（岩土工程专业论文）加锚头丝沥青混凝土路面结构性能研究.pdf

摘要 我国高速公路主要采用沥青混凝土路面结构形式，而裂缝是沥青混凝土路面 普遍存在的病害之一，雨水下渗会引起道路其它更加严重的病害，从而逐渐丧失 承载能力，缩短了路面的使用寿命，如何消除路面的裂缝是国内外一直在探寻的 问题。 本文分析了沥青路面产生裂缝的原因，提出在沥青混凝土路面结构层中加布 锚头丝来防止路面开裂的新思路，其原理是利用钢丝与沥青混凝土路面材料胀缩 系数的不同使钢丝给路面结构施加收缩力，在锚头处将裂缝分解而抑制路面裂缝 的产生。通过力学性能对比试验得出结论为：加布锚头丝沥青混凝土小梁的抗拉 强度、弯拉强度和疲劳寿命都较普通沥青混凝土小梁有明显提高。同时经过a n s y s 数值模拟计算，对本文提出的思路加以验证，并对锚头丝沥青混凝土路面的优化 设计提供理论指导。 论文所给出的室内试验数据和数值模拟结果，对于将来锚头丝沥青混凝土路 面设计及施工方法的选择具有重要的参考价值。 关键词：沥青混凝土，裂缝，锚头丝，力学性能对比试验，数值模拟 a b s t r a c t t h ee x p r e s sh i g h w a yo fo u rc o u n t r yi sm a i n l yt h ea s p h a l tc o n c r e t er o a ds u r f a c e s t r u c t u r e ，b u tt h ec r a c k i n gi so n eo fc o m m o ne x i s t e n c eo fb i t u m i n o u sr o a ds u r f a c e d i s e a s e ，a n dt h es e e p i n go ft h er a i n w a t e rm a ya r o u s e sar o a do t h e re s p e c i a l l yg r a v e d i s e a s e s ，s oi t c a nm a k ear o a ds u r f a c el o s et h es u p p o r tc a p a b i l i t yg r a d u a l l y ，a n d s h o r t e ni t sl i f ep h a s e h o wt or e m o v et h er o a ds u r f a c ec r a c k i n gi st h ep r o b l e mw h i c h t h eh o m ea n da b r o a de x p e r t sw h a tt os o l v e t h ep a p e ra n a l y s e st h ec a u s eo ft h eb i t u m i n o u sp a v e m e n t c r a c k i n g ，a n ds u b m i t s an e wt h o u g h tt og u a r da g a i n s tc r a c k i n go fp a v e m e n t b yi n s t a l l i n ga n c h o r h e a ds i l ki n a s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n ts t r u c t u r e ，t h a tw h o s ep r i n c i p l ei s t oe x e r tac o n t r a c t i l i t y t h r o u g ht h ew i r eo nt h er o a ds u r f a c es t r u c t u r ea n dt ob r o k e nu pt h ec r a c k si nt h ep l a c e e x i s t i n gt h ea n c h o r h e a d w ec a nd r a wac o n c l u s i o nt h a tt h et e n s i l es t r e n g t h ，t h e b e n d i n g t e n s i l e s t r e n g t h a n dt h ef a t i g u ep e r f o r m a n c eo ft h et e s t p i e c e sw i t h a n c h o r h e a ds i l kh a si n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l yc o m p a r e d w i t ht h o s ew i t h o u t a n c h o r - h e a ds i l kt h r o u g ht h em e c h a n i c sf u n c t i