（道路与铁道工程专业论文）旧水泥混凝土路面维修改建设计理论分析.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 水泥混凝土路面与沥青混凝土路面是公路路面的两种主流形式 2 0 0 6 年 5 筵l s 秘交i 藿部发布夔 2 0 e 5 零公路拳运交逶行鲎发袋绞诗公缀 表明 截 止2 0 0 5 年底 全国有铺装路面5 3 2 6 9 7 公里 躲中水漏混凝土路面3 0 6 6 2 2 公誊 占5 7 5 6 我禽东混滢凝 路谣酶嚣蘸路羚较长 在长麓阻来怒蔽运 输的破坏性作用下 大量的水泥混凝土路面需要进行缎修 由于国民经济的 迅猛发展和交通爨的急嚣 增蕊 许多求混混凝主路面的损伤破环目益懑化并 亟待维修重建 随着社会对环保要求的提高 漏凝土路面的再生利用融经成 为国内外路面工程研究的重要内容之一 因此 开展旧水泥混凝土路黼维修 缀构与材料设计靛研究热有重癸的社会经漆意义和广泛豹应用裁景 根攥旧水泥滟凝土路面的破坏程度 目前 国内外常用的旧水泥瀹凝土 踌嚣改造援麓主要有 辍镳毅水泥混凝 嚣艨 搬镶沥青混凝土瓣层 旧水泥混凝土路面翻修 本文详细地介绍了水泥混凝土路面损坏状况调查 鞠评徐方法 以敬褥确定维修对篆彝麓镧层设计熬第一手姿睾晕 裂蠲三缝有 限元计算程序a n s y s 对水泥混凝土路诼词层底面的最大拉应力进行了仿真计 算 怼黪嚣结鞠设诗采鬻辍元矮痔诗算方法进行了一黧深讨 分褫了 秘混凝 土路面上加铺沥青层产生反射裂缝的机理 防治措施 利用成都市道路改造 产生靛缓赛滢凝土破癸成荐垒鞭集辩 分析了褥生程集辩酶物毽 力学淫能 此外还配制了再生混凝土 对张生混凝土的性能的进 步试验研究表明 其 搽有一系剜的高性能 施工和荔性好 翠期强麓高 离抗压强度 高撬折强 度 良好的耐久性 这表明 l 翻水泥混凝土路两的材料再生具有广阔的发展 空阊 关键谒 水泥混凝土路磷 沥青加铺屡 反射袈缝 群生灌凝土 再生骨辩 西南交通大学硕士研究生学位论文第ll 贾 a b s t r a c t 翮1 ee e m e n te o 囊e 娥ep 8 v e m e 建t 黼d 攮e a s p h 鑫弧 驸蹦e n ta r et w om a i nt y p e s o f 珏i g 羹w a yp a v e m e 鞋t si no wc o u n t f y 转y 像ee n do f2 0 0 5 t h e r ea 代 5 3 2 6 9 7 慕i l o 獭e t e rh i 薛w a y sw i t hp a v e ds u 壤l c e o f 埘l i c h5 7 5 6 o r 3 0 6 6 2 2 一k i l o m e t e fr o a d w a y sa r ep o r 娃a n dc e m e n tc o n c r e t ed a m e n t s i ts h o u l d b ep o i m do u tt h a tan u m b e ro fm e c o u n t r y sp o n l a l l dc e m e n tc o n c r e t e p 8 v e m e n t sh a v eb e e nu s e df o ra1 0 n gt i m ea i l dd i s t r e s s e db yt h eo v e r l o a d e d 蜘m s p o r t a t i o na sar e s u ho fi n t e n s i v e l yc o m p e t i t i v et r a n s p o r t a t i o nm a r k e t s a l l t h o s ec e m e n tc o n c r e t op a v e m o n t sa r ei nu r g e n tc o n d i t i o nw a i t i n gf o rm a i n t e n a n c e a n d o rr e h a b i l i t a t i o n a sr e 邸e s t e db ym ec o m m u n i t yt oe n h a n c ee n v i r o n m e n t 8 l p r o t e c t i o n t h er e c y c l i n go fo l dc o n c r e t ep a v e m e n t sh a sb e c o 搬eo n eo f 搬e i m p o r t a i l tc o n t e n t s f o fd e e p l yr e s e a r c ho nt h ep a v e m e n t 霉t 拄戤e 躺dt 牲e r e c y c l i n gm a t e r i a 王 i tw o t l l dp r o m o t e 健地a d v 8 n e e 越l e n lo ff 建8 i l 建a i 魁i 壬l gl b e o yo f t h ee o n e f e t ep a v e m e 越s f r o m 瞧ew i 如蹄羚醚雄p l i c 懿i o n p r o s p e e i tw i l l s i g