纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究
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摘要
近年来,浙江省公路交通建设取得了巨大成就,但是在现代交通和气候的综合作用下,许多路面结构出现了早期破坏,严重影响了路面的行驶质量。因此,浙江省提出了“建设是发展、养护管理也是发展”的理念,必须对这些旧沥青路面采取及时、有效的预防性养护措施。纤维沥青碎石封层就是浙江省公路局为了适应浙江公路养护的新形势,率先从法国引入的公路预防性养护新技术。针对浙江现代交通及材料供应状况,开展适合于浙江乃至全国的纤维沥青碎石封层设计施工关键技术研究,对于提高和扩展我国沥青路面预防性养护技术水平,具有重要的理论及现实意义。
本文首先总结分析了现有各种预防性养护技术的特点及使用条件,并就纤维沥青碎石封层技术优势及特点进行了阐述。根据浙江交通及气候环境条件,确定了浙江预防性养护路面的路用性能要求；为了探寻纤维沥青碎石封层的使用条件,建立了有限元模型,计算分析了纤维沥青碎石封层对旧沥青路面强度及破损状况的适用性,进而系统分析了纤维沥青碎石封层使用性能的影响因素。为了揭示纤维沥青碎石封层的抗裂机理,利用计算机图像处理技术,对纤维沥青碎石封层试件进行图像采集及处理,并应用有限元软件计算了纤维沥青碎石封层的断裂韧度。基于断裂力学和有限元原理,计算分析了纤维沥青碎石封层路面结构在不同条件下的应力强度因子。通过计算最不利组合条件下的应力强度因子,与纤维沥青碎石自身的断裂韧度进行比较,验证了纤维沥青碎石封层优异的阻裂效应。最后,借鉴现有的沥青路面罩面衰变模型,通过对材料影响系数的修正,预估了纤维沥青碎石封层路面的使用寿命,突显了其优越性。
In recent years, Zhejiang Highway construction has made great achievements, but under the comprehensive effect of modern traffic and climate, many pavement structure occurs early damage, seriously affecting the quality of road travel. Therefore, Zhejiang Province put forward the ideas that construction is development, maintenance management also is development. It means that the old asphalt pavement must take timely and effective preventive conservation measures. In order to adapt to new situations, highway bureau of Zhejiang province firstly introduce the fiber asphalt chip seal from France which is a new technology of preventive maintenance. Against Modern transportation in Zhejiang province and materials supply, carry out research design and key technologies for fiber asphalt chip seal suited to Zhejiang and even the whole country. It has important theoretical and practical significance to improve and expand our Asphalt Pavement Preventive Maintenance level.
This paper summarizes and analyzes features and using conditions of a variety of preventive maintenance of existing technology, describe the advantages and characteristics of fiber asphalt chip seal. According to traffic and climate conditions in Zhejiang, determine the road performance requirements for preventive maintenance road; to explore the using conditions of fiber asphalt chip, establish a finite element model, analysis the adaptability of fiber asphalt chip seal for the old asphalt pavement strength and damaged condition, and then systematically analysis impact factor on fiber asphalt chip seal using performance. In order to reveal the cracking mechanism of fiber asphalt chip seal, using computer image processing technology, collect image and process with specimen, and application of finite element software to calculate fracture toughness of fiber asphalt chip seal. Based on fracture mechanics and finite element theory, calculation and analysis stress intensity factor of fiber asphalt chip seal under different conditions. Calculated the stress intensity factor, under the most unfavorable combination condition, and the excellent crack resistance effect of fiber asphalt chip is verified by comparing with the fracture toughness itself. Finally, draw the existing asphalt pavement decay model, through amending the material influence coefficient, predict fiber asphalt chip seal pavement life, highlights its advantages.
