公路路新结构及建设维护成套技术的研究

1、公路路面新结构及建设、维护成套公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程技术研究与示范工程重庆交通学院重庆北方高速公路有限公司重庆市公路局重庆交通科研设计院2006年3月1日公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程重庆市重大科技专项项目公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程概 述立项背景立项背景研究内容研究内容 水泥混凝土路面的破坏过程分析 设置隔离层的新型水泥混凝土路面结构及其设计与施工方法 柔性纤维混凝土路面材料与路面结构性能 路面脱空检测的“瞬态冲击法”方法 基于层间状况的道路承载力评估与道路的维护与改造公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程第一部分水泥

2、混凝土路面破坏过程分析与设置隔离层的水泥混凝土路面新结构研究公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程一、水泥混凝土路面的层间 破坏过程分析 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 1 “ 1 “过渡层过渡层”的发现的发现 及其对路面破坏的影响及其对路面破坏的影响 路面理想模型路面理想模型 层间光滑接触层间光滑接触 承认面层与基层分离承认面层与基层分离 面层与基层在接触面附近各自保持完好面层与基层在接触面附近各自保持完好 承认面层与基层的层间无破坏承认面层与基层的层间无破坏 surface coursebase coursee1, 1, 1e2, 2, 2公路路面新结构及建设、

3、维护成套技术研究与示范工程公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程surface coursebase coursee1, 1, 1e2, 2, 2transition layer“过渡层过渡层”的发现及层间初始状况的发现及层间初始状况“过渡层过渡层” ” 及其力学特点及其力学特点 “过渡层过渡层” ” 力学特点力学特点力学性质随厚度变化力学性质随厚度变化 面层与基层的层间初始状况面层与基层的层间初始状况“过渡层过渡层” ” 的形成的形成水泥浆进入基层水泥浆进入基层 面层、过渡层、基层连为一体面层、过渡层、基层连为一体 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程“过渡层过渡层”的

4、分离破坏与过渡层的薄弱性质的分离破坏与过渡层的薄弱性质“过渡层过渡层” ” 的分离破坏的分离破坏 “过渡层过渡层”的薄弱性质的薄弱性质surface coursebase coursee1, 1, 1e2, 2, 2surface coursee1, 1, 1公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程“过渡层过渡层” ” 与层间界面与层间界面 surface coursebase coursee1, 1, 1e2, 2, 2界面界面“强连接强连接”界面界面“弱连接弱连接” ” 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程“过渡层过渡层” ” 对面层材料性能的影响对面层材料性能的影响

5、传统强度理论与断裂力学对过传统强度理论与断裂力学对过渡层对路面破坏影响的看法根渡层对路面破坏影响的看法根本不同本不同前者认为过渡层的影响很小或没有影响后者认为，过渡层一旦破坏，则过渡层中的裂纹必然扩展并穿过过渡层而进入混凝土面层，引起混凝土面层在低应力水平下的破坏。严重损伤的过渡层附着在面层底面，不仅影响面层的静力强度，而且会显著降低其疲劳强度或寿命。surface coursee1, 1, 1公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程“过渡层过渡层” ” 对面层结构性能的影响对面层结构性能的影响 过渡层对面层材料性能的影响固然显著但过渡层对面层结构性能的影响却是根本性的公路路面新结构及

6、建设、维护成套技术研究与示范工程 2 2 三种基本破坏形式的揭示三种基本破坏形式的揭示 及其对路面破坏的影响及其对路面破坏的影响公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程传统水泥混凝土路面的力学建模传统水泥混凝土路面的力学建模 弹性地基板理论认为：路面板与地基在接触界面附近各自保持完好，路面板与弹性地基保持光滑接触，板与地基沿接触面法向的位移相等、应力相等，但沿切向可以有相对滑动，且切向剪力忽略不计 光滑接触面层与基层相互分离，但在分离界面上始终保持接触，不出现任何竖向空隙或脱离，面层与基层各自在界面附近保持完好。surface coursebase coursee1, 1, 1e2,

