沥青路面面层剪应力分析及层间抗剪切性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jzhiei
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近些年来,随着国家的大力支持,我国沥青路面建设里程迎来迅猛增长。然而,不少沥青路面结构往往在未出现裂缝、松散或其他破坏之前,就因其层间粘结性能下降而难以达到要求,导致路面层间破坏现象的发生不断增多。层间粘结性能的优劣对沥青路面的使用寿命有着十分显著的影响,尤其是在沥青路面长大纵坡路段、小半径曲线路段及车辆加速及制动区域等位置,沥青路面结构层中产生的水平应力较为明显,当车辆荷载重复作用超过一定次数以后,就会使得沥青路面出现层间剪切疲劳破坏。因此,针对沥青路面抗剪切疲劳的研究十分必要。本文基于弹性层状体理论,对沥青路面结构内的应力进行了计算分析,并利用BISAR软件对2种典型路面结构进行模拟,研究了沥青路面结构内的剪应力分布规律。分析结果表明,路面结构内剪应力大多集中于面层,且层间界面附近更为明显。其次,选择了3种路面结构(AC-16+AC-20、AC-13+AC-20和SMA-13+AC-20)和3种粘层材料(SK90号沥青、乳化沥青、SBS改性沥青)的试件为研究对象,分别进行了层间剪切试验和剪切疲劳试验。一方面,研究了不同路面结构、粘层材料类型与用量、温度及冻融循环次数对试件层间抗剪强度的影响;另一方面,研究了不同应力水平、加载频率、温度及冻融循环次数对试件层间剪切疲劳寿命的影响。抗剪强度试验结果表明:无论是SK90号沥青、乳化沥青,还是SBS改性沥青粘层油,随着铺洒量的增加,试验试件层间抗剪强度均出现先增大后减小的变化趋势,且SK90号沥青、乳化沥青、SBS改性沥青等三种粘层材料最佳铺洒量分别为0.6kg/m2、0.8kg/m2和1.2kg/m2;粘层材料相同时,层间抗剪强度从大到小依次为SMA-13+AC-20、AC-16+AC-20、AC-13+AC-20;随着温度的升高,不同类型试件的层间抗剪切强度都不断减小,基本呈二次多项式变化趋势;随着冻融循环次数的增加,不同粘层试件的层间抗剪切强度都不断减小,减小速率由大到小依次为SK90号沥青、乳化沥青作、SBS改性沥青。剪切疲劳试验结果表明:相同条件下,试件剪切疲劳寿命随着应力比的增大而减小,在双对数坐标上近似呈线性变化关系;试件层间剪切疲劳破坏寿命与加载频率近似呈线性关系,加载频率越大,试件的层间剪切疲劳破坏寿命越长;随着温度的升高,试件的剪切疲劳寿命均不断下降,且与温度具有较好的幂指数关系;试件的剪切疲劳寿命均随冻融循环次数的增加而逐渐减小,且SBS改性沥青作为粘层材料,其在冻融条件下的稳定性要优于乳化沥青,乳化沥青优于SK90号沥青。
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