本文首先总结分析了现有各种预防性养护技术的特点及使用条件,并就纤维沥青碎石封层技术优势及特点进行了阐述。根据浙江交通及气候环境条件,确定了浙江预防性养护路面的路用性能要求；为了探寻纤维沥青碎石封层的使用条件,建立了有限元模型,计算分析了纤维沥青碎石封层对旧沥青路面强度及破损状况的适用性,进而系统分析了纤维沥青碎石封层使用性能的影响因素。为了揭示纤维沥青碎石封层的抗裂机理,利用计算机图像处理技术,对纤维沥青碎石封层试件进行图像采集及处理,并应用有限元软件计算了纤维沥青碎石封层的断裂韧度。基于断裂力学和有限元原理,计算分析了纤维沥青碎石封层路面结构在不同条件下的应力强度因子。通过计算最不利组合条件下的应力强度因子,与纤维沥青碎石自身的断裂韧度进行比较,验证了纤维沥青碎石封层优异的阻裂效应。最后,借鉴现有的沥青路面罩面衰变模型,通过对材料影响系数的修正,预估了纤维沥青碎石封层路面的使用寿命,突显了其优越性。
In recent years, Zhejiang Highway construction has made great achievements, but under the comprehensive effect of modern traffic and climate, many pavement structure occurs early damage, seriously affecting the quality of road travel. Therefore, Zhejiang Province put forward the ideas that construction is development, maintenance management also is development. It means that the old asphalt pavement must take timely and effective preventive conservation measures. In order to adapt to new situations, highway bureau of Zhejiang province firstly introduce the fiber asphalt chip seal from France which is a new technology of preventive maintenance. Against Modern transportation in Zhejiang province and materials supply, carry out research design and key technologies for fiber asphalt chip seal suited to Zhejiang and even the whole country. It has important theoretical and practical significance to improve and expand our Asphalt Pavement Preventive Maintenance level.
This paper summarizes and analyzes features and using conditions of a variety of preventive maintenance of existing technology, describe the advantages and characteristics of fiber asphalt chip seal. According to traffic and climate conditions in Zhejiang, determine the road performance requirements for preventive maintenance road; to explore the using conditions of fiber asphalt chip, establish a finite element model, analysis the adaptability of fiber asphalt chip seal for the old asphalt pavement strength and damaged condition, and then systematically analysis impact factor on fiber asphalt chip seal using performance. In order to reveal the cracking mechanism of fiber asphalt chip seal, using computer image processing technology, collect image and process with specimen, and application of finite element software to calculate fracture toughness of fiber asphalt chip seal. Based on fracture mechanics and finite element theory, calculation and analysis stress intensity factor of fiber asphalt chip seal under different conditions. Calculated the stress intensity factor, under the most unfavorable combination condition, and the excellent crack resistance effect of fiber asphalt chip is verified by comparing with the fracture toughness itself. Finally, draw the existing asphalt pavement decay model, through amending the material influence coefficient, predict fiber asphalt chip seal pavement life, highlights its advantages.
引文
[1]浙江省公路局养护处、长安大学.纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究研究冈.西安：长安大学,2010
[2]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象与预防北京：人民交通出版社,2001
[3]常魁和、高群.公路沥青路面养护技术[M].北京：人民交通出版社,2001
[4]王建国.法国纤维封层技术与应用[J].世界交通,2008.11期
[5]张宗辉.纤维封层技术及在公路养护中的应用[J].工程机械与维修,2008.01
[6]徐培华.高等级公路路基路面养护技术口[M].北京：人民交通出版社,2003
[7]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面设计规范[S].JTG D50-2006
[8]虎增福.乳化沥青及稀浆封层技术[M].北京：人民交通出版社,2001
[9]杨奇竹.乳化SBS改性沥青及其微表处技术研究[D].广州：广州大学,2007
[10]Intermational Slurry Surfacing Association(ISSA),Inspectors Manual,2001.
[11]蒋志军.雾封层技术在沥青路面预养护中应用研究[D].重庆：重庆交通大学,2008
[12]宿秀丽.同步碎石封层技术的研究[D].西安：长安大学,2008
[13]Douglas D.Gransberg, RE, llker Karaea, Sanjaya Senadheera.Calculating roller requirements for chip seal projects.Journal of Constrcuction Engineering and Management (ASCE),2004,130(3):378 - 384.
[14]Douglas D.Gransberg, Musharraf Zaman.Analysis of emulsion and hot asphalt cement chip seal performance.Journal of Transportation Engineering (ASCE),2005 131(3):229-238.
[15]张宗辉.公路建设养护新技术——纤维封层[J].石油沥青,2008.06
[16]Samuel Labi,Kumares C.Sinha.Effectiveness of highway pavement seal coating treatments. Journal of Transportation Engineering (ASCE),2004,130(1):14-23.