o nc o n t r a s tt e s t s a tt h es a m et i m et h e p a p e r st h o u g h ti sv e r i f i e da n dt h et h e o r yg u i d i n gi sp r o v i d e dt oo p t i m i z et h ed e s i g n s t h o u g ha n s y sn u m e r i c a ls i m u l a t i o n t h ee x p e r i m e n t a ld a t a sa n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t si nt h et h e s i sh a v ea n i m p o r t a n tr e f e r e n c ev a l u et ot h ec h o i c e f o rd e s i g na n dc o n s t r u c t i o nm e t h o d so f a s p h a l tc o n c r e t er o a ds u r f a c ew i t ha n c h o r h e a ds i l k k e y w o r d s ：a s p h a l tc o n c r e t e ，c r a c k i n g ，a n c h o r h e a ds i l k ，m e c h a n i c sf u n c t i o n c o n t r a s tt e s t s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 衫荆细罗年多月日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作 导师 7 年土月日 2 。d ? 年岁月f 日 长安大学硕一l j 学位论文 1 1 问题的提出及研究意义 第一章绪论 沥青路面与水泥路面相比具有表面平整、无伸缩缝、行车平稳、舒适、耐磨、 震动小、噪音低、施工期短、开放交通快、养护维修简便、适宜于分期修建等优 点，因而获得广泛的应用。随着国民经济和现代化道路交通运输业的发展，沥青 路面结构形式越来越多地被采用 1 - 2 】，我国已建成的高速公路中9 0 以上是半刚 性基层沥青混凝土路面。但是，沥青路面往往也会产生很多病害，裂缝就是当前 沥青路面最常见的质量通病之一，它的危害在于路表水通过裂缝不断往下渗，损 坏基层和路基，加速路面破损，直至路面逐渐丧失承载能力，大大缩短了路面的 使用寿命。 沥青路面建成后，不论其基层是柔性的还是半刚性的，都会产生各种形式的 裂缝。如2 0 0 0 年施工的山东省省道3 2 7 线垛庄至仲宫段，2 0 0 1 年施工的省道2 4 2 线明水至莱芜界段，2 0 0 2 年施工的省道10 3 线柳埠至泰安界段，2 0 0 3 年施工的 国道3 0 9 线济南至淄博界段，2 0 0 4 年施工的省道1 0 2 线郭店段，2 0 0 5 年施工的 省道10 2 线章丘段均出现了不同程度的横向裂缝。从相关资料中也发现，无论是 南方还是北方，在施工完毕后的一定时间内就会出现一定量的裂缝，并且裂缝随 着时间的延续还在增加。例如沈大高速公路沈阳一马安山段在1 9 8 6 年竣工，到 了1 9 8 7 年三月在不到9 0 0 m 的路段上出现1 0 条裂缝；广一佛公路在1 9 8 9 年竣工， 1 9 9 0 年就发现裂缝，在全线的1 5 k m 路段内发现裂缝3 1 8 0 条；2 0 0 1 年竣工的九一 景高速公路k 9 0 - - k 1 3 4 段路面裂缝特别严重。该路段九江至景德镇方向共有横向 裂缝3 4 0 6 条，共长1 9 1 5 9 m ，平均间距1 2 9 m ；纵向裂缝有一条，在行车道，距道路 中心线1 2 1 3 m ，共长17 7 1l m 。景德镇至九江方向共有横向裂缝4 3 6 1 条，共长 2 4 5 3 l m ，平均间距1 0 1 m ；纵向裂缝有一条，位于行车道，距道路中心线1 2 一1 3 m ， 共长2 9 9 8 l m 3 1 。因此不论是北方冰冻区还是南方的非冰冻区，都有裂缝类病害。 沥青路面中产生裂缝病害，在其他国家，例如美国、加拿大、英国、法国、 日本、澳大利亚以及非洲一些国家，也是很普遍的现象，特别在寒冷地区，即使 是柔性基层沥青路面裂缝病害也很严重，所以说要求沥青路面完全不开裂是不可 能的。 第一章绪论 沥青路面裂缝往往不是单独的，稀疏的或较有规则的，而是稠密的，有时互 相联系的，甚至是网状的裂缝。按照现行的公路养护技术规范( j t j 0 7 3 9 6 ) 1 4 】 的规定，根据破损的外表形态，沥青路面的裂缝分类所包含的内容及状态如下： ( 1 ) 轻微裂缝 该裂缝多属局部裂缝，一般是在3 - 5 年后发生的，其表现多是细线状裂缝， 沥青面层较薄时将成为贯穿裂缝，面层较厚时尚不贯通；发射裂缝是由于基层物 理性的开裂，反映至沥青面层而呈现出的条状裂缝( 又称反射裂缝) 。 ( 2 ) 严重裂缝 龟裂：路面由于压实不足、路基下沉等原因产生的小网格式的、成块的、 不规则破碎性的网状裂缝，由于其形状类似于乌龟背壳，故俗称为龟裂。 网裂：不规则的大网格式裂缝，裂缝间距大小相近，形状和尺寸上都有别 于龟裂。 纵横裂：顺路方向出现在行车道的纵向长条裂缝，或横断方向有规则的裂 缝。其中横向裂缝通常在温差变化较大的地区发生。夏季完好的路面到了冬季会 由于路面温度收缩，产生纵向近似等间距的横向裂缝。横向裂缝一般贯通整个路 面宽度，纵向间距约为5 - 3 0 m 不等。纵向裂缝通常以单条裂缝出现。 研究表明沥青路面裂缝的成因主要有两个： 一个是外部原因，如行车荷载大小变化，当车辆荷载反复作用或者车辆严重 超载，至使沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而产生裂缝； 另外非荷载性裂缝如基层裂缝反射会引起面层结构发生破坏，我国高等级公路大 约9 0 以上采用为半刚性基层沥青混凝土路面，半刚性基层自身刚度大，抗弯性 能力较差，在温度骤降或水分散失时会产生收缩变形，当此应力超过其抗拉强度 时基层就会产生裂缝、沉陷等，从而裂缝会逐渐反射到面层； 另一个是内部原因，如构成道路材料本身具有的干缩、温缩性能差、疲劳寿 命短、抗拉强度低、沥青易老化等f 5 - 6 1 。 裂缝是沥青路面中存在的非常普遍的一种破损现象，然而由于其产生的原因 诸多，故防治也就成为一个比较困难的问题，只有在设计、选材、施工、维修等 多方面充分考虑防裂的问题，才能有效地防治沥青混凝土路面裂缝的发生，这就 势必带来巨大的资金浪费，所以，探寻一种经济有效的防裂措施是我们亟待解决 的问题。 2 长安大学硕 ：学位论文 1 2 国内外研究现状 关于沥青路面断裂分析及抗裂设计1 7 15 1 ，国内外已开展了大量的研究工作。 早期的研究，大多基于经验公式或传统的层状结构力学计算方法【1 6 。1 7 1 。由于计算 模型上显而易见的缺陷，这些方法难以正确地预估沥青路面疲劳开裂寿命。事实 上目前国外以广泛采用了基于断裂力学的疲劳寿命预测方法，我国也开展了响应 的研究工作。但总体上国内外关于沥青混合料特性、沥青路面结构层厚度及上下 结构层材料性能差异、结构层间连接状态、不同抗裂措施等因素对影响沥青路面 裂缝扩展的机理研究尚不系统，也未提出合适的沥青混合料断裂韧性参数等材料 性能指标以及沥青路面抗裂设计方法，有关的试验测试方法也不成熟。关于沥青 路面断裂分析，应包括线弹性断裂力学分析、疲劳断裂力学分析、粘弹性断裂力 学分析等几方面工作，每一方面的工作均有些问题尚需进一步深入研究。 国内外已经提出多种沥青路面抗裂方法f l s l ，并在不少道路工程中进行了实 施。目前普遍采用的沥青混凝土路面结构层，有的是强基薄面，有的是强基厚面。 当然，强基厚面( 一般沥青混凝土面层超过1 9 c m 以上) ，的确能有效的预防反射 裂缝的产生，但造价较高，而路面本身所产生的温缩裂缝仍然不能有效防治；如 果采用强基薄面，首先应解决基层裂缝问题，其次是如何解决基层裂缝反射的问 题，另外再解决沥青混凝土面层的防裂问题。 解决基层裂缝的主要方法【1 9 。2 5 】有：一种是采用低温施工，在当地气温最低时 施工，大都受施工工期和施工工艺的限制，而很少使用；另一种是提高基层材料 抗拉强度，如钢筋混凝土基层【2 6 1 ，这样，又需提高造价，不经济；还有就是降低 基层强度，象柔性基层则是以降低强度减少寿命来换取防裂。 解决基层裂缝反射问题的主要方法有：( 1 ) 采用全厚式沥青路面结构，即路面 面层和基层材料均用沥青混合料铺筑，这种结构能较为有效的抑制反射裂缝的产 生和发展，但是这会大大增加前期的建设投入费用；( 2 ) 加铺应力吸收层及加筋层： 应力吸收层是在罩面层与原路面之间设置的隔离层，主要采用弹性模量较小的 材料，如土工布、砂、石屑等，根本目的就是消除应力集中，目前使用较多的是土工 布；加筋层是采用强度和弹性模量较大的材料，以提高加罩层的抗拉强度，如钢 筋网、玻璃纤维格栅、纤维沥青混凝土等。这些措施只能解决反射裂缝的问题， 同时，加铺滑移结构层也会带来其他弊端，由于是软弱夹层会影响路面其它性能。 3 第一章绪论 解决沥青混凝土面层裂缝问题的主要方法有：( 1 ) 采用抗裂性好的改性沥青， 在沥青的低温粘度、感温性、耐老化等指标上，改性沥青均优于普通沥青，这已 得到共识。根据国际分类方法及我国的使用情况，将改性沥青( 即聚合物改性沥青) 分为三类：橡胶类；热塑性橡胶弹性体；热塑树脂类。然而推广应用改性 沥青的障碍在于初期投资高。( 2 ) 改变级配，为裂减少收缩裂缝，除增加4 7 5 m m 以 上骨料含量、降低施工含水量、减少结合料和提高压实度外，选择水泥代替石灰 做水泥稳定碎石比二灰碎石具有更好的抗裂性能。采用纤维沥青混凝土等。 这些方法均有效的减少了路面裂缝的产生，同时也大大提高了造价，有些是 得不偿失的，有些是减少了裂缝，可也产生了如增大车辙等其他病害。