排水性沥青路面防裂材料及结构优化研究
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摘要
依据高速公路排水性沥青路面病害调查结果，针对由于半刚性基层收缩开裂造成雨水下渗、使路基发生不均匀沉陷形成横向裂缝的病害类型，对排水层的最佳空隙率、防裂级配、层间防裂技术、排水性沥青路面沥青层的适宜厚度、结构组合优化及半刚性基层的防裂性能进行了研究。
首先，根据排水性沥青混合料大空隙、整体上连续、石—石嵌挤且碎石之间有粘聚力的结构特点，提出了基于粘弹性粒状模型的正交试验配合比设计方法。建立了基于粘弹性粒状模型的路面荷载作用模型，根据粒状体剪切破坏机理，得出同一种石料的剪切模量计算公式，根据此计算公式易量化排水性沥青路面的抗剪性能；分析得出排水性沥青混合料最优化防裂级配范围，提出了排水性沥青混合料配合比设计中的关键控制环节——即控制2.36mm筛孔的通过率的前提下，重点控制9.5~16mm和4.75~9.5mm这两档料之间的配比，同时为提高其防裂性能，控制9.5mm筛孔的通过率为50%～70%。
其次，综合行车荷载、交通量、温度应力、半刚性基层裂缝对沥青层防裂厚度的影响数值分析结果得出，除排水层外沥青层适宜的防裂厚度为18～22cm。
最后，通过拟合paris公式中的材料常数C与n，推导出了沥青混合料中关于C与n的数值关系，通过将n的随机化，根据所推导的统计关系式，推算出C的概率分布形式，应用概率原理对沥青路面结构进行了裂缝疲劳寿命预测，分析其在指定可靠度的条件下的裂纹扩展疲劳可靠度。分析结果表明，不论n（n≠2）的取值如何，路面结构组合1(OGFC-13、AC-20、ATB-30、二灰碎石)的疲劳寿命均优于路面结构组合（3OGCF-13、AC-13、AC-25、二灰碎石），主要是由于路面结构组合1(OGFC-13、AC-20、ATB-30、二灰碎石)的沥青层较厚，且下面层采用的是沥青稳定碎石（ATB-30）柔性基层，其大粒径的碎石具有阻止和减缓半刚性基层反射裂缝的作用。
On the basis of disease surveied in the drainage asphalt pavement of airport expressway,aiming at the transverse crack disease caused by rainwater infiltration due to shrinkagecracking of semi-rigid base when uneven settlement was happened in subgrade, someresearches which includes optimal porosity and anti-cracking material gradation in thedrainage layer, anti-cracking technology of graded interlayer, drainage asphalt pavementasphalt layer, structural optimization and optimum thickness of asphalt layer crackperformance were worked.
Firstly, according to the structure characteristics of drainage asphalt mixture for largevoids, continuation as a whole, squeezing between stone and stone, and existing cohesionbetween gravels, mixture ratio design method of orthogonal test based on viscoelasticgranular model was provided. Based on the viscoelastic granular pavement load model andthe granular shear failure mechanism, it is concluded that the same kind of stone shearmodulus calculation formula which can be easy for the quantification of shear resistanceperformance of drainage asphalt pavement. the optimal range of anti-cracking gradation fordrainage asphalt mixture is obtained through optimization of shear resistance performance,the key control points in the drainage asphalt mixture ratio design is that controlling thesynthesis gradation key sieve2.36mm pass rate under the premise,9.5~16mm and4.75~9.5mm the proportion need to control focally, at the same time, in order to improve theanti-cracking performance, controlling9.5mm sieve through rates is range of50%to70%, isput forward.
Secondly, According to analyze the factors such as the traffic load, traffic volume,temperature stress, asphalt pavement fatigue cracking, the anti-cracking proper thickness ofasphalt pavement except for the drainage layer is confirmed.
Finally, through simulating constants C and N of formula of Paris material, andstatistical analysis for results, numerical relationship of C and N in the asphalt mixture isdeduced, and according to the derivation of the statistical relation with N randomization, theC probability distribution can be calculated, and make the crack fatigue life prediction forasphalt pavement structure based on principle of probability, which analyzes the crack propagation fatigue reliability under the conditions of specified reliability.Results show thatno matter what value n(n≠2) take, fatigue life of pavement structural combination1(OGFC-13;AC-20;ATB-30;Lime-Fly Ash Concrete) is superior to combination2（OGCF-13;AC-13;AC-25;Lime-Fly Ash Concrete), which is mainly due to the asphalt layerof combination1(OGFC-13;AC-20;ATB-30;Lime-Fly Ash Concrete) much thicker, andusing the asphalt stabilized macadam(ATB-30) with flexible base as the lower layer in whichgravel of large size can stop or slow down the reflection crack of semi-rigid base.