[17]张兰.纤维封层于中国首次施工[J].筑路机械与施工机械化,2007.9期
[18]赵艳新、张利.改性乳化沥青纤维封层在路面面层施工中的应用[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2007.09
[19]褚晨枫.高速公路改扩建旧路检测与评价[D].长沙：长沙理工大学,2008
[20]涂周杰.表面裂纹疲劳扩展和应力强度因子研究[D].武汉：华中科技大学,2006
[21]Haddad M H,Green F L.Fatigue strength prediction of notches based on fracture mechanics.Fatigue thresholds,EMAS,London,1992
[22]马正军.基于表面裂缝的力气路面疲劳断裂分析[D].长沙：湖南大学,2005
[23]郭贵平.高等级公路养护技术与养护机械[M].北京：人民交通出版社,2001
[24]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面养护技术规范[S].JTJ 073-2001
[25]何超云.沥青路面预防性养护决策研究[D].长沙：长沙理工大学,2009
[26]崔洪川.珲乌一级公路路况检测评价与路面补强设计方法研究[D].长春：吉林大学,2008
[27]李曦.碎石封层性能影响因素试验研究[D].长沙：长沙理工大学,2009
[28]徐鹏.基于水稳性能的复合改性沥青混合料路用性能研究[D].西安,长安大学,2009
[29]胡斌.水对沥青混合料路用性能的影响[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2005
[30]熊锐.农村公路乳化沥青混合料路用性能试验研究[D].重庆：重庆交通大学,2009
[31]愈增煌.半柔性沥青混合料路面结构及路用性能研究[D].长沙：湖南大学,2007
[32]岳红波.混杂纤维改性沥青混合料性能研究[D].武汉：武汉理工大学,2008
[33]付极.玻璃纤维对沥青混凝土界面和路用性能的影响研究[D].长春：吉林大学,2008
[34]解必德、傅香如.沥青与集料粘附性的影响因素与评价方法[J].青海交通科技,2006
[35]周泽洪.同步碎石下封层应用技术研究[D].西安,长安大学,2009
[36]范天佑.断裂理论基础[M].北京：科学出版社,2002
[37]Cox HL.A General introduction to fracture mechanics.Mechanical Engineering Publication Limited,London,1999.
[38]李洪升,周承芳.工程断裂力学[M].大连：大连理工出版社,1990.
[39]Nikita F,Morozov.The Simulation in the Fracture Mechanics.宁波大学学报(理工版), 2000
[40]MATLAB6.5辅助图像处理[M].北京：电子工业出版社,2003
[41]Kenneth Gastleman.数字图像处理[M].北京：电子电子工业出版社,1998
[42]杨新华,王习武等.用图像处理技术实现沥青混合料有限元建模[J].中南公路工程,2005年9月
[43]尹双增.断裂、损伤理论及应用[M].北京：清华大学出版社,1992
[44]高国华.半刚性基层与沥青面层层间界面力学特性研究[D].重庆：重庆交通大学,2008
[45]程亮.基于线弹性断裂力学的沥青路面结构分析[D].西安：长安大学,2009
[46]戴震.沥青路面结构受力机理分析[D].南京：东南大学,2004
[47]龙光.行车荷载作用下沥青路面表面裂缝的扩展以及疲劳寿命的研究[D].长沙：湖南大学,2008
[48]李文秀.沥青路面罩面的疲劳裂缝扩展寿命研究[J].山西交通科技,2008.6期
[49]张起森.道路工程有限元分析法[M].北京：人民交通出版社,1983
[50]虞文锦.半刚性基层沥青路面的裂缝成因分析及处理研究[D].西安：长安大学,2006
[51]徐东伟.沥青路面加铺层力学分析及疲劳寿命预估[D].西安：长安大学,2005
[52]重庆交通大学.柔性纤维混凝土在路面中的应用研究,2007
[53]孙立军等.沥青路面结构行为理论口[M].北京：人民交通出版社,2005
[54]李雪梅.玻璃纤维／环氧复合材料界面性能研究[D].武汉：武汉理工大学,2004
[55]傅吉民.SAC纤维沥青混凝土路用性能研究[D].济南：山东大学,2007
[56]刘立新.沥青混合料粘弹性力学及材料学原理[M].北京：人民交通出版社,2006
[57]任奕、谈至明、柳正华.沥青混凝土路面预防性养护效益计算及参数[J].公路,2006
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