半剛性基層凍融損傷及其抗凍性能研究.pdf

1、為了適應國民經(jīng)濟發(fā)展的要求，我國通過“七五”期間大量研究，成功地提出了半剛性基層的結(jié)構(gòu)形式并且在全國廣泛使用，如今半剛性基層瀝青路面已經(jīng)成為我國高等級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，造價低廉等優(yōu)點，這為實現(xiàn)“強基薄面”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用也為我國公路建設與經(jīng)濟發(fā)展起到了巨大作用。
　　半剛性基層雖然解決了瀝青路面強度不足的問題，但也存在裂縫較多、抗沖刷能力與

2、冰凍穩(wěn)定性不足、凍融后強度衰減大等缺點。尤其是在季節(jié)性冰凍地區(qū)，由于結(jié)構(gòu)層的積水導致半剛性基層材料產(chǎn)生凍融損傷，嚴重時造成凍脹與翻漿破現(xiàn)象，這類瀝青路面的損壞近年來表現(xiàn)的越來越嚴重。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季節(jié)性冰凍地區(qū)冰凍特點，有效地延長路面使用壽命。本文就是要通過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。
　　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)研究了國內(nèi)外混凝土材料常用的抗凍性試驗方法與評價指標的有效性，為建立半剛性基層材料的抗凍性評價方法奠定了基礎(chǔ)。同時根據(jù)半剛性基層的凍融特點，本文首次采用損傷力學原理分析了半剛性基層的凍融破壞機理，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；從力學性能上來看，主要表現(xiàn)為抗壓強度、抗折強度、彈性模量等力學性能指標的降低；從微觀和細觀來看，表現(xiàn)為微細裂縫的擴展，凝膠體從密實向松散發(fā)展的過程。
　　其次，本文根據(jù)損傷力學的基本理論，采用抗壓強度為凍融損傷的評價變量，建立了凍融損傷的力學本構(gòu)關(guān)系。同時在理論分析的基礎(chǔ)上建立了半剛性基層凍融損傷可靠度分析模型，認為半剛性基層遭受凍融循環(huán)作用的正負峰值溫度差是隨

5、機變化的，把半剛性基層凍融損傷近似看作不同正負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，推導了計算半剛性基層凍融損傷失效概率計算公式，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)定砂礫這兩種強度較高、應用較為成熟的半剛性基層材料為研究對象，提出了骨架密實型混合料的體積設計法。在此基礎(chǔ)上通過試驗研究分析了半剛性基層強度的影響因素。主要包括混合料組成、施工延遲時間、壓實成型方

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

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價方法與指標。
　　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，必將導致路面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)功能失效。本文重點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準的依據(jù)。并以上述研究成果為基礎(chǔ)，在保證最大密實度、最小空隙率以及合理強度和剛度的前提下，提出了抗凍型半剛性基層材料的級配設計要求與原則