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原文传递贵州高海拔地区沥青路面结构与材料适应性研究

论文题名：	贵州高海拔地区沥青路面结构与材料适应性研究
关键词：	沥青路面;高海拔地区;评价指标;材料适应性;级配类型
摘要：	云贵高原及其周边地区为主的高海拔地区，地处于我国西南部，具有冬季气温低、日温差大、年温差小、日照长、辐射强、干湿季分明、多大风等气候特点。该区域的沥青路面常出现过早老化、开裂等病害。由于高海拔地区半刚性沥青路面反射开裂现象的普遍性与严重性，该路面类型在高海拔地区的适用性已经受到人们的质疑。　　针对贵州高海拔地区高速公路的恶劣气候条件、交通荷载特点和使用要求，从路面结构和路面材料两方面系统开展高海拔地区沥青路面行为特性与设计方法研究，以期从理论上和应用上提出合理的高海拔地区沥青路面结构与材料设计方法，以弥补现行设计规范在高海拔地区应用中的不足。　　首先介绍了高海拔地区常规沥青混合料室内试验评价，以及性能优良、适用于高海拔地区的纳米改性沥青及纤维沥青混合料性能的试验研究。结果表明：AC-13偏近中值并增加沥青含量较为适合高寒地区环境，条件允许时可以进一步增加油石比，以满足更高的水稳定性，低温抗裂性和抗疲劳性的标准；采用更高标号的沥青可以显著改善沥青混合料的低温抗裂性，沥青面层厚度对开裂的影响不如路基和沥青材料的影响显著；掺入纤维后，混合料的性能有大幅度提升，其中聚酯纤维和福塔纤维表现明显优于木质素纤维。　　为进一步探讨防水抗裂功能层这一新型沥青混合料的路用性能，采用A-70沥青和AC-5中值级配、AC-5下限级配（粗级配）以及AC-10中值级配，重点研究矿料级配对防水抗裂功能层的水稳定性、低温抗裂性等路用性能的影响，确定防水抗裂功能层适宜采用的级配类型。并通过汉堡车辙试验评价级配与油石比对混合料水稳定性能的影响。与 Strata应力吸收层相比，AC-10沥青混合料更适宜作为防水抗裂功能层。　　为了合理地检测各种路面材料的抗裂缝能力，提出一种新型的模拟反射裂缝发生机制的试验仪器（Overlay Tester试验），希望以此试验对各种材料的抗裂性及抗疲劳表现进行评价，并对现有的配合比设计方法提出改进。为兼顾沥青混合料的高温抗变形能力、水稳定性能和低温抗裂能力，提出直接依靠汉堡车辙试验和Overlay tester试验结果的沥青混合料配合比设计流程。　　提出了两种路面结构建议，即倒装复合基层结构和防水抗裂功能层结构，采用数值模拟方法对这两种路面结构力学行为进行了分析。结果表明：倒装复合式基层结构在荷载作用下，面层底面出现拉应力，且随着轴载的增大，面层底面的拉应力近似成线性递增；级配碎石层底面始终处于受压状态，基层底面拉应力明显小于传统的半刚性基层结构；设置防水抗裂功能层可以延缓裂缝的产生和发展有显著作用；防水抗裂功能层对车辙的贡献不大，路面不会因设置了防水抗裂层而产生比没有设置时更大的车辙。　　最后，为了使设计的路面结构更合理、更可靠，先采用我国现行的沥青路面设计规范对几种不同的沥青路面结构进行设计，然后采用预测轴载疲劳累计损伤方法（Miner法则）对上述路面结构进行验证。结果显示：厚沥青层的半刚性基层路面结构中各结构层具有较小的疲劳损伤因子，从疲劳寿命的角度考虑，这种结构形式是最优的。
作者：	陈尚江
专业：	道路与铁道工程
导师：	张肖宁
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文