如何探索 一条更经济、更有效地防止道路裂缝问题的途径是非常急需和必要的。 1 3 本文的研究内容和研究方法 本文尝试提出一种新的思路，即利用锚头丝热胀冷缩性给沥青混凝土施加应 力的方法来抑制半刚性基层沥青混凝土路面的横向裂缝的产生。 本文采用锚头丝沥青混凝土材料加工成小梁，以室内试验为主，模拟低温情 况下沥青混凝土路面，进行小梁力学试验，结合a n s y s 数值模拟对加布锚头丝沥 青混凝土结构层和普通沥青混凝土结构层位移及应力进行对比计算，分析锚头丝 的布设对沥青混凝土路面结构的影响。列出室内试验项目和a n s y s 计算内容如下： 1 、室内试验： ( 1 ) 试验用原材料试验 ( 2 ) 矿质混合料组成设计 ( 3 ) 加锚头丝沥青混凝土小梁试验 ( 4 ) 普通沥青混凝土小梁试验( 对比基础数据) 2 、加锚头钢丝沥青混凝土路面材料及结构数值模拟研究。 研究技术路线图如图1 1 ，按照图1 1 的研究技术路线，本文对沥青混凝土 路面的横向裂缝状况作出调查及原因分析，提出加布锚头丝沥青混凝土路面的思 路，采用a c - 1 6 沥青混凝土结构形式，经成型机成型后，切割成小梁，对其进行 抗拉、弯拉及疲劳力学性能试验，并对加布钢丝沥青混凝土试件和普通沥青混凝 土试件试验结果进行统计分析。通过a n s y s 数值模拟对加布锚头丝沥青混凝土 结构层和普通沥青混凝土结构层计算，得出节点最大位移及节点最大应力，分析 4 长安大学硕士学位论文 计算结果，对加布锚头丝沥青混凝土路面结构设计提供理论依据。 图1 - 1 研究技术路线图 5 掉一 m 布锚头沥青棍榭十思镕 2 1 基本设想 第二章加布锚头丝沥青混凝土路面思路 加锚头丝沥青混凝土路面结构层，就是将预制好的带锚头的钢丝( 称其为锚 头丝) 沿公路纵向布设到沥青混凝土路面面层或基层中，通过锚头丝作用防止或 抑制路面出现裂缝的一种结构型式，如图2 一l 。 面层一 基层 路基 削2 一l加锚头蚀沥青混凝| = 路面结构层示意蚓 锚头丝在路面中的布设位置有两种，一种是布设到面层，一种是布设到基层。 布设到面层时是利用热铺沥青的温度( 一般大于1 5 0 c ) 加热锚头丝，使其伸长， 由于钢丝和沥青混凝土路面材料的胀缩系数不同( 一般钢丝的胀缩系数是沥青混 凝土材料的两倍) ，压实前将锚头丝拉直，待路面压实温度下降后，通过钢丝收 缩和锚头的锚固作用给路面结构层施加了预加力，提高沥青混凝土路面面层的抗 拉性能，能预防面层本身裂缝的产生，同时对于基层反射裂缝，由于钢丝在要求 的线径内本身抗拉强度相对于沥青混凝土又很高，若基层反射的拉应力小于钢丝 抗拉强度，就阻断了基层裂缝对面层的反射。 布设到基层是利用应力分解的原理，由于钢丝足沿公路纵向连续布设，温度 下降钢丝收缩会给基层施加收缩力，而钢丝通过锚头锚固在基层中，在锚头附近 就会产生应力集中，从而在锚头附近就会产生微裂缝，这就会将由于半刚性基层 的温缩和干缩性产生的裂缝分解，若分解的裂缝小到路表水不至下渗的程度，就 会减缓道路病害的产生而延长路面的使用寿命。 2 2 锚头丝的布设方案 锚头丝沿道路纵向布设，布设方案主要有三种，一种是在路面面层中布设锚 k 五人学f t 学位论上 头丝；种是在路而基层中布设锚头丝：还有一种是在面层和基层同时布设锚头 丝。 ( 1 l 面层中布设 在路面面层布设锚头丝，利用沥青混凝土的高温加热锚头丝，待钢丝伸长拉 直钢丝，路面压实完毕温度下降后温度收缩，给面层施加了收缩力，提高了面层 的抗拉强度，不仅能有效防止面层本身的裂缝产生，也对基层的反射裂缝有抑制 作用，如图2 2 。 面层1 1 。1 7 1 “1 。1 一 基层 路基 圈2 2 面崖加布锚头丝力学模型 1 2 ) 基层中靠设 半剐性基层中施加锚头钢丝，碾压固结后，锚头丝的作用提高了半刚性材料 的抗拉强度，其形式相当于钢筋混凝土，| 司时又由于细钢硅不产生推力，又消除 了钢筋对混凝土的破坏作用。这种锚头丝半刚性路面基层，由于锚头b j 距较小( 一 般为5 0 c m 左有) ，就将原半刚性基层所产生的( 主要是干缩和温缩) 裂缝分解， 使锚头间距范围内所产生的缩缝小到不破坏路面的程度，如图2 - 3 。 面层 基层 路基 幽2 - 3 基层加布锚头丝力学模型 ( ”基层和面层同时布设 从整个路而结构层入手来解决裂缝的问题，也就是将卜述两种方法结合起 来，半刚性基层中加上锚头钢丝，铺筑锚头丝半刚性基层，再铺筑锚头丝缩加预 第一章m i 布锚头珊青混凝十崽皓 应力沥青混凝土路面面层，构成锚头丝路面结构层，更有效的解决半刚性基层沥 青混凝土路面的裂缝问题。如图2 - 4 ： 面层 摹层 路基 口t f 。