混合式基层沥青路面材料与力学性能研究
|
摘要
近年来,随着我国公路交通的快速发展,交通运输量不断增长,超载和重载车辆在整个交通流中所占的比例增加,以及渠化交通现象的产生,高等级公路早期破坏现象的日益严重,而根据国内外研究表明,大粒径沥青混合料能提高路面的抗车辙能力,同时又不削弱其他方面的性能。本文参照国外对大粒径沥青混合料的研究成果,对沥青稳定碎石基层材料的力学特性和路用性能进行研究,并对混合式基层沥青路面的路面结构进行了力学计算分析。
首先,分析了我国现阶段高等级公路存在的问题及原因,提出了具有沥青稳定碎石这样一种柔性基层沥青路面,并阐述了目前国内外在这一领域的研究成果。
其次,分析了沥青混合料和沥青稳定碎石组成结构特性以及强度构成机理,通过采用多级嵌挤级配设计方法,提出了具有骨架嵌挤结构的级配,并对混合料配合比设计方法进行了研究。
再次,通过大量的室内试验对沥青稳定碎石混合料的力学特性、高温抗永久变形性能、水稳定性能进行了试验研究。
最后,在前面试验研究的基础上,通过采用三维有限元的方法分析了具有柔性基层沥青路面的结构受力特性,通过与半刚性基层沥青路面结构受力的对比分析,对混合式基层沥青路面结构设计方法进行了探讨,对以后进行这类路面的结构设计有一定的借鉴意义。
通过研究,得出沥青稳定碎石拥有优良的路用性能,并且混合式基层沥青路面结构受力优于半刚性基层沥青路面。
In recent years, with the rapid development of our country highway traffic, the traffic volume is increasing constantly, the overload and fully-loaded vehicles are taking an increasing proportion in the whole traffic, the channel-oriented traffic is arising, and the early disruptive phenomenon is becoming more and more serious. But according to the research of both domestic and abroad, coarse bituminous mixture can raise the rut-resist ability of the pavement but not weaken other properties. Referring to the fruit of foreigners’study of the coarse bituminous mixture, this essay will not only study the mechanic features and road property of the material of the bituminous stabilized crushed stones base-course, but also will do the dynamic analysis of the pavement structure with bituminous stabilized crushed stones base-course.
Firstly, analyzed the problem and causes of our country’s highway that exists at present time, raised bituminous pavement with such a flexible base-course of bituminous stabilized crushed stones and describe the fruit of foreigners’study in this area.
Secondly, analyzed the structural constitute properties and intense form mechanics of bituminous mixtures and bituminous stabilized crushed stones, through applying the design method of inlaying multi-grades, has proposed the gradation with skeleton inlay structure, and has studied the design method of mixture match ratio.
Thirdly, through a great number of indoor tests, has done research on the properties of bituminous stabilized crushed stones mixtures such as the mechanic characteristic, the high temperature deform-resisted, and water stability and so on.
Finally, on the basis of experimental study above mentioned, have analyzed the structural strength properties of the flexible base-course bituminous pavement by using the three-dimensional finite element. Compared the structural strength with semi-rigid bituminous pavement, go on the discussion to the structural design method of bituminous pavement of composite, which has its significance in such kind of pavement structural design in future.
According to the research, we can get the result that bituminous stabilized crushed stones have excellent performance, and the structural strength of composite bituminous pavement is better than semi-rigid bituminous pavement.