n i 呈e a n t l yb e n e 曩t 攮ee e o n yo f 纛 s o c i e m a c o 秘d 量髓gt o 瞧e 如m a g ed e g f e eo fo l de e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t a tp r e s e n t t h e r e 嚣e 氆f e e 羚h 矗b i l 缸a t o nm e a s u r e sc o m m o n l yu s e d f i r s t p u tu pn e w c e m e n t e o n e r e 耄es u f 沁e s e c o n d p u tu pa s p h a l tc o n c r e t eo v e r l a y n l i r d r e b u i l dc e m o n t c o n c r e t ep a v e m e n t t h e 如t a i l e dp r e s e n t a t i o no fac e m e mc o n c r e t er o a ds u r f a c e d m l a g es u r v e ya n da s s e s s m e n tm e t h o d st od e t e r m i n et h em a i n t e n a n c oa p p r o a c h i n c r e a s e sa c c e s st ot h es h o pf l o o rd e s i g nf i r s t h a n di n f o r n l a t i o n t h ep r e s e n t p a p e rs e l e c t st h et h f e e d i m e n s i o n a lc a l c u l a t i o n a lp r o g r a ma n s y sc a l c u l a t em e m a xs t r e t c hs t r e s sa tt 1 1 eb o t t o mo ft h es l a b i t sh e l p f u lt ou s et h e6 n i t ee l e m e n t n l e t h o dt od e s i g nt h ec e i l l e n tc o n c r e t ep a v e m e n t t h ep r e s e n tp a p e ra n a l y s i sl h e t h e o r yp r o d u c i n gar e n e c t i o nc r a c k so ft h o l dc o n c r e t es u r f el a y e ro fa s p h a l t 堕旦竖 唑翌 型 鉴竺 墨 竺竖堡至 篓呈塑 譬 鉴翌壁 壁 翌 鹜 西南交通大学硕士研究生学位论文第j l 页 c o n c r e t ei nc h e n g d ut op r o d u c er c a r e c y c l e dc o n c r e t ea g g r e g a t e a i l a l y s i s t h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lf 色a t u r eo fr c a t h e nm a k et 王1 er a c b ya n a l y z i n g e a c hc o m p o n e n to ft h er a cm r o u g hm a n ye x p e r i m e n t s t h er e s u l t so ft 1 1 et e s ti s s a t i s f i e d t h er a cm a d eb yr c ar e a c h e so u rp r e d i c t e do b j e c t i v ea n dh a sa s e r i e so fh i g hp e r f o r m a n c e e a s ym i x h i g he a r l ys t r e n 昏h h i 曲c o m p r e s s i v e s t r e n 舀h h i g hb e n d i n gs t r e n g m g o o da g e i n gr e s i s t a n c ee t c t h i ss h o w st h a tm e o l dc e m e mc o n c r e t ep a v e m e n tr e n e w a b l em a t e r i a l sh a v eb m a dp r o s p e c t sf o r d e v e l o d m e n t k e yw o r d s p o r t l a n dc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t a s p h a l tc o n c r e t eo v e r l a y r e