1 r 口i = d z i i 一 剀2 - 4面层和基层加布锚头丝力学模犁 2 3 加锚头丝沥青混凝土路面需研究的问题 上述提出了本文的基本思路，还需要从理论、试验和现场检验几个方面研究以下问题 2 3 1 理论问题 ( 1 ) 沥青混凝土路面裂缝调查： ( 2 ) 现有防裂措施及效果评价； ( 3 ) 加锚头丝沥青混凝土路面结构层设计原理 2 32 试验问题 1 ) 试验目的 ( 2 ) 试验方法 1 3 ) 试验结果分析 233 现场检验 ( 1j 现场施工方法 ( 2 ) 路面结构层性能现场检测方法 ( 3 ) 蹄面结构层质量评定 2 4 本章小结 本章提出了沥青混凝土路面中加碲锚头丝的思路列出三种主要布设方案， 并提出了需要进一步研究的几个问题。 长安人学硕l ：学位论文 第三章加布锚头丝沥青混凝土室内试验 3 1 试验项目 室内项目，主要包括沥青混合料组成设计、加锚头丝沥青混凝土小梁试件和 普通沥青混凝土小梁试件的制作及加锚头丝沥青混凝土试件和普通沥青混凝土 小梁的力学性能试验等，具体如下： 1 、矿质混合料组成设计 ( 1 ) 原材料试验 沥青试验； 矿粉试验； 中砂试验； 集料试验 ( 2 ) a c 1 6 型沥青混合料组成配合比； ( 3 ) 沥青混合料马歇尔试验。 2 、加锚头丝沥青混凝土小梁力学试验 ( 1 ) 抗拉试验 试验目的：抗拉强度； 试件尺寸：4 x 4 x 3 0 c m 3 小梁； 试件数量：1 2 个； 试验方法：拉拔仪测定。 ( 2 ) 弯拉试验 试验目的：弯拉强度； 试件尺寸：4 x 4 x 3 0 c m 3 小梁； 试件数量：1 2 个； 试验方法：m t s 机测定。 ( 3 ) 疲劳性能 试验目的：疲劳寿命； 试件尺寸：4 x 4 x 3 0 c m 3 小梁； 试件数量：9 个； 9 第三章加布锚头丝沥青混凝土室内试验 试验方法：m t s 机测定。 3 、普通沥青混凝土小梁力学试验( 对比基础数据) ( 1 ) 抗拉试验 试验目的：抗拉强度； 试件尺寸：4 x 4 x 3 0 c m 3 小梁； 试件数量：8 个： 试验方法：拉拔仪测定。 ( 2 ) 弯拉试验 试验目的：弯拉强度； 试件尺寸：4 x 4 x 3 0 c m 3 小梁； 试件数量：8 个； 试验方法：m t s 机测定。 ( 3 ) 疲劳性能试验： 试验目的：疲劳寿命； 试件尺寸：4 x 4 x 3 0 c m 3 小梁； 试件数量：6 个； 试验方法：m t s 机测定。 3 2 试验方法 3 21 沥青混合料配合比设计 沥青混合料采用陕西省咸阳路桥工程公司在关中环线h 2 标的配合比，沥青 混合料类型为a c 1 6 ，整个配合比设计分为三部分内容，由陕西省咸阳路桥工程 公司完成。按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程( j t j 0 5 2 2 0 0 0 ) 2 7 】、公 路工程集料试验规程( j t g e 4 2 2 0 0 5 ) 2 8 】、公路沥青路面设计规范 ( j t g d s 0 2 0 0 6 ) 2 9 l 和公路沥青路面施工技术规范( j t g f 4 0 2 0 0 4 ) 【3 0 】的要求， 对原材料进行常规试验、矿料组成设计和马歇尔试验等。 1 、原材料试验 ( 1 ) 沥青：沥青为中海9 0 帮沥青，其技术指标见表3 1 。 ( 2 ) 矿粉：矿粉采用石灰岩磨制，其技术指标见表3 2 。 ( 3 ) 砂：采用沣河洁净中砂，其技术指标见表3 3 。 1 n k 安大学硕t ：学位论文 ( 4 ) 碎石：石料有1 0 2 0 m m 碎石、5 1 0 m m 的碎石以及3 5 m m 的碎石，其技术 指标见表2 4 。 表3 1 沥青技术指标 项目测值 标准 试验标准 针入度 原 2 5 8 6 5 8 0 1 0 0 t 0 6 0 4 2 0 0 0 ( 0 0 1 m m ) 沥 1 0 6 8 4术2 0 延度( c m ) t 0 6 0 5 1 9 9 3 青 1 5 1 0 8 7女1 0 0 软化点( )4 7 5七4 5t 0 6 0 6 2 0 0 0 相对密度( 2 5 ) 1 0 0 9 实测 t 0 6 0 3 1 9 9 3 质最损失( ) 0 1 5 7丰0 8t 0 6 1 0 1 9 9 3 旋转薄膜加热试验 残留针入 度比( ) 5 7术5 7t 0 6 0 4 2 0 0 0 ( 1 6 3 ，8 5 m i n ) 残留延度 ( 1 0 ) ，c m 9 1术8t 0 6 0 5 1 9 9 3 表3 - 2矿粉试验结果 试验项目单位试验结果试验标准检验方法 密度 g c m 3 2 。