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原文传递 HDPe-橡胶粉改性沥青混合料应力吸收层防治反射裂缝研究

论文题名：	HDPe-橡胶粉改性沥青混合料应力吸收层防治反射裂缝研究
关键词：	半刚性沥青路面;改性沥青混合料;高密度聚乙烯;橡胶粉;疲劳寿命;反射裂缝;结构设计
摘要：	半刚性基层沥青路面能够较好地利用当地筑路材料，并具有强度高、稳定性和造价低等优点，目前已经成为我国高等级公路路面结构的主要形式。但是由于车辆荷载和环境因素的作用，路面结构设计不合理以及施工质量差等客观原因，新建的半刚性基层沥青路面在运营容易出现早期裂缝病害。半刚性基层沥青路面反射裂缝的产生会除直接影响车辆行驶和舒适性外，降水还会沿着裂缝下渗，加剧路基路面损坏。目前，对于半刚性基层沥青路面反射裂缝病害的研究主要是反射裂缝的处理上，而对沥青路面反射裂缝病害的破坏机理和预防措施的研究则相对薄弱。为了有效控制寒冷地区沥青路面反射裂缝的产生和发展，提高寒冷地区沥青路面使用寿命，论文开展了半刚性基层沥青路面反射裂缝状况调查，反射裂缝损坏模式分析，以及新材料与合理结构组合的研究。　　本文从工程应用的实际出发，对黑龙江省具有代表性的半刚性基层沥青路面病害情况进行详细的调查，统计分析了半刚性基层沥青路面的病害情况，得出反射裂缝是黑龙江省半刚性基层沥青路面早期破坏的主要形式之一。　　采用高密度聚乙烯(High Density Polyethylene)和橡胶粉对基质沥青进行改性，利用正交试验法与灰色关联法和综合加权法对影响HDPE-橡胶粉改性沥青的因素进行了分析，提出了制备HDPE-橡胶粉改性沥青的合理工艺，经过与其他改性沥青性能指标的对比，证明了HDPE-橡胶粉改性沥青综合性能较好;结合黑龙江气候条件和公路工程实际，利用Marshall法确定了HDPE-橡胶粉改性沥青应力吸收层混合料组成。　　对应力吸收层混合料进行了控制应变的三分点加载弯曲疲劳试验，分析了不同掺配比的HDPE-橡胶粉改性沥青性能对应力吸收层混合料疲劳寿命的影响;采用组合梁结构抗疲劳试验对HDPE-橡胶粉改性沥青应力吸收层的抗反射裂缝能力进行了研究。结果表明:HDPE-橡胶粉改性沥青的性质对应力吸收层沥青混合料疲劳性能具有显著的影响，掺量配比Ⅱ(5％的HDPE+10％的橡胶粉)的改性沥青混合料的抗疲劳能力最佳;在弯拉型和剪切型疲劳荷载作用下，设置HDPE-橡胶粉改性沥青混合料应力吸收层能有效地延缓沥青路面反射裂缝的产生。　　在室内进行了温度收缩试验，研究了HDPE-橡胶粉改性沥青应力吸收层混合料、面层AC-16中粒式沥青混凝土、基层6％水泥稳定砂砾三种材料的收缩特性，及由面层AC-16中粒式沥青混凝土和基层6％水泥稳定砂砾组合的双层结构，由面层、应力吸收层和基层三种材料组合而成的三层结构在温度变化时各层以及层间的应变值变化规律。结果表明:三种材料的收缩系数大小为HDPE-橡胶粉改性沥青应力吸收层＞AC-16中粒式沥青混凝土＞6％水泥稳定砂砾;温度收缩系数在高温区和低温区具有一定的差异，其中HDPE-橡胶粉改性沥青应力吸收层敏感，随着温度的降低，温度收缩系数减少也快，说明HDPE-橡胶粉改性沥青应力吸收层适合在寒冷地区应用;不同温度区间的温度与线膨胀系数具有良好的线性相关性，通过回归得到三种材料-30℃～30℃区间的温度与线膨胀系数的数学关系式;组合结构的温度收缩行为受到材料的线膨胀系数、模量、尺寸、层间阻力大小的因素影响，双层或三层结构两端自由状态时，由于6％水泥稳定砂砾收缩很小，限制了其上AC-16中粒式沥青面层以及加铺应力吸收层后的双层沥青铺装层，产生了温度拉应力，该应力大小与层间结合程度有关;加入HDPE-橡胶粉改性沥青应力吸收层后，由于约束拉应力转移到应力吸收层，AC-16中粒式沥青路面温度拉应力水平下降了40％左右，应力吸收层抗拉性能和变形恢复能力强，可以抵抗该拉应力而不破坏，从而能有效防治反射裂缝的产生和发展。　　对设置HDPE-橡胶粉改性沥青混合料应力吸收层的半刚性沥青路面结构进行了荷载作用、温度作用以及荷载与温度耦合作用下的有限元分析，结果表明:在半刚性基层与沥青面层之间设置适当厚度的HDPE-橡胶粉改性沥青混合料应力吸收层后沥青路面结构的荷载应力与温度应力均有较大幅度的降低。结合黑龙江省工程实际，铺筑了半刚性基层上加铺HDPE-橡胶粉改性沥青混合料应力吸收层的试验路，提出了工厂化生产HDPE-橡胶粉改性沥青混合料的技术要点和HDPE-橡胶粉改性沥青混合料应力吸收层结构设计方案及施工技术要求;试验路铺筑运营2年后进行了质量回访调查，进一步证明了设置HDPE-橡胶粉改性沥青混合料应力吸收层对控制减缓反放射裂缝具有显著效果。研究成果丰富了应力吸收层防治沥青路面反射裂缝的材料种类，在寒冷地区具有良好的推广应用前景。
作者：	洪海
专业：	林区交通工程
导师：	程培峰
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北林业大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文