7、2, 2公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程对层间建模的思考对层间建模的思考路面力学模型路面力学模型路面理论的基础路面理论的基础路面设计的出发点路面设计的出发点层间初始状况：连为一体层间初始状况：连为一体层间计算模型：光滑接触（分离、接触、紧密）层间计算模型：光滑接触（分离、接触、紧密）建模依据？建模依据？公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程三种基本破坏形式的首次提出三种基本破坏形式的首次提出 面层与基层分开（第一种破坏）基层断开（第二种破坏）层间界面水平裂纹侵入基层（第三种破坏）公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 三种基本破坏形式发生的必然性及其力学机理

8、三种基本破坏形式发生的必然性及其力学机理 三种基本破坏形式发生的变形协调机理三种基本破坏形式发生的变形协调机理 三种基本破坏形式发生的应力强度机理三种基本破坏形式发生的应力强度机理 三种基本破坏形式发生的温度作用机理三种基本破坏形式发生的温度作用机理公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 三种基本破坏形式发生的变形协调机理三种基本破坏形式发生的变形协调机理公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 三种基本破坏形式发生的均匀温降机理三种基本破坏形式发生的均匀温降机理连结于刚性地基上的路面板连结于刚性地基上的路面板连结于弹性地基上的路面板连结于弹性地基上的路面板反证法公路路面新结

9、构及建设、维护成套技术研究与示范工程三种基本破坏形式不可避免必然会发生公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 三种基本破坏形式所揭示的路面实际层间状况三种基本破坏形式所揭示的路面实际层间状况 面层、过渡层、基层之层间关系的明确揭示面层、过渡层、基层之层间关系的明确揭示 理想光滑接触条件难以满足理想光滑接触条件难以满足 非均匀脱空的产生与的路面破坏非均匀脱空的产生与的路面破坏 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 三种基本破坏形式所揭示的路面实际层间状况三种基本破坏形式所揭示的路面实际层间状况层间的材料破坏层间的材料破坏 层间破碎层的出现及其对路面破坏的综合影响层间破碎层的

10、出现及其对路面破坏的综合影响 面层base coursee2, 2, 2基层松散破碎层公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程结构层整体性的丧失结构层整体性的丧失弹性平台地基模型的提出弹性平台地基模型的提出 三种基本破坏形式所揭示的路面实际层间状况三种基本破坏形式所揭示的路面实际层间状况公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程三种基本破坏形式的发展演变三种基本破坏形式的发展演变 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程三种基本破坏形式揭示的路面典型破坏三种基本破坏形式揭示的路面典型破坏 基于基本破坏形式的路面板端脱空机理基于基本破坏形式的路面板端脱空机理基于基本破坏形式

11、的路面错台机理基于基本破坏形式的路面错台机理不连续地基与路面板的破坏不连续地基与路面板的破坏面层与基层开裂的相互影响面层与基层开裂的相互影响公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 3 3 过渡层与三种基本破坏过渡层与三种基本破坏 形式之间的关系形式之间的关系 面层与基层层间连接的形成面层与基层层间连接的形成 三种基本破坏形式发生的必要条件三种基本破坏形式发生的必要条件 “ “过渡层过渡层”与与“三种基本破坏形式三种基本破坏形式”之间的因果关系之间的因果关系 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程三种基本破坏形式的验证三种基本破坏形式的验证 国内外对三种基本破坏形式的文献报道

12、国内外对三种基本破坏形式的文献报道公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程刘伏路的调查刘伏路的调查公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程云门连接线的调查云门连接线的调查公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 4 4 路面的破坏与道路结构层路面的破坏与道路结构层 的整体性的整体性公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程三种基