首先,分析了我国现阶段高等级公路存在的问题及原因,提出了具有沥青稳定碎石这样一种柔性基层沥青路面,并阐述了目前国内外在这一领域的研究成果。
其次,分析了沥青混合料和沥青稳定碎石组成结构特性以及强度构成机理,通过采用多级嵌挤级配设计方法,提出了具有骨架嵌挤结构的级配,并对混合料配合比设计方法进行了研究。
再次,通过大量的室内试验对沥青稳定碎石混合料的力学特性、高温抗永久变形性能、水稳定性能进行了试验研究。
最后,在前面试验研究的基础上,通过采用三维有限元的方法分析了具有柔性基层沥青路面的结构受力特性,通过与半刚性基层沥青路面结构受力的对比分析,对混合式基层沥青路面结构设计方法进行了探讨,对以后进行这类路面的结构设计有一定的借鉴意义。
通过研究,得出沥青稳定碎石拥有优良的路用性能,并且混合式基层沥青路面结构受力优于半刚性基层沥青路面。
In recent years, with the rapid development of our country highway traffic, the traffic volume is increasing constantly, the overload and fully-loaded vehicles are taking an increasing proportion in the whole traffic, the channel-oriented traffic is arising, and the early disruptive phenomenon is becoming more and more serious. But according to the research of both domestic and abroad, coarse bituminous mixture can raise the rut-resist ability of the pavement but not weaken other properties. Referring to the fruit of foreigners’study of the coarse bituminous mixture, this essay will not only study the mechanic features and road property of the material of the bituminous stabilized crushed stones base-course, but also will do the dynamic analysis of the pavement structure with bituminous stabilized crushed stones base-course.
Firstly, analyzed the problem and causes of our country’s highway that exists at present time, raised bituminous pavement with such a flexible base-course of bituminous stabilized crushed stones and describe the fruit of foreigners’study in this area.
Secondly, analyzed the structural constitute properties and intense form mechanics of bituminous mixtures and bituminous stabilized crushed stones, through applying the design method of inlaying multi-grades, has proposed the gradation with skeleton inlay structure, and has studied the design method of mixture match ratio.
Thirdly, through a great number of indoor tests, has done research on the properties of bituminous stabilized crushed stones mixtures such as the mechanic characteristic, the high temperature deform-resisted, and water stability and so on.
Finally, on the basis of experimental study above mentioned, have analyzed the structural strength properties of the flexible base-course bituminous pavement by using the three-dimensional finite element. Compared the structural strength with semi-rigid bituminous pavement, go on the discussion to the structural design method of bituminous pavement of composite, which has its significance in such kind of pavement structural design in future.
According to the research, we can get the result that bituminous stabilized crushed stones have excellent performance, and the structural strength of composite bituminous pavement is better than semi-rigid bituminous pavement.
引文
[1] 李福普,陈景,严二虎. 新型沥青路面结构在我国的应用研究. 公路交通科技,2006(3);10-14
[2] 孟书涛. 简论我国沥青路面结构形式的应用和发展. 交通建设与管理,2007(1);36-44
[3] 中国公路学会道路工程分会. 高速公路沥青路面早期损坏交流论文集[R]. 烟台;2003.10
[4] 沈金安等编著. 高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策. 北京:人民交通出版社,2004
[5] 沈金安. 沥青及沥青混合料的路用性能. 北京:人民交通出版社,2001
[6] 赵佳军,黄志福. 高速公路沥青路面病害处治. 华东公路,2000,125(2):31-33
[7] 邓学钧.黄晓明. 路面设计原理与方法. 北京:人民交通出版社.2001.3
[8] 沈金安.国外沥青路面设计方法.北京:人民交通出版社,2004.
[9] 朱照宏等.柔性路面设计原理和方法. 北京:人民教育出版社.1985
[10] 黄晓明.朱湘. 沥青路面设计. 北京:人民交通出版社. 2002,9
[11] 黄仰贤.路面分析与设计. 北京:人民交通出版社,1998.05
[12] 李立寒, 张南鹭编著 道路建筑材料(第四版). 北京:人民交通出版社,2004.
