改性沥青混合料应力吸收层低温抗裂性能评价方法研究
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摘要
目前,针对应力吸收层在抑制复合式路面反射裂缝方面,具有卓越的性能,但用于应力吸收层的特种改性沥青混合料的低温抗裂性能评价尚未有成熟的方法。本文在分析沥青混合料低温试验方法适用性的基础上,考虑到应力吸收层结构功能及材料组成的特殊性,提出了直接拉伸试验和半圆弯曲试验(SCB)方法,进行了低温抗裂性能评价,初步确定评价指标为劲度、破坏强度、断裂能。
本文采用有限元数值分析方法,建立半圆弯曲试验三维有限元模型,分析试件几何尺寸及试验参数对半圆试件切口底部拉应力的影响,确定了SCB试验参数；同时设计了直接拉伸试验方案。分析了试验条件及材料参数对两种试验方法的影响,得出两种试验方法评价其性能基本一致,并具有一定的相关性。
基于上述两种试验方法的结果,分析了加载方式差异、试验数据的离散性、评价指标的敏感性、试件成型的难易程度、评价指标的合理性。结果表明：直接拉伸试验的离散性比SCB试验小,试验结果对试验条件及材料参数较为敏感,说明了相比SCB试验,直接拉伸试验可以更好的评价应力吸收层混合料低温性能。因此最终采用直接拉伸试验评价应力吸收层混合料低温抗裂性能,以拉伸破坏形变功作为评价指标。
At present,according to stress absorded layer in inhibiting compound road surface crack reflection,had excellent performance,but at anti-cracking performance evaluation of the special modified asphalt mixture with stress absorbed layer at low temperature has not mature method.The text based on the analysis of low temperature test method of asphalt mixture applicability,Considered the stress absorbed layer structure and material of the particularity,Proposed direct tensile test and semi-circle bending test (SCB),conducted the low temperature anti-cracking performance evaluation,which of the evaluation index are stiffness,collapsing strength,fracture energy preliminarily.
This text used the finite element numeriacl analysis method,established the three-dimensional finite element model of semi-circle bending test,determined the experiment parameters of test,analysised specimen geometric dimensioning and test factors on the notch bottom of semicircle specimens of tensile stress influence,confirmed the test parameters of SCB test;meanwhile,direc tensile test scheme was designed,analysis of the test conditions and material parameters on the effect of two kinds of test methods, found that:two kinds of test methods to evaluate its performance were basically the same,which of them had some relevance.
Based on the above two kinds of test methods of results, analysis loading method difference,the test data of discreteness,the sensitivity of evaluation index,difficulty level of the specimens molding,evaluation indexes's rationality.The research indicated that the discreteness of direct tensile test were less than that of SCB test,the experimental results were more sensitive to test conditions and material parameters.It was illustrated that the dirct tensile test could be better evaluated stress absorbed layer mixture than SCB test in low temperature.Finally,determined to use the direct tensile test to evaluate the anti-cracking performance of asphalt mixture with Stress Absorbing Layers at Low Temperature,and stretch destroy deformation work as the evaluation indexes.
本文采用有限元数值分析方法,建立半圆弯曲试验三维有限元模型,分析试件几何尺寸及试验参数对半圆试件切口底部拉应力的影响,确定了SCB试验参数；同时设计了直接拉伸试验方案。分析了试验条件及材料参数对两种试验方法的影响,得出两种试验方法评价其性能基本一致,并具有一定的相关性。
基于上述两种试验方法的结果,分析了加载方式差异、试验数据的离散性、评价指标的敏感性、试件成型的难易程度、评价指标的合理性。结果表明：直接拉伸试验的离散性比SCB试验小,试验结果对试验条件及材料参数较为敏感,说明了相比SCB试验,直接拉伸试验可以更好的评价应力吸收层混合料低温性能。因此最终采用直接拉伸试验评价应力吸收层混合料低温抗裂性能,以拉伸破坏形变功作为评价指标。
At present,according to stress absorded layer in inhibiting compound road surface crack reflection,had excellent performance,but at anti-cracking performance evaluation of the special modified asphalt mixture with stress absorbed layer at low temperature has not mature method.The text based on the analysis of low temperature test method of asphalt mixture applicability,Considered the stress absorbed layer structure and material of the particularity,Proposed direct tensile test and semi-circle bending test (SCB),conducted the low temperature anti-cracking performance evaluation,which of the evaluation index are stiffness,collapsing strength,fracture energy preliminarily.