n e c t i o nc r a c k i n g r e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t e r e c y c l e dc o n c r e t e a g g r e g a t e 嚣赢交鼗大学矮士磷究燕攀撩谂文赘 羲 讲究背豢 第 耄概述 稳着公路交邋攀照麴邈速发凝 承游瀵凝 嬷嚣 凌予冀疆壤离 嚣g 淡大 扩数薅载能力强 稳定犍鲐 戳久牲麓 黪护赞溺低簿特意 越来越被广大公 籍建设者所喜爱 邑浅淹高等缀公辩鼹籁的霪簧黧蕊之 鬣爨上 凭埝怒王渡发达国家 还怒发鼹中强家 对于东提混凝主潞褥修 筑技术 一囊部在遴孬磷巍稻蕊缝 使箕蕴技术上器臻突善 祷聚爨凌麓等缎 熬交通韵道路上 永溅濑凝土鼹谶褥劐了竣捩的靛照 铡麴 荑闺在l 筵鼹瓣酌 窕罄中 对予交遴繁忙 汽车鼗霪羹蘧大麓瀵露 受多魏逸耩承滋灌凝主爨嚣 谶几年荑藩程灏燕鹃 承受蓬交遥鹣嵩遮公路中 霄弱黼靛憩鞲邋照积 溉麓一 缀联爨资韵遂鼹 慕臻承泼混凝 薅嚣 在菠嚣 0 年戳露猩修建鹣童予邋 鼹串寄2 2 舞水混漫凝 路释 京法国 是1 9 7 2 年以来 每年新遵于鼗邋路中 永潦瀑凝土路褥艨毒匏激霪乎鞠必i o 在翔拿大 求混涎凝土爨囊占赢缀赣蕊 斡玩耋 l 鼢5 年为s 5 冁 劐l g 巷2 年掇囊剿1 0 琏辨上 在麓本 您遮公路串东溅 滋凝 潞疆躺 铡终占l 溅 建弱苏采 我鬣翻求溅混凝 舔鬣褥到了鞠巍迅速煞发矮 褥聚避矿出公 路及嚣交邋邋鼹 大量罴瘸了j 4 混滤凝主鼹西 涎每粢 国予饿覆洒鬻供纛不 是 嚣糯浚了葵菠震邃澄 2 8 酾年5 其i 8 蠢交逶都发布鹩 2 0 年公籍东运 黛邋行渡艇疑统计公掇 褒瞬 簸止2 s 年疯 全豳泰铺装路鬻5 3 2 6 9 7 公零 葵中承涎混疆土赣嚣3 0 6 2 2 公羹 占5 7 5 s 窳遮瀑凝主繇鬣麓遮獯笈袋 裰大赣囊鼹避了公鼹交道鬻簸的滚勃笈蕊 掇藏了我鞭公鼹黪蠢嫒餐 趱强了公 路瓣摭震稚力 浚誊了公路嚣攀条绺 挺离了察货运输效盏 赘寐了蹙太弱攮 念效蕊熟经济效益 然程 褰溅势辑我嚣公鼹鬟兹巍霉承漉混凝 鼹甏的变暹帻凝 技术姨骥 酾莽护以及谴两状况 仍存在不少鹅爨 懿一戮旱麓修建静承浇混凝 疑藉丈 都烈了溅挨遗蒸馊鼹警限 黻鬻予懑现结棱悭酸j l 或鞠娆性辘戳 严整影峨了 公潞嫠褥矮爨 傻褥葬护王 搴越塞越羹 券护赞霹遴每瑷躲 糍整甚至弱了惑 霰魏造输段 璐域蹬段 隧麓公踺交遴爨穰蕴增熬 轴戴精益爨裁化 谯褥遗 麓蘩建瓣农淀瀑凝主跨蘧程避攀蓉不弱蔻年躐爨短辩秘疆魏不溺簇菠鼹餍舔沉 疆南交通大学硕士研究警学幢论文第2 页 降 断扳等结构性破坏 水泥混凝土路砸不同于沥青路面 一旦开始出现局部损坏 若维修不及时 或葬护不当 会遴一步撩强本淀浚凝 爨嚣戆酸舔 蠢诧 大量旱羯秘 l 莛期修 建的水泥混凝土路西都将面崎暇暇的翻修改建的任务 深入开展旧水泥混凝土 路面的破坏机理 维修技术以及补强设计方法的研究 及时修复已损坏的水泥 混凝土鼹丽 尽快解决生产实际中的问题 对于保证公路运输畅通 完蛰水泥 淫凝主鼹嚣静维修方法及蔑程等鄹兵有重要意义 根据旧水泥混凝土路面的破坏程度 目前 国内外常用的旧水泥混凝土路 面改造措施主要有 加铺新水泥混凝土面鼷 加铺沥费混凝土面层 旧 求混瀑凝土路嚣熟修 邋常 加铺薪水泥混凝主西朦阿厚度一般不低于2 0 c m 工程造价较商 而 且新铺水泥混凝土路面养护期长达2 8 天 对交通影响很大 因此 难以应用于 交通繁忙的路段 嚣泰涯漫凝 爨瑟上翔镶溺蠢浸凝 凑予 霾求漉滋凝主路瑟挺袋了较稳 定 避实的基层 沥青混凝土路面提供了一个抗滑性能以及严整度好 绒护简 单的面层 因此大大改善了路面的使用性能 同时又可以兔分的利用旧水泥混 凝土路蕊 而且具有造价低 施工难度小 对交通环境的影响小 以及修复周 期短等优点 嚣诧在国雨羚豹l 嚣貉改造工摇中褥弱了普遍森震 对于翻修措施 其旧板破碎 运输 废弃均需大量成本 对交通和环境影 响也非常大 而且总成本很高 一般用于旧水泥混凝土路面损坏相当严艇 无 法烟镳沥毒混凝土帮承淀混凝土缕褥的绩援 竣建于路嚣撂离严禁舞裹豹缝段 水泥混凝主路灏到达英使髑年限 或者黧缝原因破坏 需要重建时 现在 的一般做法是破除并废弃旧的水泥混凝土面层 修补基层厨 重新进行铺筑 破除的旧混凝土往锻作为建筑垃圾被丢弃 这样就引发了许多闻题 如废料丢 弃及毅建i 莲鼹瑟霰糖糕夔开采豢寒豹嚣壤溺爨 鞋及运辕耧处理疲糕豢采基丈 的经济浪费 粗集科的开采和运输带来巨大酌人力和物力浪费 导致总体经济 效益和社会效益下降等等 馨予以上基本豢实 如巢把破除的旧水溺混凝土在施工现场破碎 俸为辍 集辩褥次裁溺将产生鞠显静茬会鞠经济效盏 遴免了享圭会滚源静浪费 圆j 遨 旧混凝土的再生利用技术格外引人注目 具脊广阔的运用前景 1 2 阑内外研究现状 疆赢交通大攀硕士研究生攀位论文第3 贾 1 2 1 有关旧水泥混凝土路丽状况评定的研究概况 驽灸 霾枣泥混凝主臻垂凌嚣浮定瓣簪 囊王穆 国癸开袋懿较旱 特溺是美 国 对水泥混凝土路面状况评定的标准和方法进行了大量的研究工作 并己建 立了一热实用方法和标准 其它阑家 如加拿大 日本等国 也作过类似的研 究 但掰霄这些方法那是基于他们本国的路薅状况和有关工稷师及使用蠢鳇意 觅 因霭都有稳当大静弱限牲 我图在这方面的研究起步比较晚 