并通过实践证明其使用性能良好。哈尔滨建筑大学的张肖宁教授也对这一课题进行了研究,取得了一定的研究成果。并在吉林省营抚二级公路靖宇县境内试铺了一段试验路,总体的效果比较好。1990年湖北宜昌地区公路总段在总结国内外经验的基础上,铺筑了试验路,介绍了水泥沥青混凝土路面的技术性能和施工方法。上海市政工程研究院的刘益群也就水泥灌浆半柔性路面混合料的性能进行了试验研究。长安大学的徐培华等人也进行过这方面的研究。另外,黑龙江省交通科学研究所也进行了题为《水泥沥青混凝土路用性能的研究》的研究,并已取得了一定的相关成果。目前国内半柔性路面开展的还是比较少,还没有一套成熟的施工工艺和相应的机械配置。近两年对半柔性路面的研究又重视了起来,但由于目前实施的工程规模不大,其施工方法以及施工机械并不能代表大规模半柔性路面施工的情况。

4结语

半柔性路面是一种新型的路面形式,它克服了传统沥青混凝土路面与水泥混凝土路面的缺点,具有耐油、耐酸、耐热、耐水、抗滑和易着色等特性。从国外的应用情况来看,半柔性复合路面是一种比较成功、性能良好且经济的新型路面材料,但国内尚处于试验研究阶段,对半柔性材料的路用性能以及施工工艺等还需进一步进行相关研究。

参考文献

[1]庞传琴,杨宇亮.半柔性混合料性能探讨[J].公路,2004(4):108-110.

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[3]程磊.半柔性路用混合料性能及其设计方法研究[D].长安:长安大学硕士论文,2002.

[4]张大可.半柔性复合物路面结构研究[D].重庆:重庆交通大学硕士论文,2007.

半柔性路面 第8篇

半柔性复合路面是指在开级配的大孔隙(空隙率高达20%以上)基体沥青混合料中,灌入以水泥为主要成分的特殊浆体而复合而成的一种路面,具有高于水泥混凝土路面的柔性和高于沥青混凝土路面的刚性,是一种新型的路面结构,它具有优良的路用性能,不但适用于普通高级路面结构,还适用于隧道内铺装提高表面亮度,或小半径弯道、公共汽车停靠站场、收费道口等处来提高识别性。

半柔性复合路面最早为法国专利,1954年应用于法国的科涅雅克航空港的飞机跑道上,作为耐热用的面层。1961年在日本以“半柔性路面和半柔性路面施工法”为名申请了专利。现阶段在日本的许多高速公路的收费站、停车场、加油站及公共汽车专用线等场所,都进行了相当规模的半柔性铺装[1][2][3]。半柔性复合路面结构的研究在国内尚处于起步阶段,并且大多进行的只是半柔性复合路面结构混合料的研究以及该结构的施工工艺研究,而对其荷载应力的研究非常少。国内外的研究结果表明,该半柔性复合路面结构混合料的力学特性更偏向柔性,故本文将针对上述状况,参照柔性路面的设计理论和方法,着重应用ANSYS对半柔性复合路面结构的荷载应力进行研究和探讨,分别对半柔性复合路面及沥青路面建模进行计算并对比分析,并分别给出了半柔性复合路面及沥青路面的结构分析图。

2 计算模型与参数

2.1 几何模型

本文选择一种典型高速公路结构作为研究实体,路面宽24m,双向4车道,路堤高约2.5m,边坡坡度为1:1.5。路面结构为10cm半柔性材料面层+30cm基层+20cm底基层。由于高速公路路面在中央分隔带处断开,分为上下行两幅,本文选取道路的右侧一幅建立模型进行分析。为了后续计算的方便,在中央分隔带一侧加做硬路肩和边坡,为了弱化边界效应,在路堤左右边坡坡脚处沿横向将土基向外延伸5m,这样加上坡脚处19.5m宽的路基,土基共宽29.5m。整个模型沿道路纵向取8m[5]。图1是用ANSYS生成的整体几何模型透视图。

2.2 物理模型

本文选取我国现行路面设计规范中规定的标准单轴双轮组BZZ-100作为计算轴载,行车道宽度一般为3.75m,可以确定出道路整体三维物理模型的加载方式。

为节省计算时间,提高计算效率,本文仅选取1/4模型进行简化计算。模型的单元类型选取Structural Solid里的六面体8节点结构分析单元Brick 8node,编号SOLID45。路表面最小单元网格尺寸取为0.054m0.054m, 并根据路面实际受力情况依一定比例由密渐疏进行划分,整个1/4模型单元总计150220个,节点总计159525个,网格划分情况如图2所示。