首先，根据排水性沥青混合料大空隙、整体上连续、石—石嵌挤且碎石之间有粘聚力的结构特点，提出了基于粘弹性粒状模型的正交试验配合比设计方法。建立了基于粘弹性粒状模型的路面荷载作用模型，根据粒状体剪切破坏机理，得出同一种石料的剪切模量计算公式，根据此计算公式易量化排水性沥青路面的抗剪性能；分析得出排水性沥青混合料最优化防裂级配范围，提出了排水性沥青混合料配合比设计中的关键控制环节——即控制2.36mm筛孔的通过率的前提下，重点控制9.5~16mm和4.75~9.5mm这两档料之间的配比，同时为提高其防裂性能，控制9.5mm筛孔的通过率为50%～70%。
其次，综合行车荷载、交通量、温度应力、半刚性基层裂缝对沥青层防裂厚度的影响数值分析结果得出，除排水层外沥青层适宜的防裂厚度为18～22cm。
最后，通过拟合paris公式中的材料常数C与n，推导出了沥青混合料中关于C与n的数值关系，通过将n的随机化，根据所推导的统计关系式，推算出C的概率分布形式，应用概率原理对沥青路面结构进行了裂缝疲劳寿命预测，分析其在指定可靠度的条件下的裂纹扩展疲劳可靠度。分析结果表明，不论n（n≠2）的取值如何，路面结构组合1(OGFC-13、AC-20、ATB-30、二灰碎石)的疲劳寿命均优于路面结构组合（3OGCF-13、AC-13、AC-25、二灰碎石），主要是由于路面结构组合1(OGFC-13、AC-20、ATB-30、二灰碎石)的沥青层较厚，且下面层采用的是沥青稳定碎石（ATB-30）柔性基层，其大粒径的碎石具有阻止和减缓半刚性基层反射裂缝的作用。
On the basis of disease surveied in the drainage asphalt pavement of airport expressway,aiming at the transverse crack disease caused by rainwater infiltration due to shrinkagecracking of semi-rigid base when uneven settlement was happened in subgrade, someresearches which includes optimal porosity and anti-cracking material gradation in thedrainage layer, anti-cracking technology of graded interlayer, drainage asphalt pavementasphalt layer, structural optimization and optimum thickness of asphalt layer crackperformance were worked.
Firstly, according to the structure characteristics of drainage asphalt mixture for largevoids, continuation as a whole, squeezing between stone and stone, and existing cohesionbetween gravels, mixture ratio design method of orthogonal test based on viscoelasticgranular model was provided. Based on the viscoelastic granular pavement load model andthe granular shear failure mechanism, it is concluded that the same kind of stone shearmodulus calculation formula which can be easy for the quantification of shear resistanceperformance of drainage asphalt pavement. the optimal range of anti-cracking gradation fordrainage asphalt mixture is obtained through optimization of shear resistance performance,the key control points in the drainage asphalt mixture ratio design is that controlling thesynthesis gradation key sieve2.36mm pass rate under the premise,9.5~16mm and4.75~9.5mm the proportion need to control focally, at the same time, in order to improve theanti-cracking performance, controlling9.5mm sieve through rates is range of50%to70%, isput forward.
Secondly, According to analyze the factors such as the traffic load, traffic volume,temperature stress, asphalt pavement fatigue cracking, the anti-cracking proper thickness ofasphalt pavement except for the drainage layer is confirmed.
Finally, through simulating constants C and N of formula of Paris material, andstatistical analysis for results, numerical relationship of C and N in the asphalt mixture isdeduced, and according to the derivation of the statistical relation with N randomization, theC probability distribution can be calculated, and make the crack fatigue life prediction forasphalt pavement structure based on principle of probability, which analyzes the crack propagation fatigue reliability under the conditions of specified reliability.Results show thatno matter what value n(n≠2) take, fatigue life of pavement structural combination1(OGFC-13;AC-20;ATB-30;Lime-Fly Ash Concrete) is superior to combination2（OGCF-13;AC-13;AC-25;Lime-Fly Ash Concrete), which is mainly due to the asphalt layerof combination1(OGFC-13;AC-20;ATB-30;Lime-Fly Ash Concrete) much thicker, andusing the asphalt stabilized macadam(ATB-30) with flexible base as the lower layer in whichgravel of large size can stop or slow down the reflection crack of semi-rigid base.
引文
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