有关单位也己对此类问题进行了研究 空军后勤部工程设计局主要针对机场路面进行了路况的调套鞠测试 井作了相 应豹礤突工终 1 2 2 水泥混凝土路面的破损及维修问题评定的概况 对水泥混凝土路面的破损及维修问题 国内外都非常整援 并进行了大量 戆磅究 取褥了毫熬熬成栗 国外开展这方面的研究较早 如美国联邦公路管理局在1 9 8 5 年根据研究成 果已出版了 水泥混凝土路面修复手册 该手册在混凝土路面的排水 垒深及 部分深发裂缝的修 1 日混凝土路薤李孝料酶爵生利用等方嚣郄做出了具体魄援 定 对赢l 珏承漉混凝土路面上加镳沥青瑟层静研究开震鹃墩泷骏早 5 0 年代初 期以多条试验路研究为基础 提出了混凝土路丽差额概念的沥青加铺层厚度计 算方法 w a t e r w a y 试验中心又在试验验证的基再出上予1 9 8 1 年进行了修正 并提 塞了动力醒l 凄模量法耱弹洼层凝联论法蘧静熬铺凄设诗方法 矗a s 漆0 建诗方法 是通过等效结构数柬确定加镳层榉度 萁实髑性已被世界所公认 谗多理论方 法的计算结果都与其j 浆行参照对比 日本的t a 法与a a s h t o 方法也大同小异 此外述肖如a i a r e 法等 俄国 欧洲的许多学者也采用弹性层状体系理论 线簿瞧断裂力学 爨蒙瑾等霹鼗逶孳亍了诗嚣分辑 箍窭了各鑫豹理论方法 这些方法通常能够结合当地的实际情况给出合理的设计结粜 但与我国传统的 理论方法相差较大 不能照搬 只能在理论分丰斥的基础上参考借鉴 对予搬厚层理 仑赡研究 即双层漫凝士投的应力计算瓣题 美国陆军工程 兵最荦予1 9 弱年撬渤了一个半缀骏公式 1 9 6 年苏联j n r o p e 根攒滔静不 同厚度和强度的混凝土板抗弯力矩相等 找出了两者之间的当量换算关系 进 而提出了混凝土加脬层的计算公式 1 9 6 1 年苏联s c b o r c o b c k n h 替利用 题南交通大学硕士磷究生学位论文第4 页 b h k e m o h k n h 的链杆法 求解弹性地基上双层扳的计算问题 但由于计算十 分复杂 没有得到推广应用 对于作用有轴对称垂直荷载的弹性地基上分离是 无限大双层板问越 s n r o r a h 于1 9 6 2 年提出了理论计算方法 使双层板转 化为革层板的问题 e i s e n m a n 将两层混凝土换算为当量单层混凝土路面以后 代之阻板粱体系 强计算各层豹弯曲皮力或厚度 福阳正假设板在荷载作用下 产生筑弯虢交形 据戳计算板的弯曲成力 r a y 翼n 近似取要求的单层税厚度与原 舂扳黪之蓑为艇露层簿塞 综上骄述 霹黻褥戮 双层濑凝 板的应力计算涌 题 嚣乡 只解决了分离式双层板辘对称瀑题翡解耩解 蔼结合式稻部分结合式 双层投贝4 鼓者采是了篱他假设 绘出涯儆熬熊答 或者还在探索中 西挠至今 欧美和苏联等国家 烟厚层设计仍以采用半经验公式为主 这些半经验公式黔 特点是形式简单 计算方便 但京们部不能考虑双层混凝 板的实酝内力分奄 状况 因瓶必然导致不够合理的结果 为此擐要从理论研究入手 从根本上解 决加厚板设计问题 我国从8 0 年代中期以来 在进行混凝土路面设计和施工技术研究的同时 对水溅混凝土路面的养护维修技术也进行了一些研究 如江苏 浙江 广东 河j t 等省公路部门在混凝土路面修补丰才料及工艺上都进行了一些研究 研制出 了强系甍混凝土路谣浃逮修补嗣 霞川省也在混凝土路面破损快速修补方面进 行了一些探索 僮出予这些磷究炎镶霾予混凝土龉面破损的修年 橱料和修补方 法 露对路垂瘸害产生懿器嚣其遴行了一些篱擎静癌缡 很少涉及对病害产羹三 的原因进露系统 睦定量分援 练会性戆处治方法磺究基本没鸯开展 2 3 杏关l 舀水泥混凝 路鬣再生利用的衙究概况 自从第二次世界大战结束之艨 对水渥混凝土的再生列用在美国 爨本 澳大利亚和欧洲 些阑家成为一项重凄课题 弓l 起广泛的关j 笙 若在很大程度 上得到了应用 目前 将r c a 再生集料 下间 应用于公路建设主要是基于经 济方面的考虑 因为对旧混凝土的再生利用可以有效地减小运距 并且 用相 对便窘的r c a 代替部分天然集料 可以大大降低工程造价 与此同时 出于土 趣资源有限 弃土堆等建筑废料溃埋地越来越紧张和昂贵 对环境的考虑也是 磷究帮铡灞贰a 鹩室簧原因 当前 r c a 主要鞭瑶于路面基层 路肩 多孔粒料 壤方 在极少情嚣下 遣被焉于薪建求泥混凝主两层 篱内终帮分磷究残暴使用致褥生集糕是蠹试验室菇羹韵深 圭混凝土锻碎得 题南交通大学硕士硪究生学位谂文繁5 夏 到的 这样的再生集料虽然与实际再生集料有一定的相似性 但肯定有一些不 同之处 与工程实际有一定的差躐 因此 本课题所用髯生混凝土集料均取自 实际使用路段 近年来 一些发达国家相继制定了再生集料的质量标准和使用规程 国内 关于蒋生糨集科基本髋能的研究已有所开展 但尚未制定出相应的标准或规稷 捅之秀生襁集科本身酌随梳往和交弄槛 故仍需簧对其摹本住能进行系统的研 究 5 0 年 弋及6 0 年代拐 壁券上一些经济较发达懿爱家淼开始大撬模兴建重载 交通巅等级道路时 修建了部分式淀滢凝 遂路 这烂道路到了8 0 年代嚣期 多数路厦产生不固形式的损坏 因此 现蠢路凝憨蓁妒与修复裁戏了8 0 年代东 泥混凝 路面发展技术中的一项重要内容 水泥混凝土露生利用技本也魏因应 而生 目前在国外已有相当数量的研究和实黢成果 1 美国据美国联邦公路局统计 美图现在已有超过2 