2.3 荷载的节点力等效及参数

本文采用16个单元面(25个节点)来包围荷载圆面,以BZZ-100标准轴双圆荷载的一个圆面为对象。各节点的等效节点力列于表1。本文采用的材料参数如表2所示。

3 计算结果分析

3.1 半柔性复合路面与沥青路面有限元对比分析

应用ANSYS10.0软件进行计算,主要从面层和基层的弯沉ω和z方向应力σz进行对比分析,计算结果利用Microsoft Excel软件绘制成图表,如图3～图5所示。结果表明,半柔性复合路面各结构层的弯沉ω和σz都小于沥青路面,但变化规律及趋势与沥青路面一致,说明行车荷载作用对两种路面结构的影响是一致的,故进一步说明本文参考柔性路面的设计理论与方法是可行的。

3.2 半柔性复合路面结构弯沉分析

应用ANSYS10.0软件生成道路结构1/4模型总体位移和竖向位移等值线图,将各结构层的弯沉ω在轮载中心所在的横断面上的计算结果以及左右轮载中心和轮隙中心三个位置处沿深度方向的计算结果利用Microsoft Excel软件绘制成图表,如图6～图8所示。结果表明:双轮荷载作用于半柔性复合路面时,路表最大弯沉点在内侧车轮中心处,为0.572mm,外侧车轮中心处稍微小一些,为0.546mm,轮隙中心处为0.525mm,约为最大弯沉的92%。沿深度方向各结构层弯沉逐渐减小,路基顶面(0.6m深处)最大弯沉为0.494mm,约为路表的87%。

3.3 半柔性复合路面结构应力分析

应用ANSYS10.0软件生成道路结构1/4模型总体位移和竖向位移等值线图,将各结构层的z方向应力σz在轮载中心所在的横断面上的计算结果以及左右轮载中心和轮隙中心三个位置处沿深度方向的计算结果利用Microsoft Excel软件绘制成图表,如图9～图11所示。

结果表明:双轮荷载作用于半柔性复合路面时,轮隙中心点处σz值出现拉应力,在路表为0.151MPa,于路表下0.03m开始出现压应力,随后逐渐增大,于路表下0.1m处达到最大值,为0.15MPa,随后再减小到0.4m深处的0.045MPa及0.6m处的0.012MPa,在0.56m深以下和轮载中心点基本持平。在路表,两侧车轮1/4处出现最大的压应力,均为0.752MPa,而内、外侧车轮中心的值σz均为0.619MPa。 云图可知,于路表下0.03m以下深度,均表现为压应力,面层、底基层和底基层并未出现拉应力。

在双轮荷载作用下,车轮荷载对路表和基层的应力有显著影响,其图形呈现出明显的车轮状;但对底基层的作用很小,其图形几乎为一水平直线。因此,车轮荷载的作用传递到底基层时已经较小,对路基的影响不大。

4 结论

(1)在双轮荷载作用下,半柔性复合路面的路表弯沉最大,路基顶面最大弯沉约为路表弯沉的87%。路表最大弯沉点在内侧车轮中心点处,沿深度方向各结构层的弯沉逐渐减小;路表在轮周围小范围内存在拉应力,其余全为压应力,而在底基层两轮荷载作用范围内基本为拉应力;半柔性复合路面的路表外侧车轮外边缘处出现最大的压应力值σz。

(2)半柔性复合路面各结构层的弯沉ω和σz都小于沥青路面,但变化规律及趋势与沥青路面完全一致,说明行车荷载作用对两种路面结构的影响是一致的,故进一步说明本文参照柔性路面的设计理论与方法是可行的。

(3)本文通过应用ANSYS软件对半柔性复合路面的荷载应力进行了较详细的分析,并找出了该新型路面结构的荷载响应,为半柔性复合路面结构设计理论与方法的研究提供了理论依据,具有重要的参考价值。

参考文献

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[3]世纪东急工业技术部.半たわみ性[J].铺装,1992,535(8):43.

[4]黄国权.有限元法基础及ANSYS应用[M].北京:机械工业出版社,2004.