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原文传递高海拔地区沥青路面裂缝扩展规律分析及处治技术研究

论文题名：	高海拔地区沥青路面裂缝扩展规律分析及处治技术研究
关键词：	沥青路面;裂缝扩展规律;灌缝工艺;高海拔地区
摘要：	随着公路建设逐渐向西部高海拔地区深入，高海拔地区恶劣的气候条件和逐年递增的交通量，使得沥青路面在长期运营过程中不可避免出现以裂缝为主的路面病害，及时对裂缝进行有效修补至关重要。而目前高海拔地区沥青路面常用裂缝修补材料普遍存在低温性能和施工性能欠佳、变形能力和粘结力相对不足等问题。本文首先结合高海拔地区日温差大、冬季极端气温低及紫外老化严重等特殊气候特征，应用有限元ABAQUS软件建模分析沥青路面裂缝的开裂扩展特性，提出该地区沥青路面裂缝修补材料应具备的技术指标；再通过正交试验制备一种新型溶剂型常温灌缝材料（简称CW-GHG），进而与常用热灌型材料RB及乳化型灌缝材料SRH进行性能对比；最后，从宏观与微观方面评价了溶剂型常温灌缝材料CW-GHG对裂缝壁的渗透性能，并对灌缝工艺进行了优化。本文的主要内容与结论如下：　　（1）高海拔地区沥青路面裂缝扩展规律分析。通过有限元软件ABAQUS建立含裂缝的沥青路面模型，探究了在温度应力与移动荷载耦合作用下高海拔地区沥青路面裂缝的开裂扩展特性。结果表明，温度应力与移动荷载耦合作用下，路面裂缝主要发生Ⅰ型张开扩展；面层裂缝受到较大温度应力，在升温-降温循环过程中会积累温度收缩应力，使得路面裂缝发生进一步开裂扩展；移动荷载对表面裂缝发生Ⅱ型剪切扩展的促进作用较大，车辆超载会加大此作用，且在路面温度较低时，裂缝更易发生剪切型扩展。结合温度荷载与移动荷载对裂缝开裂扩展的影响，对高海拔地区灌缝材料提出低温变形能力评价指标与关键强度评价指标：伸长率ε≥4.17%，拉拔强度σ≥0.396MPa，抗剪强度τ≥0.454MPa。　　（2）适用于高海拔地区的溶剂型常温灌缝材料CW-GHG制备。采用正交试验设计方法，通过测定CW-GHG固化之后的针入度、软化点、5℃延度与弹性恢复率等技术指标确定CW-GHG各组成材料掺量。各组成材料合理掺量分别为m（90#基质沥青）：m（SBS）：m(古马隆树脂)：m(二甲苯)=100：5：7：30。　　（3）CW-GHG的性能测试。以热灌缝材料RB与乳化型灌缝材料SRH为参比，通过对比试验测试分析了CW-GHG的路用性能，包括低温性能、变形能力、疲劳性能、与裂缝壁的粘结性能和抗剪性能等。结果表明，与常用热灌缝材料和乳化型常温灌缝材料相比，CW-GHG不仅具有更加突出的低温性能、变形能力与抗疲劳性能，而且与裂缝壁之间的粘结性能和抗剪性能更加优良，耐循环温差能力更强，适合高海拔地区沥青路面裂缝处治。三种灌缝材料中，唯有CW-GHG低温伸长率和循环温差后的拉拔强度、抗剪强度均满足数值模拟提出的评价指标，其值分别为：ε=12.7%，σ=0.544MPa，τ=0.664MPa。　　（4）施工工艺研究与优化。通过渗透试验、SEM试验及流动性试验对施工性能进行分析，试验表明CW-GHG具有优异的施工性能，且CW-GHG在裂缝壁上具有出色的浸润能力，能够与裂缝壁形成良好粘结；通过调整CW-GHG的液固比以保持各温度下的最佳灌缝施工性，优化CW-GHG的灌缝工艺。
作者：	晏超
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	陈辉强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022