0 个州在公路建设中 采用r c a 2 6 个州允许将r c a 作为基层材料 4 个州允许将r c a 作为底凝层材料 将r c a 应用于基层和底基层的2 8 个州级帆构中 有1 5 个制定了关于r c a 的规 范 密歇穰翔交道厅在2 0 毽纪鞠年代裙和瀚r c a 重建了几条州际高速公路 寄两令暴邈馊1 缛l 粥 尽管天然集料被议为质鬣更高 而且价格趣不魄髓a 毫多少 健天然集料商懿候备辩爨难 运距狠远 螽莱不踅复利鬣 韬酌路面 捞料 只姥用来埃埋 这是然是浪费资源 用r c a 硷重锇的路段盘予撬冻融循 环能力较麓 愿存在d 型开裂的蝴题 要降低r c a 硷对这 阀题戆敏感发 翳 的路段材料须被破碎成较小的粒镪 横向裂缝霄对是出予路嚣收缀引起粒 因 为r c a 砼含有新旧砂浆 因此收缩系数较大 虽然大多数r c a 硷路霞性能是可 以接受的 但这类路面有的损坏速度比预期的要快 可以观察到的 征兆之一是 直的垂直裂缝 其表面粗糙度戏弯曲度较小 室内试验总共做了3 5 块板 分别 采用天然卵石 石灰者 r c a 和矿渣 并配有不同类型 数量和拉力的钢筋 每 块板成垒2 8 d 后进行试验 成壅1 8 h 后在板的中部制造横向裂缝 将板嚣于试 验檠上对中 模攒产生重翟汽车静荷载 循环加簸 记录荷载 变形和裂缝宽 震 鬟裂扳瘫靛铺荔被摄凝为盘 该疆究分章行了不同路鬣材糯荷簸传递对裂缝 增办瑟速率的影瞧积设诗参数 罢到懿结论是 在耀同条件下 一般来说 天然 集料 熙虿秘石荻炭 的性能优于襄e a 尽管天然集糙和r c a 之润存在差异 被研 究的几个因素显示 可以通过修改设计方法卷增强r c a 骏鲍性能 最理想懿方 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 法是设计出能使混凝土增强的混合料 或通过结构设计来降低路面应力 混合 料和级配设计是再生混凝土集料性能的一个重要因素 只要级配有利于混凝土 增强 含有较大的粗集料颗粒也能改善横向胶结和裂缝的粒间作用 掺有相同 或较大粒径天然集料的r c a 砼的性能也优于纯r c a 砼 可以通过以下几个结构 设计依靠集料嵌锁力来增强r c a 砼的抗开裂性能 增大基层的硬度 降低 板的拉力 增加钢筋 使用变形钢丝网 用铰链结合 1 9 8 5 年 堪萨斯州交通厅开始着手进行r c a 的研究 回收旧混凝土作为集 料用于新建水泥砼路面 一条普通硅酸盐水泥砼路面在使用了2 5 年之后 将其 破碎制成r c a 作为集料用于新建水泥砼路面面层或水泥处治基层 在研究过程 中 一共修建了四个路段 其中 a 和b 完全采用天然集料 c 为天然集料混凝 土面层 r c a 水泥处治基层 d 为r c a 混凝土面层 r c a 水泥处治基层 其路用性 能被观测了近1 0 年时间 现场勘察显示 在采用r c a 的两个路段中 c 段的 强度值更高 d 段具有最好的行驶性能和表面摩擦 其垂直错位比其他三个路 段都要少 c 段和d 段的强度值较之a b 段要略为偏低 研究认为 将旧混 凝土再生作为集料用于新建水泥砼路面面层或水泥处治基层 在技术上是可行 的 佛罗里达州交通厅试图使破碎的旧混凝土在最大程度上得到利用 因而在 改建路面的施工现场对其进行再生利用 研究人员对r c a 的各项性质进行了测 试 拼且在佛罗里达大学的加速试验环道中进行试验 测试含有r c a 的路段在 实际双轮荷载作用下的性能 室内试验首先对r c a 和天然集料的物理性质分别 进行了测试和比较 然后按照6 种不同的配合比制成水泥混凝土试件 测试其 抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 在9 个试验路段中 4 个为不同厚度r c a 基层 上修筑柔性路面 另外5 个是r c a 基层上修筑刚性路面 9 个路段均作用有连续 双轮荷载 由此研究r c a 基层在典型横断面处的特性 同时 研究人员也在努 力确定切实可行且可靠的指标和规范 研究的r c a 具有同天然集料相比非常优 良的性质 并且能满足大多数道路机构对混凝土集料的规范要求 室内试验表 明 柔性路面基层材料中是可以掺加r c a 的 俄亥俄州交通厅对r c a 在刚性路面中的应用展开了研究 在两个室内试验 路段中 一个选用天然集料 另一个选用r c a 并对路面性能进行了测试 研究 人员得出以下结论 在新浇筑的混凝土中采用r c a 是可行的 细r c a 不宜 用于工程实践 因为它的吸水率太高 在施工前应测定r c a 混凝土混合物的 初凝时间 基于对施工后的观测 推荐进行以下试验 路面状况视觉观测 嚣藏交通大学硬 磷突生学饺论文繁7 燹 抗滑试骏 粮糙度试验 弯沉测试 调粪横魍裂缝的成豳 毅攫磁哥列立大学遇 遣室内试验磷究了r c a 綦层在耋复挠麴耱载 擘题下魏 弹性模匿和疲劳特性 主溪结论是 加筋试件的平均永久累积度变是非加筋 试佟的2 0 多倍 黧示了奁重复簿栽下延度的明显增长 在重复萄载下 大多 数试件的动弹性模基缓慢降低 损伤程度最多达到2 5 时就开始或接近破坏 奁基层材料中掺蜘4 按熏量计 的纤维对减小疲势损伤的积累速度是有效的 2 日本圈本由予国土面积小 资源相对匮惹 阂i 匕将建筑垃圾视为 建 筑戮产品 分霆褫将凌弃混凝主佟为胃再生资源渐开发翻用 旱在1 7 7 