6 4 2术2 0 5t 0 3 5 2 2 0 0 0 c a c 0 3 含量 8 5 6 7 亲水系数 0 9 5，1t 0 3 5 3 2 0 0 0 筛分结果 筛孔( m m ) o 60 30 1 50 0 7 5 通过率( ) 1 0 01 0 09 9 67 8 7 规范要求( )1 0 09 0 1 0 07 5 1 0 0 表3 - 3中砂试验结果 试验项目 试验结果试验依据 表观相对密度 2 7 1 5t 0 3 2 8 2 0 0 0 筛分结果 筛孔( m m ) 4 7 52 3 61 1 80 6o 30 1 50 0 7 5 通过率( ) 9 9 17 8 25 9 95 2 5 2 8 3 91 4 1 1 第二三章加布锚头丝沥青混凝土室内试验 表3 4 集料技术指标 试验项目单位试验结果试验标准试验方法 石料压碎值 1 3 4牛2 8t 0 31 6 2 0 0 0 1 0 2 0 m m2 7 9 3术2 5t 0 3 0 4 2 0 0 0 毛体积相对密度5 1 0 m m 2 7 7 5 术2 5 t 0 3 0 4 2 0 0 0 3 5 m m2 8 7 5术2 5t 0 3 0 4 2 0 0 0 1 0 , - 一2 0 m m0 5 1 1牛3t 0 3 0 4 2 0 0 0 集料吸水率 5 1 0 m m0 8 9 7丰3t 0 3 0 4 2 0 0 0 针片状颗粒含量混合料 3 3 牛1 8 t 0 31 2 2 0 0 0 粗集料与沥 水浸法等级 4术4t 0 6 1 6 1 9 9 3 青的粘附性 2 、矿料组成设计 根据几种矿质材料的筛分结果，及现行规范公路沥青路面施工技术规范 ( j t g f 4 0 2 0 0 4 ) 3 0 】中对沥青混合料a c 1 6 型矿料级配范围的要求，对其进行了 矿料组成设计。通过调整，最后确定矿料的合成级配组成为：1 0 2 0 m m 碎石2 9 ， 5 1 0 m m 碎石2 6 ，3 0 5 m m 碎石1 6 ，中砂2 2 ，矿粉7 见表3 5 ，级配曲线图 见图3 1 。 表3 5a c 一1 6 型沥青混合料组成配合计算表 筛孔尺 加一2 0 m m 碎石5 1 0 m m 碎石3 - s m m 碎石砂子矿粉合成级配规范值 寸( m m )2 92 61 62 271 0 0 下限上限 1 99 8 5 51 0 01 0 01 0 0 1 0 09 9 5 8 1 0 01 0 0 1 68 0 2 41 0 01 0 01 0 01 0 09 4 2 79 01 0 0 1 3 23 1 99 9 6 21 0 01 0 01 0 08 0 1 57 69 2 9 51 0 89 3 1 11 0 01 0 01 0 06 9 5 26 08 0 4 7 5o 0 3 1 5 7 7 9 4 2 99 9 1 2 1 0 04 8 3 46 2 2 3 600 1 53 2 8 97 8 1 61 0 02 9 52 04 8 1 1 8 007 4 85 9 。8 91 0 02 1 3 71 33 6 0 6 0o4 9 95 2 5 51 0 01 9 3 69 2 6 0 30 o3 12 8 2 51 0 01 3 7 17 1 8 0 1 50o2 4 78 9 99 9 6 3 9 3 5 51 4 0 0 7 50o2 0 51 4 57 8 66 1 5 4 8 1 2 k $ 大颂【学位论文 1 2 0 1 0 0 8 0 芒 社6 0 捌 嘣4 0 z 0 0 舯线h l 栅c - 1 6 混台料级鼬线 一龛嚣 、塑堇笪刳 、 x 一、 。 91 6 1 329 547 523 611 8060 301 50 筛孔尺寸( 帆) 图3 - 1a c - 1 6 型矿料级配组成台成曲线 3 、马歇尔试验 按公路工程沥青及沥青混合料试验规程( j t j 0 5 2 2 0 0 0 ) 1 2 7 公路沥青路 面设计规范( j t g d 5 0 2 0 0 6 ) 1 2 9 i 的规定，进行马歇尔试验。沥青混合料配合比 试验在关中环线h 2 标路段沥青混凝土拌台站完成，见图3 2 。根据矿料级配组成， 采用五种不同的油石比，拌和温度为1 6 0 1 c ，击实温度为1 5 0 ，双面各击实次 数7 5 次，制各成马歇尔试件。根据符合规范要求的毛体积相对密度、最大理论 相对密度、稳定度、流值、空隙率、饱和度和矿料间歇率所对应的沥青用量计算 最佳沥青用量，确定最佳油石比为4 3 。见图3 - 3 、表3 - 6 。 a ) 沥青混凝土拌台站 蚓3 - 2 混合料拌制 b ) 场拌沥青混凝土 第三章加布锚头丝沥青混凝十室内试验 表3 - 6a c 1 6 马歇尔试验结果 油右比( )3 5 44 555 5 毛体积相对密度 2 4 3 92 4 6 32 5 0 6 2 5 1 82 5 2 最大理论相对密度 2 6 3 12 6 12 5 9 12 5 7 12 5 5 3 稳定度( k n ) 7 4 98 2 498 0 97 6 3 流值( 0 0 1 m m ) 2 1 72 3 82 9 12 9 53 8 空隙率( ) 7 35 43 42 11 3 饱和度( )5 1 6 6 2 27 5 88 4 69 0 6 矿料间歇率( )1 5 1 4 41 3 51 3 51 3 9 1 4 长安人学硕上学位论文 流值( 0 o l - ) q ， 3 5 3 2 5 2 l 。