13、本破坏形式对路基的影响三种基本破坏形式对路基的影响 路基路基道路结构层的基础道路结构层的基础 三种基本破坏形式引起的路基破坏三种基本破坏形式引起的路基破坏 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程路面的破坏与基层的合理结构形式路面的破坏与基层的合理结构形式 “强基薄面强基薄面”力学上最合理的路面结构形式力学上最合理的路面结构形式 “强基强基”有两层含意有两层含意，一是路基强，二是基层强。，一是路基强，二是基层强。“薄面薄面”是一个相对的概念是一个相对的概念，“薄面薄面”不应单纯地强调面层的不应单纯地强调面层的 绝对厚度绝对厚度“薄薄”。 我们的实验表明：我们的实验表明： 路基弱路基弱面

14、层破坏，基层弱面层破坏，基层弱面层破坏。面层破坏。路面的破坏与基层的合理结构形式路面的破坏与基层的合理结构形式 若能避免或减弱三种基本破坏形式的影响若能避免或减弱三种基本破坏形式的影响，半刚性基层是较，半刚性基层是较 佳的结构形式佳的结构形式 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程路面结构的破坏与路面材料的特性路面结构的破坏与路面材料的特性 强度、变形与路面的破坏控制参量强度、变形与路面的破坏控制参量强度、变形的概念及强度、变形的概念及强度定义的局限性强度定义的局限性材料的脆性材料的脆性对层间支承要求更高对层间支承要求更高设计极限弯沉设计极限弯沉pp面层可以下沉的最大位移p2p2p1

15、p1p1p1p1p1p1p1p1p1p公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 水泥混凝土路面的两大致命缺点水泥混凝土路面的两大致命缺点 面层材料的脆性和结构层整体性的丧失面层材料的脆性和结构层整体性的丧失 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 5 5 温度和荷载翘曲复合应力的提出温度和荷载翘曲复合应力的提出 与面层强度设计与面层强度设计 t2t1t2t1tr公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 6 6 路面破坏过程分析与路面路面破坏过程分析与路面 设计新思想的提出设计新思想的提出公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 水泥混凝土路面实际层间状况与理想

16、模型的差异水泥混凝土路面实际层间状况与理想模型的差异 过渡层造成的实际层间状况与理想模型之间的差异过渡层造成的实际层间状况与理想模型之间的差异 层间非均匀脱空状况与理想接触条件的显著不符层间非均匀脱空状况与理想接触条件的显著不符 松散层使路面层间状况恶化，显著偏离理想模型松散层使路面层间状况恶化，显著偏离理想模型 面层割缝断面基层的开裂与理想模型之间的差异面层割缝断面基层的开裂与理想模型之间的差异 基层整体性的丧失未在理想模型中得到反映基层整体性的丧失未在理想模型中得到反映 实际层间分离破坏造成的材料特性、层间结构差异从总体上与实际层间分离破坏造成的材料特性、层间结构差异从总体上与 理想模型不

17、符理想模型不符 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程基于破坏过程分析的水泥混凝土路面设计新思想基于破坏过程分析的水泥混凝土路面设计新思想 从本质上讲，路面的破坏是层间结构相互作用引起的层间破坏造成的，路从本质上讲，路面的破坏是层间结构相互作用引起的层间破坏造成的，路面的破坏不是因为理想模型有问题，而是因为实际层间支承状况与理想模型不面的破坏不是因为理想模型有问题，而是因为实际层间支承状况与理想模型不一致一致 从认识论看，理想模型本身并没有问题，问题出在实际层间结构远从认识论看，理想模型本身并没有问题，问题出在实际层间结构远远偏离理想模型；远偏离理想模型； 从方法论看，要保证路面的设

18、计可靠性，应该使实际路面实际结构从方法论看，要保证路面的设计可靠性，应该使实际路面实际结构尽可能回归理想模型。尽可能回归理想模型。公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程路面设计应遵循的思想： 从源头上找出消除过渡层、避免三种基本破从源头上找出消除过渡层、避免三种基本破坏坏 形式产生的方法，保证实际层间状态与现有理形式产生的方法，保证实际层间状态与现有理 想模型一致想模型一致找准问题 消除差异简化问题 继承传统公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程二、 设置隔离层的水泥混凝土 路面结构及其性能 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程1 1 设置隔离层的水泥混凝土路面