年 三l 本致府蕊制定了 再生集释帮荐生混凝主使用勰范 并相继在释地建立了以 懿理混凝 疲雾物为主熬器生攘工厂 铡定了多壤法巍来保涯孬生滠凝 靛笈 晟 魏羚 目本逐对髯生混凝主瓣踱隶经 强疫 配合魄 牧缩 耐冻校等遴 行了系统的研究 3 蕊兰代夫特璎王大学夔手进行了r c a 磷巍 羹点是磷褒蠢结合辫萋滋 中掺有r c a 时 其特性与级配 混合料组成等因豢的关系 大量三轴试骏结果 表明 豢级酝中细料食爨大 则表现出较大弱糕结力 牯缝力也受养护对阉 缴配组成等因素的影响 而所有的影响因索中 腿实度对粘结力的影响最大 高r e a 含量簿教模羹值的增大 养护时间也会辩其产生一定影响 蕊最大的 影响因索仍然楚隘实度 抵抗永久变形的能力羹要受级配 压实度 混合料 缝戒等透素静影晌 其中 压实魔产生的彩酾最大 混合料缀成次之 级配影 璃最小 4 壤罗瓣饿罗赣o s 藏鞠g a 2 i 大学熬磷究者整藿磷究了r c 矗混凝 豹藕l 含魄 设诗 三l 及辫挎混凝 懿特瞧 德辩确定爨隧r e a 台鬟不弱 弹程模爨和翻发韵变 化 研究还发现 r c a 混凝 的密实度裘现出与罄遐混凝 相爱弱特性 r e 盎懑 凝 鲸密实度是蠢 予蓄逶漫凝主的 蘩拌r g 矗混凝主的帮荔经较憾 这楚鑫 予鬟c a 的高吸水性引起的 随着r c a 食量在混仓料中的增大 r c a 混凝 的抗驻强度和 弹性摸爨都逐渐减小 5 澳大刹诬从2 0 世纪8 0 年代末开始 墨尔本和悉尼簿城市开始利用r c a 磷褥 据估计悉趱每年有大概4 0 万吨 筒混凝土被褥生剩爝 墨尔本则每年有3 s 万吨 在格星菲思大学 研究人员抿抗骶强度从1 5 7 5 m p a 的旧混凝士破碎之后 耋耨缝合盛餐合墓凄孝蕃辩撬范蘩慕豹缀配 三辘试件在嚣实薏承受一天的重复 费截 试验表溺 l 嚣滋凝主静抗疆强菠 r 醣中软弱物质含量和r c a 的片 欹指数 对回弹模爨有藁要影嚼 其中娥羹要熬是破碎瓣缡合糕中软弱裼缓帮片状耱矮 西南交邋大学硕士研究爨学位论文第8 页 含量 所有研究结果表明 只疆生产出的r c a 能始终满足质量标准 则完全可以 作为一糖基层蠛底基屡材料 磷究人员认为r c a 的性能宠全可以与用佟基层材料 的天然集科稻娥美 与其他材料楣眈 良好级配的r e a 慕层在较低的应力下甚黛 有更高的回弹模量 这是由于r c a 混合料中有束水化的水泥的原因 研究还发现 蟊混凝 的撬压强度和淀台耱中软弱耪屡含羹辩永久变形也鸯重要影褊 我国在五六十年代便开始修筑水泥混凝土路面 到了8 0 年代 随着修筑照 程懿增长 实藏经验瓣积累 搴毒学磅窕蕊深入 承淀混凝主潞嚣静修蕊技零邋 步改进 质量不断提高 水漏混凝士路面得到了较快的发展 尤其是在城市道 爨中 大量采蘧零涅溅凝主爨嚣形式 特裂是交逶郝1 9 鹳竽攥广国家零萼委技零 委员会科技工作引导性项目 我国水泥混凝士路面发展对策及修筑技术研究 残果以来 我鼹承泥漫凝土路嚣发震鬣今己达1 3 0 0 0 多公里 阕内早期 7 0 年代以前 修筑的水泥混凝土路面 设计强度低 面板厚度 薄 这些路蕊在行车穗载和环境因素作用下 有的修建不久馒出现破坏 有姻 已超遵使用年限 大多数进行过覃面 修 b 或改建 随着我国经济的快速发展 渠化交通的形成 这种水泥溉凝土路砸已满足不了载重交通的要求 使之必须 进行改建或重建 予建水泥漓凝土路谣板静藉生秘爝技术疆究也就函应面生 在我国 水泥混凝土路面再生技术中主骚应用的是现场再生技术 即破碎 或耪褡瑶寿爨嚣 然器将破碎或耪薅器的臻蘩溺终赣鼹瑟缝鞠中熬蘩绥或藏罄 层 在我国公路养护维修中蒋遍采用的是这 种做法 而对于将旧水泥混凝土 玻磅竣粉醇蠢载簿块躅 乍薮圭 誊混凝 戆集糕 在一些羧建或黧建工稷顼萎中瞧 有所殿用 铡如 合宁 合月墨一黉京 高速公蹲采用r c a 乍为瑟搏混凝土的集料寒淡注 混凝土路面 合宁高速公路垒长1 3 3 5 k m 路面为水泥混凝土 于1 9 9 1 年建成 通车 随着交通量的增长 使用年嫩的增加 路蘧出现了不同类型的瘸害 每 年路面维修工程量约为9 万 l o 万m2 产生f 鹾混凝土约2 万 3 万m 3 为藏 在养护维修过程中 根据高速公路快速通行的特点 r c a 砼得到充分利用 并加 入辛强裁 达到快速通行静瓣的 施工前测试了r 激的表鼹密度 啜永率 锌 片状颗粒含燮 压碎值 坚阎性和冲击值 并且充分注意了集料的最大粒径和 缓醒 雳r c a 代替天然集辩 r 矗酶鬟蔫率兔8 麟 簿年的缝掺工程爨舞9 蠢 1 0 万m2 则节约集料的运输赞用为1 1 7 万 1 3 0 万元 同时 节省了废料占用 夔 媳费舅终6 7 万 5 万元 这嚣醺节雀了大量戆葵护资金 又套利于骂壤绦 护 获得了良好的社会经济效益 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 此外 在3 2 0 国道 嘉兴至海宁段 一级改建工程中部分地段用旧水泥混 凝 破碎躐狯痒嚣静碎块警 乍集料 徉制了e 3 0 混凝土潞面叛 目前 我国道路旧水泥混凝土的再生利用研究和运用工作刚刚起步 对旧 混凝 静疆救嚣蠲还未霉l 超人稍怒够懿重视 滏来在实黼工程中大藏搂运羁 只有极少数机构和单位对r c a 的性质和威用做了初步研究 上海 北京等地区 懿一些建筑公霹怼建笺逾毅豹圜牧刹嚣氇终了一些有蓥懿尝试 慈豹寒漉 我 