沥青路面与桥面铺装抗剪特性研究
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摘要
近些年,新建高速公路逐渐向山区延伸,受地形、地质限制,陡坡路段和桥梁段越来越多,加之重载、超载以及渠化交通等因素影响,沥青路面及桥面铺装层在高温下极易因抗剪能力不足而发生车辙、推移、拥包、搓板等早期病害,这些都极大影响了道路的行车安全和通行能力。对此,本文结合国内外抗剪评价方法及自行研发的仪器,针对沥青路面及桥面铺装结构层的抗剪特性,开展了以下分析研究：
通过对比国内外沥青混合料抗剪切性能评价方法的优缺点,研发了能胜任多项试验内容、在混合料抗剪强度试验中可以精准调节加载速率和试验温度的多功能道路材料贯入试验仪。确定了采用单轴贯入试验,结合相同试件规格、相同实验条件下的无侧限抗压强度试验研究沥青路面的抗剪性能的方法。
通过对国内外桥面铺装结构层间抗剪切性能评价方法的评价,研发了能更好模拟路面实际的工作状态、试验结果准确、稳定的HS-SSⅠ型层间直剪试验仪,确定了采用层间剪切试验研究桥面铺装结构层抗剪性能的方法。
通过对沥青路面剪应力分布规律、沥青混合料抗剪强度影响因素的分析,对沥青混合料抗剪强度随原材料种类、混合料最大粒径、级配类型、外加剂种类等材料组成因素及加载速率、压实度等非材料组成因素的变化规律进行了较为系统、细致的分析,为基于提高抗剪性能的沥青混合料设计方法提供了依据。
建立适合高摩阻界面的力学模型,在分析桥面铺装的力学特性及铺装结构层破坏机理的基础上,采用层间剪切试验方法,对影响桥面铺装结构层间稳定性的因素进行了研究,得出桥面铺装层层间接触条件及防水粘结材料对铺装结构层层间稳定性的影响规律,为基于桥面铺装层间稳定性的层间抗剪设计方法提供了依据。
提出基于提高抗剪性能的沥青混合料设计方法以及相应的设计标准,并列举试验路段的设计实例；提出基于提高抗剪性能的桥面铺装层间抗剪设计方法和相应的设计标准。
Recent years, the highway gradually extend to the mountain area. Restricted by the topographic and geologic condition, long, steep slopes and highway bridges are very common in the highway in mountainous area. In addition, with the effect of other factors such as heavy load, overloading, and channel traffic, early diseases of highway including rutting, lapse, upheaval and washboard-pavement are easily to be detected, which affect the safety and traffic capacity of the road greatly. Therefore, combined with the comparison with evaluation methods of high temperature shear performance for asphalt mixture and self-developed equipment, the main research work of this paper are as follows:
Through comparing the strengths and weaknesses of evaluation methods of high temperature shear performance for asphalt mixture which are commonly used at home and abroad, the multi-function road material penetration tester was developed which can fit for different kinds of test contents and adjust loading rate and the test temperature precisely. Uniaxial penetration test combining with unconfined compressive strength was chose to analyze the shear strength of asphalt mixture.
Through analyzing the strengths and weaknesses of different evaluation methods of interlaminar shear for bridge deck structure, HS-SS I interlaminar shear tester was developed and the interlaminar shear test method was determined to evaluate the shear properties of bridge deck structure.
In the third chapter, through analyzing the rules of shear stress distribution and the influence law of shear strength parameters of asphalt mixtures under material components factors such as different raw material (asphalt type, aggregate type), the maximum size of the aggregate, gradation type and additive type and non-material composition factors such as loading rate and compaction degree, a foundation for the design method of asphalt mixture based on the shear requirement was set up.
In the fourth chapter, with the setting of mechanical modal for high friction interface (exposed stone interface), based on the analysis of mechanical properties and the failure mechanism of ridge deck structure, the interlaminar shear test method was chose to study the influencing factors of the stability of bridge deck structure and the influence laws of different interlayer contact conditions and different waterproof material were obtained which lay a foundation for the interlayer stability design method for the bridge deck structure.