19、结构设置隔离层的水泥混凝土路面结构 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 路面层间建模的核心路面层间建模的核心接触界面接触界面 回归理想模型的关键回归理想模型的关键消除层间过渡层消除层间过渡层 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 设置隔离层的水泥混凝土路面结构设置隔离层的水泥混凝土路面结构 面层base coursee2, 2, 2基层隔离层 隔离层的设置与传统力学模型的回归隔离层的设置与传统力学模型的回归 隔离层的设置与层间破坏的消除隔离层的设置与层间破坏的消除 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程隔离层材料的选材及与封油层、土工布的区别隔离层材料的选材

20、及与封油层、土工布的区别 隔离层材料的选材需满足三个条件：隔离层材料的选材需满足三个条件： （1 1）隔离层必须是在基层表面形成后加铺上去的、不与基层表面粘）隔离层必须是在基层表面形成后加铺上去的、不与基层表面粘 结的薄膜类产品结的薄膜类产品 （2 2）隔离层必须能够完全隔断水泥砂浆进入基层）隔离层必须能够完全隔断水泥砂浆进入基层 （3 3）隔离层必须足够薄，仅起分离界面的作用）隔离层必须足够薄，仅起分离界面的作用 凡是满足上述三个条件的薄膜、卷才、织物均可作为隔离层凡是满足上述三个条件的薄膜、卷才、织物均可作为隔离层 隔离层与封油层的区别隔离层与封油层的区别 隔离层与土工布的区别隔离层与土工

21、布的区别 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 2 2 隔离层、过渡层表面特性隔离层、过渡层表面特性 与面层混凝土的材料性能与面层混凝土的材料性能公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程水泥混凝土试件水泥混凝土试件水泥混凝土试件塑料薄膜石灰粉煤灰基层石灰粉煤灰基层标准试模公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 第一次疲劳实验第一次疲劳实验 b max min 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 第二次疲劳实验第二次疲劳实验公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 第三次疲劳实验第三次疲劳实验公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程3.

22、3 3.3 设置隔离层路面结构的试验研究设置隔离层路面结构的试验研究公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 试验目的试验目的 第一种基本破坏形式发生前后承载力对比； 第二种基本破坏形式的实验验证； 第三种基本破坏形式对路面板承载力的影响； 层间非均匀支承对路面板承载力的影响； 路基非均匀沉降对路面板承载力的影响； 过渡层对路面结构破坏的影响； 设置隔离层的路面结构与普通混凝土路面结构的承载力对比； 不同隔离层路面结构性能对比以及隔离层选材； 不同基层形式对路面结构性能的影响； 土基质量对路面结构性能的影响； 为计算分析提供实测数据。公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 试

23、验规模与实施方案试验规模与实施方案 在进行的四批路面结构实验中，每批实验各自在相 同尺寸以及相同加载条件下进行对比 四批实验共进行了61块路面板的破坏实验路面板的制作与加载路面板的制作与加载 三种基本破坏形式的实验模拟与观察三种基本破坏形式的实验模拟与观察 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程普通路面结构第一种基本破坏形式的实验模拟方法普通路面结构第一种基本破坏形式的实验模拟方法 路面板路面板应变片第二种基本破坏形式的实验观察第二种基本破坏形式的实验观察 第三种基本破坏形式的实验模拟与观察第三种基本破坏形式的实验模拟与观察 基层路面板 层间非均匀脱空层间非均匀脱空 （支承）的实验模

24、拟（支承）的实验模拟 路基非均匀沉降的实验模拟路基非均匀沉降的实验模拟 基层路面板公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 第一次路面板实验第一次路面板实验 第一次路面结构实验将基层和面层直接成型在结构实验室 的钢筋混凝土地面上。 这次实验属于探索性实验，实验目的如下: 观察层间破坏的发生发展； 对层间破坏发生前后的普通混凝土路面板的承载力进行对比； 对隔离层路面结构与普通混凝土路面结构的承载力进行对比； 初步进行隔离层的试验选材； 模拟基层非均匀沉降对路面承载力的影响。公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程基层类型路面结构路面板编号二灰级配碎石基层普通混凝土路面板直接铺设于