This text used the finite element numeriacl analysis method,established the three-dimensional finite element model of semi-circle bending test,determined the experiment parameters of test,analysised specimen geometric dimensioning and test factors on the notch bottom of semicircle specimens of tensile stress influence,confirmed the test parameters of SCB test;meanwhile,direc tensile test scheme was designed,analysis of the test conditions and material parameters on the effect of two kinds of test methods, found that:two kinds of test methods to evaluate its performance were basically the same,which of them had some relevance.
Based on the above two kinds of test methods of results, analysis loading method difference,the test data of discreteness,the sensitivity of evaluation index,difficulty level of the specimens molding,evaluation indexes's rationality.The research indicated that the discreteness of direct tensile test were less than that of SCB test,the experimental results were more sensitive to test conditions and material parameters.It was illustrated that the dirct tensile test could be better evaluated stress absorbed layer mixture than SCB test in low temperature.Finally,determined to use the direct tensile test to evaluate the anti-cracking performance of asphalt mixture with Stress Absorbing Layers at Low Temperature,and stretch destroy deformation work as the evaluation indexes.
引文
[1]张昭旭,应力吸收层沥青混合料路用性能试验研究[D].大连理工.2007.6
[2]胡长顺,王秉纲,复合式路面设计理论与施工技术[M].北京：人民交通出版社,1999
[3]廖卫东,陈拴发,刘熠宇.2009.应力吸收层沥青混合料路用性能试验研究[J].公路交通科技,26(3)：10-15
[4]周燕.SAMPAVE抗裂结构层材料及其路用性能研究[D].长安大学硕士论文.2007
[5]廖卫东.基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构与材料研究[D].武汉理工大学博士论文.2007
[6]胡长顺,王秉纲.水泥混凝土和沥青混凝土复合式路面研究综述[J].中国公路学报.1994,7(4)：33-36
[7]蒋应军,戴经粱,陈忠达.半刚性基层裂缝产生机理分析及防治措施[N].重庆交通学院学报
[8]陈拴发,马立军.水泥混凝土路面加铺层结构研究[R].2002.11
[9]Caltabiano M A,Brunton J M.1991. Reflction cracking in asphalt overlays.Proceedings of AAPT
[10]Dempsey B J,Mukhtar M T,Senso P M.1996. Stress Absorbing Composite for Road Repair and Method; United States, Patent No.551925
[11]Dempsey B J.2002.Development and performance of interlayer stress-aborbing composite in asphalt concrete overlays. Journal of the Transportation Research Board
[12]沈金安.沥青与沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社
[13]范天佑.断裂理论基础[M].科学出版社,2003
[14]N.F.Coezee, C.L.Monismith. Analytical study of minimization of reflection cracking in asphalt concrete overlays by use of rybber-asphalt interlayer.1981
[15]Y.M.Salam and C.L.Monismith. Fracture Characteristic of Asphalt Concrete Proc.Of AATP,Vol.41, 1972
[16]周志刚,张起森,郑健龙.加筋混凝土阻止沥青路面反射裂缝的桥梁增韧的有限元分析.土木工程学报[J].2003
[17]J.M.Rigo, et al, Evaluation of Crack Propagation in an Overlay Subjected to Traffic and Thermal Effects, Reflective Cracking in Pavement,Edited by J.M.Rigo,et al,Published by E&FN Spon,1993
[18]XUE LI. Investigation of the Francture Resistance of Asphalt Mixtures at Low Temperatures with a Semi Circular Bend (SCB) Test.University of Minnesota,2005.8
[19]齐琳.采用间接拉伸试验评价沥青混合料低温性能研究[D].长安大学硕士论文.2006
[20]贾敬鹏.高性能沥青混合料低温抗裂性能研究[D].重庆交通大学硕士论文,2008
[21]康伟.沥青路面面层抗裂性能试验研究[D].长安大学硕士论文,2006
[22]顾强康,冷培义.旧刚性路面上沥青加铺层反射裂缝产生机理研究[J].中国公路学报.1995,9
[23]张磊.沥青混合料低温开裂及松弛特性的研究[D].哈尔滨工业大学硕士论文,2010
[24]齐艳.应用损伤理论分析旧水泥混凝土路面上沥青面层反射裂缝[J].公路运输文摘.2003.10
[25]李祖仲,陈拴发等.应力吸收层沥青混合料的路用性能[J].长安大学学报(自然科学版),2008
[26]袁玉卿,高丹盈,王选仓,周鑫.SBS改性沥青应力吸收层防裂机理及其效果分析[J].武汉理工大学,2010
[27]李祖仲.应力吸收层沥青混合料材料组成材料及抗裂性能研究[D].长安大学博士论文.2009
[28]郑健龙,周志刚,张起森,沥青路面抗裂设计理论与方法[M].北京：人民交通出版.2002
[29]郭辞贫,裴建中编译.半圆弯拉试验与间接拉伸试验的比较[J].中外公路,2007.8
[30]张肖宁.沥青与沥青混合料的粘弹性力学原理及应用[M].北京：人民交通出版.2006
[31]郭大智,任瑞波.层状粘弹性体系力学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2001.