豳对再生榘料混凝土的研究较晚 但现在也已成为混凝土研究领域中的一个热 点 有些离校 科磅院艇躲磅究工作褥到了相关部门的资助 莠取褥了一定我 研究成象 例如上海市科蠢己经拨出专项资金资助同济大学进行这方面的研究 国内建筑垃圾循环露生集料的应用大多处于试验 谟慎使用的状态 缺乏 较系统酌虚再基础研究 技术上也缺少较完善的再生集料和再生混凝土技术规 程 标准 同时阑内研究成果表明 荐擞混凝土与普通溉凝土在原材料 配合 魄瞄及施工工艺等方西帮在重要瀚差剐 现行营通混凝主静标准 规范辞不适 含再生混凝土 其次 由于水泥 集料与国外使用的水混 集料在成分和性能 上差别较大 嚣露不髭童接楚震鬻井豹露关挺蕊 最惹 再皇集糕箕有笈杂萑 变异性的特点 备个地区的再生集料具有其各自的特性 因此 如果想在我国 瘦震再生涯凝 技术 较系绞逮怼我国露生集耪秘霉生集糕浸凝主进行蒸磁性 能的研究就十分必要了 3 研究内容 方法及技术路线 1 3 醑究内容与方法 瓣l 墨拳溅瀑凝 鼹瑟戆状嚣遗辩浮定 嚣农泥混凝 踌溪戆凝凝谬定楚 旧水泥混凝土路面加加铺层设计的重要慕础 它包括路谢结构性能评定和路面 馒用性熊谔定 鼹耍结橡性能调焱和评定的尽的是 了鼹路嚣黪物理或继梅状 况 评定它对当前和今后使用要求 承载能力和使用寿命 的邋应程度 以便 确定需采取修复措施的路段和方案 制定葬护政策和编制养护计划 并为毒 强 设计提攥依据和数据 2 新建水混混凝土路面受力的有限元分析路亟结构对于作用荷躐的嗨 廒 是蹿露籍梅设诗浚纂本依旗 鸯了桶清求混漉凝土路面的破坏辊毽 剥孺 三维有限元法对新建水泥混凝土路面层进行仿真计算 西南交通大学硕士 i 究生攀位论文第1 0 页 3 壤1 日水泥混凝土用于公路路面的再生利用研究废旧水泥混凝土用于公 潞路嚣载褥生翻鲻研究包括三个方瑟酶工作 对荐生集辑静毪髓迸幸亍评债 再生水泥混凝土的配合比设计 c 2 5 c 3 0 再生水泥混凝土物理 力学 拣震试验与磅究 该部分瓣磅究方法懿下 1 按照 公路工程集料试验规程 j t j 0 5 8 2 0 0 0 的要求 对再生榘料的 啜度摆拣 硬度攒拣及颦霾蛙等遴行试骏 分辑褥生集辩豹健戆彩稳固豢 在 此基础上初步建立再生集料的性能评价指标体系 2 通过镣分 按照 公路工疆水淀混凝 试验蠼程 j t j 0 5 3 一9 4 懿要求 对再生集料级配状况进行评定 3 按照 水泥混凝土路厦施 i 及验收规范 g b j 9 7 1 9 9 4 选取设计参数 设计再生混凝土的强度等级 对备强度等级再生混凝土的配合比进行设计 4 根据 公路工程水泥混凝土试验规程 j t j 0 5 3 9 4 的标准 对褥生混 凝 豹抗征强度 抗辑羧度 凉融循环 吸水率等指标避行试验 以验证其强 度及耐久性情况 1 3 2 技术路线图 磺究敢技术路线强如蚕l l 艨示 西南交通太举硕士五嚣究生学位论文第11 夔 圈卜1 技术路线阔 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 第2 章路面使用状况评定 旧混凝土路面补强设计是在对现有路面结构性能做出确切评定的基础上进 行的 补强设计成功与否的关键是对旧混凝土面层损坏原因的正确分析以及对 其结构状况和承载能力的确切估计 只有情况摸清和分析透彻 才能设计出经 济合理 技术可行的改建方案 而要做到这一点 需投入比新建设计更多的精 力和财力 进行细致的调查和测定以及详尽的分析工作 然而 管理或设计部 门往往对此认识不足 因而 使加铺层或补强设计缺乏针对性 使用效果不佳 为此 本章详细地介绍了路面的损坏状况调查和评价方法 以及路面的结 构状况和承载能力试验测定和评定 为合理评定路面使用状况及合理补强设计 提供理论依据 2 1 路面使用状况评定方法 现行旧混凝土路面状况评定方法是通过1 程技术人员对路面结构的完整性 和表面功能进行全面目测调查研究 详细记录各种损坏类型 损坏程度私损坏 数量 综台分析其对路面使用性能的影响 并经过折算系数 统一为 较大损 坏的结构性损坏板百分数 来分级的 检测乎段是目测法 因而受主观影响较 大 基本上不能从本质上对路面的结构性能进行评价 为了全面真实地评价旧混凝土 水泥混凝土路面使用状况评价应分为两部 分 使用性能和结构性能 路面使用性能强调的是行车舒适性和安全性 注重 表面功能 采用的是服务能力指标 同时 路面使用性能评价着重道路的使用 功能 即行驶车辆或乘客对道路使用功能的满意程度 从这个意义上讲 路面 使用性能是针对道路使用者而言的 而路面结构性能评价则强调结构承载能力 和结构的受力状况 采用受力分析评价 这一方面是道路工程师们所关心的 对路面进行使用性能和结构性能的评价是相互补充 而不是相互代替的关 系 只有综合两方面评价 才能对路面整体性能做出真实的评估 对 个路段 柬说 有时尽管现时使用性能指标较好 但由于承载能力过低会造成将来使用 性能的迅速下降 当使用性能指标低于可接受的标准时 必须进行结构评价 如果路面结构承载能力满足要求 则仅需要进行加铺表面功能层 如果路面结 构己经衰减 则需重建或者进行旧路补强 具体决策只有对路面使用状况评定 之后才能做出选择 之后才能做出选择 西南交谳大学硕士研究雏学位论文笫1 3 贾 路面结构性能评定主要怒评定结构承载能力 评价的目的建了解路面的物 理或结构状况 判断蹋砸结构的损坏程度及其损坏发耀的速度 评定它对当前 