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原文传递超薄白色罩面(UTW)材料与结构研究

论文题名：	超薄白色罩面(UTW)材料与结构研究
关键词：	超薄罩面材料;纤维混凝土;配合比设计;弯拉强度;移动荷载;有限元法
摘要：	截至2011年底，全国公路总里程达到410.64万公里，其中沥青混凝土路面59.13万公里。随着沥青路面使用，沥青路面的表层将会出现不同程度的病害，比如车辙、拥包、老化，这就需要对路面的表层进行一定的修缮和维护。一些发达国家的工程经验表明，采用超薄纤维混凝土罩面(Ultra-Thin Whitetopping，简称UTW)可以较为显著的解决车辙问题。本文就超薄纤维混凝土罩面材料和结构方面进行研究。　　为研究UTW的材料组成、受力特征、抗裂性能、结构尺寸等系列问题，本文利用数学模型从钢纤维混凝土的配合比数据中获得钢纤维混凝土配合比计算公式;用弯曲韧性的试验获得纤维混凝土受力时的变形特征;采用改进的诱导开裂平板试验法，考察了纤维混凝土的抗裂性能;编制移动荷载子程序，模拟UTW在车辆荷载作用下的受力情况，计算出出合理的板块厚度与尺寸。本文取得了以下研究成果: 　　将纤维混凝土（Fiber Reinforced Concrete，简称FRC）作为UTW的材料，从组成纤维混凝土原材料的角度入手，对纤维混凝土所用原材料纤维、粗、细集料、水泥、粉煤灰和减水剂进行测试。根据已有的92组钢纤维混凝土数据（包括自己的16组）利用多元回归模型，统计出了钢纤维混凝土配合比设计公式。　　对于选定的混凝土配合比，纤维的掺量与纤维的品种存在最佳组合，铣削型钢纤维与仿钢丝聚丙烯腈纤维的组合最好，哑铃型钢纤维混凝土的韧度随着纤维掺量的增加而增大。铣削型钢纤维对弯拉强度贡献最大，其他的依次为哑铃型钢纤维、玄武岩纤维、仿钢丝聚丙烯腈纤维。韧度的指标需要用曲线的形状和曲线的面积来综合的进行描述。纤维混凝土的韧度指数随着纤维根数和纤维体积率的增加而增加，呈2次多项式关系。弯拉强度与韧度指数I20和I30的关系曲线呈抛物线关系。仿钢丝聚丙烯腈纤维要比玄武岩纤维对纤维混凝土的疲劳次数贡献大，其后为仿钢丝聚丙烯腈纤维与玄武岩纤维的混杂纤维。纤维混凝土韧度指数I20同疲劳次数N呈线性关系。聚丙烯粗纤维混凝土疲劳次数N和纤维体积率ρf呈线性关系。　　 UTW采用诱导开裂的平板试验法评价纤维混凝土的早期抗裂性能。纤维的掺入使得纤维混凝土的抗裂性能显著提高。聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维混凝土的总开裂面积随着的纤维掺量的增加而减少。聚丙烯腈纤维混凝土不开裂的最小纤维体积率为0.6％，玄武岩纤维混凝土不开裂的最小纤维体积率为0.1％。玄武岩纤维的抗裂效果要明显好于聚丙烯腈纤维。　　通过编制移动荷载子程序，分析了不同厚度、不同板块尺寸的UTW加铺结构的受力特性。结合《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）进行动载与静载应力极限状态的验算。计算出钢纤维混凝土设计弯拉强度6.0MPa时的建议板块尺寸1.8m2及厚度8cm。
作者：	刘贺
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	付智
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文