[13] 严家伋. 道路建筑材料. 北京:人民交通出版社,1996
[14] 吕伟民. 沥青混合料设计原理与方法. 上海:同济大学出版社,2001
[15] 张登良. 沥青与沥青混合料. 北京:人民交通出版社,1993.6
[16] 刘中林,王富玉,郝培文等. 大粒径沥青混合料组成结构的研究. 土木工程学报,2004,7
[17] Prithvi S Kandhal. Design of Large Stone Asphalt Mixes to Minimize Rutting. NCAT Report No. 90-1. 1990
[18] 王富玉, 任立锋, 史建等. 大粒径沥青混合料(LSAM)强度的形成. 东北林业大学学报. 2004,5
[19] 谢洪斌,姚祖康,田赛南,庄少勤. 沥青稳定碎石排水层材料的透水能力. 中国公路学报.2000,4
[20] 解晓光,王龙,王哲人. 沥青碎石永久变形预估模型的非线性修正. 中外公路. 2006.2
[21] Kandhal P S. Design of Large Stone Asphalt Mixes for Lowvolume Roads Using Sixinch Diameter Marshall Specimens. NCAT Report No. 91-5. 1991
[22] 交通部公路科学研究所. “八五”国家科技攻关专题“道路沥青及沥青混合料路用性 能的研究”总报告. 北京. 1995
[23] 李福普 沈金安. 公路沥青路面施工技术规范实施手册.北京: 人民交通出版社, 2005
[24] 刘树堂 毛洪录 姚占勇. 沥青混合料空隙率与矿料级配曲线关系研究. 山东大学学报(工学版).2005.4
[25] 张争奇 赵战利 张卫平. 矿料级配对沥青混合料低温性能的影响. 长安大学学报(自然科学版). 2005.3
[26] 沙庆林. 提高沥青路面使用性能和耐久性的最关键因素. 中外公路. 2005.2
[27] 赵永利 黄晓明. 矿料级配基本性能的试验研究. 公路交通科技. 2004.6
[28] 林绣贤. 沥青面层集料的合理组成. 北京:人民交通出版社,1991
[29] Eli William R V,William J P,Samuel H C.Bailey method for gradation selection in HMA mixture design[R].Transportation Research Circular Number E-C044. 2002.
[30] William R V.w.1liam J P.Samuel H C.Aggregate blending for asphalt mix design Bailey method E J].Transportation Research Record.200l
[31] 于新 吴建浩. 贝雷法应用探讨. 公路. 2003,8
[32] 刘中林,田方,史建方. 大碎石沥青混合料组成结构研究. 河北交通科技信息网,2004.10
[33] 陆长兵, 黄晓明. 大型马歇尔试验击实次数. 长安大学学报(自然科学版). 2004,1
[34] 冯俊领,查旭东,张起森. 大粒径沥青混合料(LSM)车辙试验研究. 公路交通科技, 2005,3
[35] 孙立军等著. 沥青路面结构行为理论. 北京:人民交通出版社,2005
[36] 黄仰贤. 路面分析与设计. 北京:人民交通出版社,1998
[37] 孟书涛. 半刚性基层沥青路面结构加速加载试验研究. 公路交通科技,1997.3
[38] 孟书涛. 半刚性基层沥青路面车辙的野外试验研究. 公路交通科技,1992.3
[39] E.A.Wilson and B.parsons. Finite Element Analysis of Elastic Contact Problem Using Differential Displacements,Int.J.mum. Meth. Eng 2,1970
[40] 张起森. 弹性层状体系考虑层间接触非线性的有限单元分析法. 土木工程学报,1989,22(3)
[41] 孙林松,王德信,谢能刚. 接触问题有限分析方法综述. 水利水电科技进展,2001,21(3)
[42] 张金喜,藤原忠司. 室内单、双层车辙试验及其对道路结构的评价. 2004 年中国公路学会道路工程学术交流会论文集. 北京,人民交通出版社,2004
[2] 孟书涛. 简论我国沥青路面结构形式的应用和发展. 交通建设与管理,2007(1);36-44
[3] 中国公路学会道路工程分会. 高速公路沥青路面早期损坏交流论文集[R]. 烟台;2003.10
[4] 沈金安等编著. 高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策. 北京:人民交通出版社,2004
[5] 沈金安. 沥青及沥青混合料的路用性能. 北京:人民交通出版社,2001
[6] 赵佳军,黄志福. 高速公路沥青路面病害处治. 华东公路,2000,125(2):31-33
[7] 邓学钧.黄晓明. 路面设计原理与方法. 北京:人民交通出版社.2001.3
[8] 沈金安.国外沥青路面设计方法.北京:人民交通出版社,2004.
[9] 朱照宏等.柔性路面设计原理和方法. 北京:人民教育出版社.1985
[10] 黄晓明.朱湘. 沥青路面设计. 北京:人民交通出版社. 2002,9
[11] 黄仰贤.路面分析与设计. 北京:人民交通出版社,1998.05
[12] 李立寒, 张南鹭编著 道路建筑材料(第四版). 北京:人民交通出版社,2004.