5 l o 5 u ol 2 345( 油石比( ) 图3 - 3a c - 1 6 马歇尔试验结果 最佳油石比的确定： o a c l = ( 5 1 8 + 4 4 1 + 4 2 1 + 4 2 9 ) 4 = 4 5 2 0 a c 2 = ( 4 0 9 + 4 3 4 ) 2 = 4 2 2 o a c = ( o a c i + o a c x ) 2 = 4 3 7 混合料最佳油石比确定为4 3 。 3 2 2 沥青混凝土试件的制作 沥青混凝土试件的制作方法采用轮碾法，试验仪器为轮碾成型机，试件尺寸 为3 0 0 m m 3 0 0 m m 5 0 m m ，锚头丝型式有四种：直径为o 4 m m 的细钢丝加环氧 树脂水泥砂浆锚头；直径为0 4 m m 的细钢丝加大螺丝帽；直径为1 1 m m 的铁丝 加小螺丝帽；直径为1 3 m m 的钢丝焊接角铁。 1 、准备工作： ( 1 ) 将从拌和场取回的沥青混凝土放入烘箱中加热至沥青软化并达到拌和温度 1 6 0 。 ( 2 ) 将金属试模及小型击实锤等置于1 0 0 。c 左右烘箱中加热1 h 备用。 ( 3 ) 按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程【2 7 】中t 0 7 0 2 2 0 0 0 击实法制 作马歇尔试件，计算出其密度为2 4 4 3 9 c m 3 ，轮碾法试件的体积按马歇尔标准击 实密度乘以1 0 3 的系数计算，计算出一块试件的重量为1 1 3 4 6 4 8 9 。 ( 4 ) 将3 根锚头丝分别穿过预先打好孔的试模，图3 4 为直径为0 4 m m 的细钢 丝加坏氧树脂水泥砂浆锚头、图3 5 为直径为1 3 m m 的钢丝焊接角铁，一端用 螺丝帽固定，另一端固定在弹簧秤上，并用弹簧秤对其施加拉力为5 k g 、1 0 k g 和 1 5 k g ，弹簧秤固定在制作好的钢架上，见图3 - 6 。 】s 第二章加布锚头4 青混凝十室内试验 图3 - 6 给钢丝施加拉力图3 7 加热后的沥青魁台料 1 5 ) 当用轮碾机碾压时，宜先将碾压轮预热至1 0 0 c 左右。然后将盛有沥青混 凝土的试模置于轮碾机的平台上，轻轻放下碾压轮，调整总荷载为9 k n 。 安 学 li 学位论立 ( 6 j 启动轮碾机，碾压1 2 个往返( 2 4 次) 至马歇尔标准密度1 0 0 + _ 1 为止， 见图3 8 。 ( 7 j 碾压成型后，揭去表面的纸，用已号笔标注试件的同期及编号，见剧3 - 9 。 时3 1 0 小粱试件切割 3 23 试件的力学性能测定试验 1 、试件的抗拉试骑 第= 口加布锚虬丝青混鞋1 自试验 参照公路工程检测技术及公路工程质量控制与试验检测方法j 3 2 1 中的试验步骤，将切割好的试件对其测定抗拉强度，试验仪器为结构层拉拔仪， 夹具为4 r a m 厚钢板加工成u 型，并用改性丙烯酸酯粘合在试件的两端l o e m 处， 图3 1 1 a ) ，1 2 小时待粘合剂和试件充分粘合好后放入冰柜中冷冻4 小时，图3 1 l b ) 冰柜温度为一5 。试件共4 组，每组5 个，试验加载速度为5 r a m r a i n ，如图3 1 l c ) 。 1 01 3 5 为第一个试件，做抗拉试验时发现夹具变形较大，所以在其余试件夹具端 部垫入4 m m 厚的钢片，如图3 - 1 1 d ) ，试件被破坏照片如图3 1 l e ) 。 a 1 粘贴蚶夹具的试件b 1 将试件放 冰轭 c ) 施加荷载d ) 垫片 e 1 破坏后的试什 幽3 1 1 小粱抗拉试艟 懑誓潍备墨l圈 k 立大学碳i 位论z 2 、试件的弯拉强度试验 试件的弯拉强度是由m t s 试验机测定，图3 - 1 2 a ) ，采用三点法，支点问距 为2 0 c m ，图3 - 1 2 b ) ，加载速度为5 0 m m m i n ，试件冷冻温度为一5 ，共4 组，每 组5 个试件，图3 1 2 c ) 为破坏的试件： c ) 破坏后的试件 图3 1 2小粱弯拉试验 3 、试件的疲劳试验 试件的疲劳寿命是由m t s 试验机测定，采用三点法测定，支点距离为1 5 c m 加载频率为1 0 次s ，破坏荷载为1 8 6 47 2 n ，取其o2 5 倍即4 6 61 8 n 为施加荷载 共3 组，每组5 个试什，试验图片如图3 1 3 ： 第一m 布* ，、m 青温般r 市自m # 33 试验结果 a 1 搪加荷载 幽3 1 3 小粱疲劳试验 3 3 1 试验数据 3 3 1 1 抗拉强度 抗拉试验数据如表3 - 7 、图3 1 4 ； 表3 7破坏荷载 b 1 破坏后的试什 拉力拉力 拉力拉力 编号 编号编号编号 ( n )( n )( n )( n ) 9 2 9 11 06 11 0 1 3 1 ( 钢丝断)( 钢丝断) 3 2 9 6 5 4 5 5 ( 损坏)( 有钢丝) 92 9 - 2 5 4 9 8 93 0 2 1 06 - 21 0 1 3 2 ( 有钢丝)( 有钢丝) 5 1 0 55 7 8 52 3 9 ( 有铁丝)( 损坏) 92 9 3 4 6 1 7 1 06 - 31 0 1 3 - 3 6 3 5 9 ( 有钢丝)( 钢丝断)( 有铁丝)( 有钢丝) 1 0 6 4 ( 无钢丝)( 无钢丝)( 无铁丝) ( 无钢丝) 1 9 7 6 93 0 5 ( 无钢丝)( 无钢丝) 2 7 6 14 3 2 0 3 4 9 3 ( 无铁丝)( 无钢丝) k 女人学删f 。