复合路面刚柔结合界面力学性能失效机理研究

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水泥混凝土层加铺沥青混合料形成的复合路面在我国已广泛使用,不仅提高道路的承载能力,延长道路的使用寿命,更提高了道路的服务水平。目前对于复合路面的设计规程与施工规范并不成熟,在实际道路使用中仍会出现断裂、坑槽等病害问题,为寻找这些问题的来源,许多道路学者从复合路面粘结层、反射裂缝、层底应力与弯沉值等方向入手进行研究,对于复合路面刚柔结合面界面力学性能方向的研究同样具有重要意义与实用价值。本文通过室内试验和分析,对实际道路施工中易产生的影响、环境因素影响,以及路面结构自身因素影响下的复合路面界面力学性能变化和失效机理进行研究。
  本文采用水泥混凝土层+粘结层+沥青加铺层作为复合路面的典型结构,对刚性水泥混凝土层和柔性沥青加铺层分别进行配合比设计,并确定粘结层所需的主要材料,从而完成试验所需的复合路面典型结构设计。本文采用室内45°斜剪试验、三点弯曲试验和抗折试验,来进行不同影响因素对复合路面界面抗剪强度、界面抗弯拉强度和界面抗折强度的试验研究,分别研究粘结层不同沥青用量、沥青加铺层离析和老化、碾压强度、碾压次数、沥青加铺层厚度以及水等因素对界面力学性能的影响,从而得到不同因素导致界面力学性能的失效机理。
  通过室内三种不同力学性能试验,对与界面力学性能相关的不同影响因素进行研究分析,得到粘结层不同沥青用量和水的作用对界面力学性能的影响,并分析了粘结层对界面力学性能失效的影响研究;得到沥青加铺层发生不同程度的离析和老化并在水的作用下对界面力学性能的影响,分析了沥青加铺层对界面力学性能失效的影响研究;得到路面施工中的复合因素对界面力学性能的影响,分别对碾压强度、碾压次数和沥青加铺层厚度进行了单因素的影响研究,结果证明三种因素均对界面力学性能有一定的影响,进而对三种因素进行正交试验,得到三种因素复合作用下对界面力学性能的影响程度,且均为显著性影响因素,并分析了路面施工条件对界面力学性能失效的影响。
  综合不同研究因素对界面力学性能的影响分析,本文对复合路面界面力学性能失效机理进行了研究分析。粘结层的作用影响着复合路面水泥混凝土与沥青加铺层之间的粘结效果,沥青加铺层发生离析和老化改变了自身强度特性和路用性能,路面施工条件设计同样影响着沥青加铺层的强度特性和路用性能,且在水的作用下复合路面易发生水损害甚至降低粘结层的粘结作用。综上所述,当所有影响因素均使界面力学性能达到最差时,复合路面在车辆荷载反复作用下会发生粘结层滑移、水泥混凝土开裂、沥青加铺层开裂等现象,直至复合路面产生滑移破坏、板底脱空、坑洞坑槽等路面病害问题,使复合路面界面力学性能彻底失效,从而降低了复合路面的使用性能和服务水平,减小了复合路面的使用寿命。
  本文主要对道路施工中易产生的影响因素进行分析,对道路受环境影响和自身因素影响进行研究,研究得到不同影响因素对复合路面界面力学性能的影响规律,分析不同影响因素对界面力学性能失效的影响,得出复合路面刚柔结合界面力学性能失效机理,总结得出在实际道路施工中应注意避免的问题,本文研究成果对复合路面设计与施工具有重要指导意义。
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