[13] 严家伋. 道路建筑材料. 北京:人民交通出版社,1996
[14] 吕伟民. 沥青混合料设计原理与方法. 上海:同济大学出版社,2001
[15] 张登良. 沥青与沥青混合料. 北京:人民交通出版社,1993.6
[16] 刘中林,王富玉,郝培文等. 大粒径沥青混合料组成结构的研究. 土木工程学报,2004,7
[17] Prithvi S Kandhal. Design of Large Stone Asphalt Mixes to Minimize Rutting. NCAT Report No. 90-1. 1990
[18] 王富玉, 任立锋, 史建等. 大粒径沥青混合料(LSAM)强度的形成. 东北林业大学学报. 2004,5
[19] 谢洪斌,姚祖康,田赛南,庄少勤. 沥青稳定碎石排水层材料的透水能力. 中国公路学报.2000,4
[20] 解晓光,王龙,王哲人. 沥青碎石永久变形预估模型的非线性修正. 中外公路. 2006.2
[21] Kandhal P S. Design of Large Stone Asphalt Mixes for Lowvolume Roads Using Sixinch Diameter Marshall Specimens. NCAT Report No. 91-5. 1991
[22] 交通部公路科学研究所. “八五”国家科技攻关专题“道路沥青及沥青混合料路用性 能的研究”总报告. 北京. 1995
[23] 李福普 沈金安. 公路沥青路面施工技术规范实施手册.北京: 人民交通出版社, 2005
[24] 刘树堂 毛洪录 姚占勇. 沥青混合料空隙率与矿料级配曲线关系研究. 山东大学学报(工学版).2005.4
[25] 张争奇 赵战利 张卫平. 矿料级配对沥青混合料低温性能的影响. 长安大学学报(自然科学版). 2005.3
[26] 沙庆林. 提高沥青路面使用性能和耐久性的最关键因素. 中外公路. 2005.2
[27] 赵永利 黄晓明. 矿料级配基本性能的试验研究. 公路交通科技. 2004.6
[28] 林绣贤. 沥青面层集料的合理组成. 北京:人民交通出版社,1991
[29] Eli William R V,William J P,Samuel H C.Bailey method for gradation selection in HMA mixture design[R].Transportation Research Circular Number E-C044. 2002.
[30] William R V.w.1liam J P.Samuel H C.Aggregate blending for asphalt mix design Bailey method E J].Transportation Research Record.200l
[31] 于新 吴建浩. 贝雷法应用探讨. 公路. 2003,8
[32] 刘中林,田方,史建方. 大碎石沥青混合料组成结构研究. 河北交通科技信息网,2004.10
[33] 陆长兵, 黄晓明. 大型马歇尔试验击实次数. 长安大学学报(自然科学版). 2004,1
[34] 冯俊领,查旭东,张起森. 大粒径沥青混合料(LSM)车辙试验研究. 公路交通科技, 2005,3
[35] 孙立军等著. 沥青路面结构行为理论. 北京:人民交通出版社,2005
[36] 黄仰贤. 路面分析与设计. 北京:人民交通出版社,1998
[37] 孟书涛. 半刚性基层沥青路面结构加速加载试验研究. 公路交通科技,1997.3
[38] 孟书涛. 半刚性基层沥青路面车辙的野外试验研究. 公路交通科技,1992.3
[39] E.A.Wilson and B.parsons. Finite Element Analysis of Elastic Contact Problem Using Differential Displacements,Int.J.mum. Meth. Eng 2,1970
[40] 张起森. 弹性层状体系考虑层间接触非线性的有限单元分析法. 土木工程学报,1989,22(3)
[41] 孙林松,王德信,谢能刚. 接触问题有限分析方法综述. 水利水电科技进展,2001,21(3)
[42] 张金喜,藤原忠司. 室内单、双层车辙试验及其对道路结构的评价. 2004 年中国公路学会道路工程学术交流会论文集. 北京,人民交通出版社,2004