25、基层上1p11p21p3普通混凝土路面板铺设塑料薄膜隔离层1bg11bg21bg3普通混凝土路面板铺设沥青油毡隔离层1zg11zg21zg3主要规律与结论主要规律与结论 面层与基层的层间连接的支承状况 不符合路面结构的实际情况 层间破坏发生后，普通路面板的承载 力大幅降低 支承状况改变对隔离层路面结构的承 载力影响相对较小 非均匀支承状况下的隔离层路面结构的 承载力显著高于普通混凝土路面结构 设置隔离层的路面结构能有效的阻止第 二种基本破坏形式的发生 基层非均匀沉降大幅降低路面板的承载力 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 第二次路面板实验第二次路面板实验 基层类型路面结构路面板

26、编号级配碎石基普通混凝土路面板直接铺设于基层上2fp12fp22fp3普通混凝土路面板铺设丙纶无纺布隔离层2ffg12ffg2普通混凝土路面板铺设沥青油毡隔离层2fzg12fzg2普通混凝土路面板铺设塑料薄膜隔离层2fbg12fbg2二灰级配碎石基层普通混凝土路面板直接铺设于基层上2rp12rp22rp3普通混凝土路面板铺设丙纶无纺布隔离层2rfg12rfg2普通混凝土路面板铺设沥青油毡隔离层2rzg12rzg1普通混凝土路面板铺设塑料薄膜隔离层2rbg12rbg1 第一种破坏形式对普通路面板承载力的影响十分显著 隔离层路面结构性能明显优于普通混凝土路面结构 土工布隔离层难以阻止过渡层的形成，

27、过渡层形成的 层间连接是导致层间破坏的根本原因 过渡层对面层结构性能的影响远远超过其对面层材料 性能的影响 隔离层材料选择应遵循一定原则 半刚性基层是设置隔离层的路面结构理想基层 第二种基本破坏形式 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 第三次路面板实验第三次路面板实验土基情况对路面板承载能力影响土基情况对路面板承载能力影响 基层类型路面结构路面板编号水泥稳定级配碎石基普通混凝土板直接铺设于基层上3rp13rp2纤维普通混凝土板直接铺设于基层上3rfp13rfp2纤维普通混凝土板塑料薄膜隔离层3rfbg13rfbg2普通混凝土板透水滤

28、浆结合隔离层3rg13rg2纤维普通混凝土板透水滤浆结合隔离层3rfg13rfg2级配碎石基层普通混凝土板直接铺设于基层上3fp13fp2纤维普通混凝土板直接铺设于基层上3ffp13ffp2纤维普通混凝土板塑料薄膜隔离层3ffbg13ffbg2普通混凝土板透水滤浆结合隔离层3fg13fg2纤维普通混凝土板透水滤浆结合隔离层3ffg13ffg2 薄弱路基显著降低路面板承载力 半刚性基层的结构结构性要优于柔性基层 柔性纤维混凝土具有优良的抵抗裂纹扩展能力和带裂纹工作能力 隔离层完全能够防止第二种基本破坏形式发生 当地基质量太差（弯沉太大）时，不仅承载力大幅度降低，而且各种支承形式下的承载力趋于相同

29、。因此，当地基弯沉太大时，层间支承形式的影响已无法与地基弯沉的影响相比 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 第四次路面板实验第四次路面板实验 由于第三次路面板实验因土基出现弹簧而改变实验目的（改为重点考察土基质量和基层整体性的影响），同时，为了更全面、更深入地研究设置隔离层的路面结构的性能，项目组进行了第四次路面板实验。半刚性基层上设置隔离层的路面结构的性能；不同类型的隔离层材料对路面结构力学性能的影响规律；设置隔离层的柔性纤维混凝土路面结构性能；封油层与隔离层的效果对比。 设置隔离层的路面板的性能显著优于普通路面板 塑料薄膜隔离层的综合性能较好 设置隔离层的路面结构优于设置封油