[32]周光泉,刘孝敏.粘弹性力学[M].合肥：中国科学技术大学出版社.1996
[33]邵腊庚,周晓青,李宇峙,应荣华.基于直接拉伸试验的沥青混合料粘弹性损伤特性研究[J].土木工程学报,2005
[34]陈积光,祝新念,胡文峰.水泥混凝土直接拉伸试验研究[J].湖南文理学院学报(自然科学版),2007
[35]孔祥利.岩沥青改性70-#沥青混凝土应用技术研究[D].吉林大学硕士论文,2009
[36]王燕.隧道用阻燃沥青混合料路用性能研究[D].重庆交通大学硕士论文,2009
[37]李光颖.乳化沥青就地冷再生技术研究[D].重庆交通大学硕士论文,2009
[38]窦庆峰,岳顺,代高飞.岩石直接拉伸试验与劈裂试验的对比研究[J].地下空间,2004.6
[39]田小革,于志新,荆滨.基于应力松弛试验下的沥青混合料非线性粘弹性模型研究[J].公路交通科技,2010
[40]吕光印,郝培文,庞立果,汪海年.沥青混合料抗拉性能试验研究及力学特性分析[J].公路,2008
[41]刘宇,张肖宁,迟凤霞.2008.国外SCB(半圆弯拉)试验方法在沥青混合料中的研究与应用[J].中外公路
[42]曹轲铭.沥青混合料半圆弯拉试验方法研究[D].湖南大学硕士论文.2007
[43]郑智能,凌天清,詹秀芳.应力吸收层力学特性对比试验研究[J].西华大学学报,2010
[44]美国沥青协会.高性能沥青路面(Superpave)基础参考手册[M].江苏省交通科学研究院编译.北京：人民交通出版社,2005.05
[45]刘宇.基于半圆弯曲试验的沥青混合料动态响应及断裂性能研究[D].哈尔滨工业大学博士论文.2009
[46]Chen X ianhua, LiW einong, LiHongtao.Evaluation of fracture properties of epoxy asphaltmixtures by SCB test, Joumal of Southeast University,2009
[47]李祖仲,陈拴发,张登良,陈华鑫,华敏.应力吸收层材料拉伸与拉压疲劳试验[J].公路,2007
[48]William G Buttlar.Relationships Between Aspalt Binder And Mixture Stiffnesses at low Temperatures for The Control of Thermal Cracking Pavement Performance. The Pennsylvania State University,1996.5
[49]廖卫东.基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构研究[J].湖北公路交通科技2006
[50]中华人民共和国行业标准.公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ 052-2000)[S].北京：人民交通出版社.2000
[51]周燕.应力吸收层结合料性能及其关键评价指标研究[D].长安大学博士论文.2010
[52]周燕,陈拴发,刘丹,张凯.SAMPAVE沥青混合料级配设计研究[J].郑州大学学报,2010
[53]公路工程集料规程[S].2005
[54]周燕,陈拴发,陈华鑫,张凯.SAMPAVE混合料压实特性研究[J].武汉理工大学学报,2010
[55]袁迎捷Superpave沥青混合料设计方法与压实原理研究[D].长安大学硕士论文,2001
[56]李祖仲.应力吸收层沥青混合料路用性能研究[D].长安大学硕士论文.2005
[57]汪荣鑫.数理统计[M].西安交通大学出版社,1986
[58]公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004[S].北京：中华人民共和国交通部发布
[59]刑明亮,李祖仲,陈拴发等.应力吸收层沥青混合料的低温抗裂性能[J].河北工业大学学报,2009
[60]丁烈梅,郭超祥.Sampave应力吸收层在旧水泥混凝土路面改造工程中的应用[J].公路交通科技,2010
[2]胡长顺,王秉纲,复合式路面设计理论与施工技术[M].北京：人民交通出版社,1999
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