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原文传递高等级公路半刚性基层材料的抗裂性能研究

论文题名：	高等级公路半刚性基层材料的抗裂性能研究
关键词：	高速公路;半刚性基层材料;聚丙烯纤维;抗裂性能;水泥稳定碎石
摘要：	本文在分析半刚性基层裂缝形成机理的基础上，提出了通过改善基层材料本身性能来提高半刚性基层抗裂性的措施，即在水泥稳定碎石中掺加聚丙烯纤维。通过大量试验，对聚丙烯纤维水泥稳定碎石的各种力学性能和抗裂性能进行了系统的研究，主要内容包括： (1) 推导了半刚性基层收缩应力的计算公式，对影响最大收缩应力的各种因素及半刚性基层收缩裂缝产生的规律进行了分析，提出了相应的路面裂缝防治措施。 (2) 通过聚丙烯纤维水泥稳定碎石击实试验，确定了每组配合比试件的最大干密度和最佳含水量；根据规范中圆柱体标准试件成型的原理，自行设计了一套钢制梁式试模以及试件脱模方法。试验表明，所设计的试模及试件成型、脱模方法能较好地保证试件的最大干密度。 (3) 在大量试验的基础上分析了试验龄期、纤维掺量、水泥掺量对聚丙烯纤维水泥稳定碎石抗压强度、劈裂抗拉强度、抗压回弹模量、抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量等的影响，并得出了相应的影响规律。结果表明：聚丙烯纤维的掺入对水泥稳定碎石的各种强度影响不大，但使回弹模量和抗弯拉弹性模量有显著的降低。 (4) 采用千分表机测法及应变片电测法分别对聚丙烯纤维水泥稳定碎石的干缩及温缩性能进行了测试。研究分析了试验龄期、纤维掺量、水泥掺量对聚丙烯纤维水泥稳定碎石平均干缩系数和温缩系数的影响。结果表明：聚丙烯纤维的掺入可以有效地减小水泥稳定碎石的干缩系数和温缩系数。 (5) 采用三点弯曲试验方法对水泥稳定碎石和聚丙烯纤维水泥稳定碎石的断裂性能进行了大量的试验研究，测得了试件的最大荷载、跨中挠度、预制裂缝嘴张开位移和裂缝尖端张开位移，并由此计算出了材料的断裂韧度和断裂能。试验结果表明：聚丙烯纤维的掺入对水泥稳定碎石的断裂韧度和断裂能均有提高，对水泥稳定碎石的临界裂缝嘴张开位移和临界裂缝尖端张开位移有略微的增大，但对极限裂缝嘴张开位移和极限裂缝尖端张开位移有明显的增大。聚丙烯纤维对水泥稳定碎石的裂后行为有很大改善，并且可以改善水泥稳定碎石的裂缝尖端位移场分布，能有效地增强水泥稳定碎石的断裂韧性。 (6) 采用灰色关联分析法对几种常用的抗裂性评价指标体系进行了对比分析，结果表明，评价半刚性基层材料抗裂性的最佳指标是干缩能抗裂系数和温缩能抗裂系数。通过试验，得出了聚丙烯纤维的掺入可以使水泥稳定碎石的干缩能抗裂系数和温缩能抗裂系数有明显的增大，显著地增强了其抗裂性。 (7) 运用纤维间距理论和乱向不连续纤维复合材料理论以及断裂力学的相关知识对聚丙烯纤维对水泥稳定碎石的增强抗裂机理进行了分析。得出影响聚丙烯纤维对水泥稳定碎石阻裂效应的因素主要有两个，即纤维与水泥稳定碎石基体之间的粘结力和水泥稳定碎石中纤维间距的大小。 (8) 在叶信高速公路铺筑了试验路段，并对试验路段进行了跟踪观测。由观测和取芯调查的结果可知，聚丙烯纤维对水泥稳定碎石基层的强度有一定的提高，使基层裂缝产生的数量减少、平均间距增大、裂缝率减小，显著地提高了基层抵抗收缩裂缝产生和发展的能力，从而有效地减少了沥青路面裂缝的产生。
作者：	张鹏
专业：	结构工程
导师：	黄承逵;李清富
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文