30、层的路面结构 设置隔离层的纤维混凝土路面结构具有优良的力学性能 无论是否加入纤维，未设置隔离层的路面板无一例外产 生第二种基本破坏形式，即面层开裂引起基层开裂。公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 路面板实验的综合分析与结论路面板实验的综合分析与结论 （1）路面的破坏与面层和基层之间的分离破坏存在必然的因果关系（2） “三种基本破坏形式” 对普通混凝土路面结构承载力的影响十分显著（3）薄弱“过渡层” 客观存在、对路面结构性能的影响显著（4）设置隔离层路面结构的优良力学性能（5）明确了隔离层材料的选型原则（6）明确了半刚性基层是设置隔离层的路面结构理想基层形式（7）设置隔离结合层结的

31、柔性纤维混凝的新型路面结构具有优良的力学性质。（8）路基对路面结构破坏的影响显著，设置隔离层的路面结构必须保证路基质量公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 设置隔离层路面结构的计算分析设置隔离层路面结构的计算分析 关于当量回弹模量的取值 复合板模型的计算中性轴下移、难以破坏 非均匀支承的模拟等效脱空量 基层开裂的影响 平面设计、板厚设计平面设计、板厚设计荷载、温度作用下、不同尺寸、不同参数、不同组合计算分析平面设计理论上4m左右最佳厚度设计可参照现有规范取值公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 试验路与跟踪观察试验路与跟踪观察 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示

32、范工程第二部分柔性纤维混凝土路面材料与路面结构性能研究公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程1 1 概概 述述柔性纤维混凝土柔性纤维混凝土70年代就有相关研究报道但直到90年代美国才逐渐应用我国1998年后才有相关报道，2000年以后才逐渐有应用问题：阻裂机理是什么用在工程上放心吗公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程聚丙烯单丝纤维柔性纤维剪切端勾型钢纤维刚性纤维公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程2 柔性纤维混凝土的阻裂 增强机理 刚性纤维抗裂效果十分显著但缺点也很突出 体积掺量大：通常1以上 78kg/m3 施工困难柔性纤维混凝土令人惊喜的发现很小的体积掺量

33、下就具有卓越的 抗裂效果（0.05%以上）施工方便经济适用fmkkk公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程2.2 2.2 基于断裂力学原理的柔性纤维阻裂基于断裂力学原理的柔性纤维阻裂 增强机理增强机理 纤维在混凝土中的纤维在混凝土中的“阻裂墙阻裂墙”效应效应2.1 2.1 柔性纤维的加入对水泥混凝土柔性纤维的加入对水泥混凝土 结构和性能的影响结构和性能的影响 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程fckkk纤维的铆固力纤维的铆固力 应力强度因子叠加原理应力强度因子叠加原理 前人的工作前人的工作r a m u a l d i r a m u a l d i lenainlen

34、ainakkcicbbaapkkfif22abp裂尖闭合力阻裂机理模型裂尖闭合力阻裂机理模型 纤维在混凝土中的纤维在混凝土中的 0bfk“阻裂墙阻裂墙” 效应效应公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 当裂纹横跨一系列纤维时当裂纹横跨一系列纤维时 iiiifbbaapk2 p1p2pipnb1b2bibn公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 纤维增强混凝土的抗疲劳机理纤维增强混凝土的抗疲劳机理mkadnda)( fckkkiiiiiiiifffbbaapbbaapkkk2)(2)(minmaxminmaxiiiiibbaapp2)()(minmax公路路面新结构及建设、维