学位论文 备注 92 9 锚头型式为直径为0 4 m m 的细钢丝加环氧树脂水泥砂浆锚头，预加力 为5 k g ； 93 0 锚头型式直径为o 4 r a m 的细钢丝加大螺丝帽，预加力为l o k g ： 1 06 锚头型式直径为1l m m 的铁丝加小螺丝帽，预加力为l o k g ： i o 1 3 锚头型式直径为1 3 r a m 的钢丝焊接角铁，预加力为l o k g ； 试件92 9 1 ，93 0 1 ，9 3 0 3 试件成型时钢丝被压断，故相当于无钢丝试件； 试件1 0 6 1 试验时从夹具处开裂，试件受扭，故剔除； 试件1 0 1 3 2 试验前受到碰撞开裂，数据被剔除： 试件1 0 1 3 5 未加钢片，故变形较大。 6 0 0 0 5 0 0 0 一z 4 0 0 0 姜3 0 0 0 靼2 0 0 0 l 0 0 0 0 6 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 0 ； 姜3 0 0 0 掣2 0 0 0 1 0 0 0 n a m ，翱 一以。；j 云 。刃 勿 杉矽尹t j 荔侈，j9 ：n - - 1 , 1 1 趣 o 2 焦壁( m m ) 4 a ) 9 2 9 纽 n 鼬盔i j “生 罗1 j p 彤。￥ h 枷 ，多7m ”s b tp “目 o1234 位移( m m ) 第= 碾加布锚史青馄凝十室内试验 o2468 位移( m i l l ) c ) 1 0 6 组 d ) 1 0 1 3 组 图3 1 4 小粱抗拉试验拉力一值移图 3 3 12 弯拉强度 弯拉强度数据如表3 8 ： 表3 - 8弯拉强度 破坏荷载lbh扰弯拉强度 编号 ( n ) ( n u n ) ( 一) ( r a m ) r - ( m p a ) 1 05 1 2 0 0 ( 铁丝) 1 0 5 - 2 4 06 5 2 1 0 ( 铁丝) o o 0 0 0 0 0 0 瑚至三枷喜咖m n ) r 掣 长安大学硕士学位论文 备注： 表3 - 8弯拉强度( 续) 1 0 5 3 ( 铁丝) 1 6 4 1 0 3却i o 4 04 0 7 6 9 2 3 1 0 5 - 4 ( 无铁丝) 1 4 7 1 7 92 0 04 14 06 7 3 0 7 1 0 5 5 ( 无铁丝) 1 3 9 5 22 0 04 04 00 6 5 4 1 0 1 0 1 ( 钢丝) 1 4 9 4 6 62 0 03 94 16 8 3 9 6 1 0 1 0 2 ( 钢丝) 1 3 9 4 7 82 0 04 04 06 5 3 8 0 1 0 1 0 3 ( 钢丝) 1 2 7 4 1 82 0 04 14 0 5 8 2 7 0 1 0 1 0 _ 4 ( 无钢丝) 1 3 7 2 8 4 2 0 04 13 9 6 6 0 4 3 1 0 1 0 5 1 2 3 1 4 52 0 04 04 15 4 9 4 3 ( 无钢丝) 1 0 1 7 1 1 5 4 8 3 82 0 04 04 1 6 9 0 8 3 ( 钢丝) 1 0 1 7 2 ( 钢丝) 1 8 5 3 4 62 0 0 4 1 3 98 9 1 6 4 1 0 1 7 3 ( 钢丝) 1 6 2 8 4 12 0 04 14 07 4 4 7 0 1 0 1 7 4 ( 无钢丝) 9 7 3 9 62 0 04 04 24 1 4 1 0 1 0 1 7 5 ( 无钢丝) 1 0 8 6 3 82 4 14 14 7 2 8 8 1 0 1 8 1 ( 钢丝) 1 1 0 8 12 0 04 04 05 1 9 4 2 1 0 1 8 2 ( 钢丝) 1 1 6 0 1 82 0 04 04 05 4 3 8 3 1 0 1 8 3 ( 钢丝) 8 1 9 1 32 0 04 04 03 8 3 9 7 1 0 1 8 4 ( 无钢丝) 7 3 9 5 72 0 04 04 13 2 9 9 7 1 0 1 8 5 ( 无钢丝) 8 3 0 2 22 0 04 14 03 7 9 6 7 试件破坏时的抗弯拉强度公式为： = 器 第三章加布锚又丝沥青混凝土室内试验 其中：1 1 一试件的跨径，m m p b _ 试件破坏时的最大荷载，n 卜跨中断面试件的宽度，m m h 跨中断面试件的高度，m m 试件1 0 5 锚头形式为铁丝小螺丝帽，预加力为l o k g ； 试件1 0 1 0 锚头形式为钢丝焊接角铁，预加力为1 5 k g ； 试件1 0 1 7 锚头形式为钢丝焊接角铁，预加力为l o k g ： 试件1 0 1 8 锚头形式为钢丝焊接角铁，预加力为1 5 k g 。 3 3 1 3 疲劳寿命试验数据 试验数据如表3 9 ： 表3 - 9