半剛性基層凍融損傷及其抗凍性能研究.pdf

1、為了適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，我國(guó)通過(guò)“七五”期間大量研究，成功地提出了半剛性基層的結(jié)構(gòu)形式并且在全國(guó)廣泛使用，如今半剛性基層瀝青路面已經(jīng)成為我國(guó)高等級(jí)公路瀝青路面的主要結(jié)構(gòu)類型。半剛性基層具有板體性好，承載力高，便于就地取材，造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，這為實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)基薄面”的瀝青路面結(jié)構(gòu)提供了可靠保證，半剛性基層的推廣應(yīng)用也為我國(guó)公路建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了巨大作用。
　　半剛性基層雖然解決了瀝青路面強(qiáng)度不足的問(wèn)題，但也存在裂縫較多、抗沖刷能力與

2、冰凍穩(wěn)定性不足、凍融后強(qiáng)度衰減大等缺點(diǎn)。尤其是在季節(jié)性冰凍地區(qū)，由于結(jié)構(gòu)層的積水導(dǎo)致半剛性基層材料產(chǎn)生凍融損傷，嚴(yán)重時(shí)造成凍脹與翻漿破現(xiàn)象，這類瀝青路面的損壞近年來(lái)表現(xiàn)的越來(lái)越嚴(yán)重。因此在季節(jié)性冰凍地區(qū)半剛性基層除了要滿足路用性能要求外，還要保證有良好的抗凍性能，以使其能更好地適應(yīng)季節(jié)性冰凍地區(qū)冰凍特點(diǎn)，有效地延長(zhǎng)路面使用壽命。本文就是要通過(guò)半剛性基層的抗凍耐久性研究，提出半剛性基層的抗凍耐久性控制指標(biāo)。
　　首先，本文分析了凍融

3、循環(huán)作用下半剛性基層凍害產(chǎn)生的條件，系統(tǒng)研究了國(guó)內(nèi)外混凝土材料常用的抗凍性試驗(yàn)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)的有效性，為建立半剛性基層材料的抗凍性評(píng)價(jià)方法奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)根據(jù)半剛性基層的凍融特點(diǎn)，本文首次采用損傷力學(xué)原理分析了半剛性基層的凍融破壞機(jī)理，將凍融破壞看成是在凍融循環(huán)作用下，由于靜水壓力和滲透壓力重復(fù)作用于混合料內(nèi)部而產(chǎn)生損傷累積的結(jié)果。半剛性基層凍融破壞不僅與凍融循環(huán)次數(shù)有關(guān)，還與凍結(jié)溫度有關(guān)，類似于疲勞破壞。凍融循環(huán)后混合料內(nèi)部產(chǎn)生損傷，

4、從宏觀物理性能上來(lái)看，主要表現(xiàn)為回彈模量的下降，表面剝落造成質(zhì)量損失；從力學(xué)性能上來(lái)看，主要表現(xiàn)為抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能指標(biāo)的降低；從微觀和細(xì)觀來(lái)看，表現(xiàn)為微細(xì)裂縫的擴(kuò)展，凝膠體從密實(shí)向松散發(fā)展的過(guò)程。
　　其次，本文根據(jù)損傷力學(xué)的基本理論，采用抗壓強(qiáng)度為凍融損傷的評(píng)價(jià)變量，建立了凍融損傷的力學(xué)本構(gòu)關(guān)系。同時(shí)在理論分析的基礎(chǔ)上建立了半剛性基層凍融損傷可靠度分析模型，認(rèn)為半剛性基層遭受凍融循環(huán)作用的正負(fù)峰值溫度差是隨

5、機(jī)變化的，把半剛性基層凍融損傷近似看作不同正負(fù)峰值溫度差順序作用損傷累積的結(jié)果，利用損傷等效原理，推導(dǎo)了計(jì)算半剛性基層凍融損傷失效概率計(jì)算公式，并建立了基于三參數(shù) Weibull分布的可靠度分析模型。
　　再次，本文以二灰穩(wěn)定碎石和水泥穩(wěn)定砂礫這兩種強(qiáng)度較高、應(yīng)用較為成熟的半剛性基層材料為研究對(duì)象，提出了骨架密實(shí)型混合料的體積設(shè)計(jì)法。在此基礎(chǔ)上通過(guò)試驗(yàn)研究分析了半剛性基層強(qiáng)度的影響因素。主要包括混合料組成、施工延遲時(shí)間、壓實(shí)成型方

6、法。研究結(jié)果表明骨架密實(shí)型半剛性基層混合料既具有較好的強(qiáng)度，又具有較好的冰凍耐久性；振動(dòng)成型工藝與擊實(shí)成型工藝相比具有更好的壓實(shí)特性，振動(dòng)成型方法的混合料具有更高的早期強(qiáng)度和抗凍性能；并且半剛性基層材料存在最佳的施工延遲時(shí)間，對(duì)于石灰粉煤灰穩(wěn)定類材料宜在24小時(shí)內(nèi)成型，水泥穩(wěn)定類材料應(yīng)在3～4小時(shí)類成型。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)不同級(jí)配二灰碎石和水泥穩(wěn)定砂礫的7d、28d強(qiáng)度試驗(yàn)和抗凍性能試驗(yàn)，分析了不同級(jí)配的兩種混合料在凍融循環(huán)作用下的強(qiáng)度損

7、傷規(guī)律，及其質(zhì)量損失和吸水率物理量的變化情況，提出了凍融損傷的評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)。
　　最后，考慮到半剛性基層材料的凍融損傷，除了降低材料的耐久性以外，它作為瀝青路面結(jié)構(gòu)的主要承重層，必將導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)功能失效。本文重點(diǎn)分析了基層材料的凍融損傷與瀝青路面結(jié)構(gòu)損傷的關(guān)系，并以此作為確定材料損傷控制標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。并以上述研究成果為基礎(chǔ)，在保證最大密實(shí)度、最小空隙率以及合理強(qiáng)度和剛度的前提下，提出了抗凍型半剛性基層材料的級(jí)配設(shè)計(jì)要求與原則