In the fifth chapter, the design method of asphalt mixture based on the shear requirement and appropriate design standards were proposed which were verified in test sections. Also, the interlayer stability design method and corresponding design standards for the bridge deck structure were put forward.
通过对比国内外沥青混合料抗剪切性能评价方法的优缺点,研发了能胜任多项试验内容、在混合料抗剪强度试验中可以精准调节加载速率和试验温度的多功能道路材料贯入试验仪。确定了采用单轴贯入试验,结合相同试件规格、相同实验条件下的无侧限抗压强度试验研究沥青路面的抗剪性能的方法。
通过对国内外桥面铺装结构层间抗剪切性能评价方法的评价,研发了能更好模拟路面实际的工作状态、试验结果准确、稳定的HS-SSⅠ型层间直剪试验仪,确定了采用层间剪切试验研究桥面铺装结构层抗剪性能的方法。
通过对沥青路面剪应力分布规律、沥青混合料抗剪强度影响因素的分析,对沥青混合料抗剪强度随原材料种类、混合料最大粒径、级配类型、外加剂种类等材料组成因素及加载速率、压实度等非材料组成因素的变化规律进行了较为系统、细致的分析,为基于提高抗剪性能的沥青混合料设计方法提供了依据。
建立适合高摩阻界面的力学模型,在分析桥面铺装的力学特性及铺装结构层破坏机理的基础上,采用层间剪切试验方法,对影响桥面铺装结构层间稳定性的因素进行了研究,得出桥面铺装层层间接触条件及防水粘结材料对铺装结构层层间稳定性的影响规律,为基于桥面铺装层间稳定性的层间抗剪设计方法提供了依据。
提出基于提高抗剪性能的沥青混合料设计方法以及相应的设计标准,并列举试验路段的设计实例；提出基于提高抗剪性能的桥面铺装层间抗剪设计方法和相应的设计标准。
Recent years, the highway gradually extend to the mountain area. Restricted by the topographic and geologic condition, long, steep slopes and highway bridges are very common in the highway in mountainous area. In addition, with the effect of other factors such as heavy load, overloading, and channel traffic, early diseases of highway including rutting, lapse, upheaval and washboard-pavement are easily to be detected, which affect the safety and traffic capacity of the road greatly. Therefore, combined with the comparison with evaluation methods of high temperature shear performance for asphalt mixture and self-developed equipment, the main research work of this paper are as follows:
Through comparing the strengths and weaknesses of evaluation methods of high temperature shear performance for asphalt mixture which are commonly used at home and abroad, the multi-function road material penetration tester was developed which can fit for different kinds of test contents and adjust loading rate and the test temperature precisely. Uniaxial penetration test combining with unconfined compressive strength was chose to analyze the shear strength of asphalt mixture.
Through analyzing the strengths and weaknesses of different evaluation methods of interlaminar shear for bridge deck structure, HS-SS I interlaminar shear tester was developed and the interlaminar shear test method was determined to evaluate the shear properties of bridge deck structure.
In the third chapter, through analyzing the rules of shear stress distribution and the influence law of shear strength parameters of asphalt mixtures under material components factors such as different raw material (asphalt type, aggregate type), the maximum size of the aggregate, gradation type and additive type and non-material composition factors such as loading rate and compaction degree, a foundation for the design method of asphalt mixture based on the shear requirement was set up.
In the fourth chapter, with the setting of mechanical modal for high friction interface (exposed stone interface), based on the analysis of mechanical properties and the failure mechanism of ridge deck structure, the interlaminar shear test method was chose to study the influencing factors of the stability of bridge deck structure and the influence laws of different interlayer contact conditions and different waterproof material were obtained which lay a foundation for the interlayer stability design method for the bridge deck structure.
In the fifth chapter, the design method of asphalt mixture based on the shear requirement and appropriate design standards were proposed which were verified in test sections. Also, the interlayer stability design method and corresponding design standards for the bridge deck structure were put forward.
引文
[1]张登良.沥青路面[M].北京人民交通出版社,1999,6
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