複合式瀝青路面層間剪下疲勞破壞機理研究

《複合式瀝青路面層間剪下疲勞破壞機理研究》是依託長沙理工大學，由劉朝暉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複合式瀝青路面層間剪下疲勞破壞機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉朝暉
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

複合式瀝青路面由剛性混凝土基層與柔性瀝青面層組合而成，具有結構整體強度高、行駛舒適性好、使用壽命長、維修費用小等優點，目前已套用較多，是重載交通高速公路長壽命瀝青路面結構的發展方向。本項目主要針對剛柔複合式瀝青路面層間剪下破壞問題，通過結構理論分析、理論模型建立、有限元計算、室內外試驗與溫度場測試，研究複合式瀝青路面的溫度場分布狀況和層間溫度狀態，提出具有保溫隔熱溫度效應時瀝青面層的最小臨界厚度；分析不利複雜條件下層間剪應力狀況、影響因素及層間剪下疲勞破壞機理；進行層間抗剪強度試驗與剪下疲勞試驗，提出最佳的層間結合狀態、層間粘結材料與用量，得到不同條件下的層間剪下疲勞方程，分析提出不同狀態下的層間抗剪結構強度係數；分析層間剪下疲勞狀態，提出基於層間剪下疲勞的瀝青面層厚度設計指標與方法。研究成果可為複合式瀝青路面的結構、瀝青面層厚度設計和推廣套用提供重要的理論依據。

結題摘要

複合式瀝青路面具有整體強度高、行車舒適性好、使用壽命長、維修費用小等優點，是重載交通長壽命瀝青路面結構的發展方向。研究中運用傳熱學原理和有限元法，對CRC+AC複合式路面結構的溫度場進行了計算分析，研究了剛性基層的最大溫度梯度與瀝青面層和剛性基層厚度的關係，指出瀝青面層厚度在不小於4cm時才能起到隔熱作用；根據室內試驗和工程經驗，建議採用噴灑式結構對新建複合式瀝青路面的層間進行處理，採用裸化技術對剛性基層表面進行處理；採用單一改性瀝青時，層間粘結材料推薦SBS改性瀝青，採用膠粉(CR)與SBS複合改性瀝青時，推薦CR(8%)+SBS(3.5%)複合改性瀝青。針對路面結構抗裂層瀝青材料的特點和現有研究的不足，採用熱塑性丁苯橡膠（SBS）、廢胎膠粉（CRM）和鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）作為改性劑，研製了一種適用於路面結構抗裂層的複合改性瀝青。研究表明：當SBS摻量為5%、DBP的摻量為4%、CRM摻量為4%時，研發的複合改性瀝青各項性能均達到抗裂層要求並具有優良的路用性能。 由於車輛制動和離心力的作用，以及長大縱坡段重車行駛速度慢作用時間長、所需牽引力大，會使CRC+AC結構因層間抗剪強度不足出現縱向推移和側向滑移現象；層間最大剪應力與瀝青層厚度和模量、溫度、層間結構與材料等因素有關，層間最大剪應力隨AC層厚度和模量的增大而減小，且隨AC層厚度增加而減小的趨勢更為明顯，CRC層厚度對層間最大剪應力的影響很小；在CRC+AC結構AC層的厚度設計中，層間剪應力是需要考慮的主要因素，以避免因AC層與CRC層的層間界面抗剪強度不足而發生層間剪下破壞，導致AC層的功能被破壞。根據計算分析和和實體工程的檢測結果，建議複合式瀝青路面瀝青面層的厚度不宜小於6cm；利用自行研發的裝置及測試方法進行了層間抗剪強度及剪下疲勞測試，通過層間抗剪強度測試可知，噴灑式結構瀝青的最佳用量為1.4 kg/m2，通過層間界面剪下疲勞的測試和研究分析可知，複合式瀝青路面的層間抗剪強度結構係數為KT=0.5Ne0.12，並結合複合式瀝青路面層間剪應力與瀝青層厚度的關係，提出了基於層間剪下疲勞的瀝青層厚度設計方法。 研究成果可為剛柔複合式路面的耐久性提升和推廣套用提供參考及依據。