和今麟使用要求 承载能力和傻用寿命 的适应程度 觚丽台琏缝评定路覆等缀 以便确定需采取修复措施的路段和方案 制态养护政策和编制养护计划 并为 斡强设计提供袄据霜炎精 承旄混凝主路面结梅评徐静技术豢拣畜 熬体弯浚 接缝传荷系数和地基弹性模量 使用性能评价的指标商 平整度 路璇破损率 构造涤霾等 穰摇瑶饯检嚣技寒戆发矮 麸整体译侩燕麦 爨窭浮硷凝瑟熬纛 项指标 缝基弹拣模量 2 接缝两侧挠度传荷系数 3 鼹嚣表瘸破损 4 路面抗滑 5 平整度 黻上分类既不是觚破损桃理瑶菲服损坏形状考虑 而是鼠资料稔溅 用途 和路颟整体性能评价等因素出发的 其中 以路面按体弯沉求出的地基弹性模 量焉予评价黪蕊的结搦承载麓力 路藩接缝稀翻稻对弯沉差瘸予评徐道路接缝 的传荷能力 路面表面破损既包括结构性损坏类型 也包括功能性损坏类型 这一捂标瑗予羚瑟遂籍是否鬟要表楚簸翠瑟 乎整囊瘸子译份遂路懿霉亍驶蒺繁 路面抗滑用于评价适路的行驶安全憾 前二者是与邋路工程师有关的指标 后 三考楚与遵鼹镬瘸誊蠢关静撂糠 本文将在对这五瑗提挺豹梭浏工熟 谬徐模 型逐 进行讨论基础上提出了水泥混凝土路丽评定的五项指标体系 2 2 路面结构性毹评定指标 2 2 整体弯沉 由于弯泷测定怒一瑗无渡撰试骏 对爨嚣结掬熟羧害小 对交遇款子抗少 测点数量多 它被广泛用于路面结构性能的评定 路葱表鞭在萄载据用下豹弯沉擞帮弯淡魑线 反映了路基路藏的整体承载 能力 而且与路面状态存在 定的内在联系 是路丽设计的 个重溪指标 路 面结构的破坏可能楚由于过繁的竖向变形所造成的 对于前者 采阁最大弯沉 值表征结梅承载髓力较合适 对于麓者 刚采用路两弯沉靛酌曲率半径表饺箕 西南交通大学硕士硪突生学位论文第1 4 页 承载能力更为合适 因而 理想的弯沉测定应包搔最大弯沉值和弯沉盆两方面 弯滚溺寇方法弩沉检灞技术的笈袋大致经历了静态夸流捡溺 稳态弯 沉检测和脉冲动力弯沉检测三个阶段 目前使用的弯沉测定系统宵四种 贝 壳曩粱 b e n 娃l 虢nb e 勰 弯滠纹 蠢麓弯茨佼 稳态弩潺役 稼冷弯沉 仪 前两种为静态弯沉仪 得到路表最大弯沉值 后两种为动态弯沉仪 可得 到最大弯淡馕积弯滚筮 b e n k l e m a n 粱式弯沉仪自5 0 年代中期开始得到广泛威用 是目前最常见的 静力弯沉测试设备 我国公路部门遁常慕月该没器豹测定指标遴锤路嚣设诗程 养护 但它存在很多缺陷诸如 很难得到一个固定不动的基准点 只能测得单 点最大弯沉僵 不能模拟汽车萄载实际情提 人工操作 澳l 速慢 精度低等 为了提高弯沉测定精度 效率和溯定酶黼载方式更接近于车辆荷载的情况 人 们又陆续的发明了自动弯沉仪 稳态弯沉仪和脉冲弯沉仪 其中 7 0 年代开发 桶落锤式弯沉枝姆a l l i n g 猎e i 商td e 疆e c t o m e t e r 作为弑摔弯滋仅涌定设备的 代表 受到了人们的关注和重视 国际上自7 0 年代以来对f w d 进行了大擞的研 炎 嚣蘩范有鞠多个藿豢释遣嚣开震了m 溅试方法静麓蓖讫 檬准傀王 车 并将其广泛应用于道路和机场的膜量检测评价 交予f 驿d 较好遗模拟行车甍羧终翔 并能抉遽 安全 准礁篷采集裂大量 的路面受荷变形信息 目前己成为路面弯沉侧试和结构性能评价的理想测试设 餐 因此 建议程毒条 牛地区采用该设冬遴葺亍路藤续构瞧 l 夔 试巍谖绘 鉴于我国f w d 测试设备还没能普及 且以往对路面缩构承载能力建立的评 价标准采用b e n k l e m a n 粱测定蛉静态弯沉指标 为使新的测试方法与服毒蛇 8 e n k l e m a n 梁弯沉标准衔接 国内多家单位展开了f w d 和鼬n k l e m a n 梁测定弯沉 指标进行对比研究 其中 长安大学郝大力博士通过1 4 9 组弯沉资料对比 经 过误差分析后进行鞫j j 褥到翔下关系式 k o 8 4 6 2 一o 4 7 9 5 一 式中 k b e n k l e m a n 梁弯沉测定值 1 1 0 0 m m m d y n a t e s t 8 0 0 0 附d 荷载作用下 荷载中心的弯沉 1 1 0 0 m m 在水淀路嚣戆弹性地萋板模鍪中 溪援缒檬爨基本稳定 戢蒺模量是译定 刚性路面承载力和进行加铺层设计的重要参数 地基承载板试验 由于梁式弯 沉仪的固有缺点 费时费力 丙冀精度不离 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 从现场快速评定的角度出发 东南大学唐伯明博士研究生通过有限元理论 分析 建立了地基综合评定模型 1 i l e 5 3 9 0 8 4 1 2 7 1 7 4 l l n 爿 一1 4 2 7 8 l n f l nk 1 5 0 1 0 3 2 2 6 7 4 5 l n h 一1 7 5 4 0 2 6 1 n f w d 2 2 2 3 式中 e 足 一分别为板中荷载作用下地基回弹模量和地基反应模量 1 0 0 p a h 一面板厚度 c m j 一5 0 f 1 l i f d 荷裁作用下 荷载中心的弯沉 c 通过式 2 2 可很方便求出地基回弹模量 无需破坏路面 大量实测结果 发现 板中f w d 荷载所评定的地基回弹模量e 与地基顶面承载板测定结果相比 有一增长倍数 增长倍数大约3 左右 即 巨m 3 e 惮载板 2 4 因此 对于旧水泥混凝土路面 参考现行规范土基回弹模