35、护成套技术研究与示范工程2.3 2.3 纤维在混凝土中的阻裂增强过程分析纤维在混凝土中的阻裂增强过程分析 拉拔力、粘结力与阻裂增强效果拉拔力、粘结力与阻裂增强效果公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 纤维在混凝土中的闭合力纤维在混凝土中的闭合力sbmaxppmaxpqqp 不能孤立的以纤维本身刚度的大小来衡量纤维不能孤立的以纤维本身刚度的大小来衡量纤维与混凝土组成复合材料后的拉拔力大小，纤维的与混凝土组成复合材料后的拉拔力大小，纤维的拉拔力与界面粘结剪力之间存在因果关系，纤维拉拔力与界面粘结剪力之间存在因果关系，纤维的拉拔力还必须满足纤维混凝土中力与变形的协的拉拔力还必须满足纤维混

36、凝土中力与变形的协调关系，虽然柔性纤维与刚性纤维刚度不同，但调关系，虽然柔性纤维与刚性纤维刚度不同，但在纤维混凝土复合体中，均将产生显著的拉拔力在纤维混凝土复合体中，均将产生显著的拉拔力而发挥阻裂增强效果。而发挥阻裂增强效果。 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 纤维纤维/ /混凝土的粘结强度与阻裂增强作用混凝土的粘结强度与阻裂增强作用 ssss粘结强度与拉拔力的关系粘结强度与拉拔力的关系 粘结面积与拉拔力的关系粘结面积与拉拔力的关系 粘结力粘结力粘结强度粘结强度粘结面积粘结面积粘结力与体积掺量粘结力与体积掺量粘结力与长径比粘结力与长径比粘结力与直径粘结力与直径粘结力与纤维拉拔力

37、粘结力与纤维拉拔力提高纤维混凝土抗裂性提高纤维混凝土抗裂性能的关键在于提高纤维能的关键在于提高纤维/ /混凝土的粘结力混凝土的粘结力 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程3 路用柔性纤维混凝土的 合理配比设计公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 以提高纤维粘结力为核心的纤维混以提高纤维粘结力为核心的纤维混 凝土的抗裂配合比设计思想凝土的抗裂配合比设计思想 抗裂设计的原则抗裂设计的原则 不以追求单纯的高静力强度为目的；不以追求单纯的高静力强度为目的； 抗裂设计应从混凝土凝结过程开始，减少缺陷的出现并限制抗裂设计应从混凝土凝结过程开始，减少缺陷的出现并限制 混凝土初始缺陷向

38、宏观裂纹的发展；混凝土初始缺陷向宏观裂纹的发展； 限制由初始缺陷形成的宏观裂纹在低应力水平下的亚临界扩限制由初始缺陷形成的宏观裂纹在低应力水平下的亚临界扩 展速率；展速率； 增加裂纹在一定应力水平下的稳定扩展过程；增加裂纹在一定应力水平下的稳定扩展过程； 提高裂纹临界（失稳）长度，提高裂纹的失稳扩展点高；提高裂纹临界（失稳）长度，提高裂纹的失稳扩展点高；公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 以提高纤维粘结力为核心的纤维混以提高纤维粘结力为核心的纤维混 凝土的抗裂配合比设计思想凝土的抗裂配合比设计思想以提高纤维以提高纤维/ /混凝土粘结强度和提高纤维总粘结面积混凝土粘结强度和提高纤维

39、总粘结面积 为出发点，进行纤维选型；为出发点，进行纤维选型；以控制收缩开裂作为限制混凝土初始缺陷的手段，确以控制收缩开裂作为限制混凝土初始缺陷的手段，确 定纤维体积掺量；定纤维体积掺量；以有效粘结力为尺度，控制纤维的最大体积掺量。以有效粘结力为尺度，控制纤维的最大体积掺量。 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程4 4 柔性纤维混凝土材料的阻裂增强性能柔性纤维混凝土材料的阻裂增强性能断裂韧性断裂韧性提高提高20205050（3636个试件）个试件）公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程纤维混凝土与普通混凝土在几种应力水平下的疲劳寿命相对提高倍数（应力水平、应力比分别以各自静

40、力强度为基准）疲劳疲劳6060多个试样的疲劳实验多个试样的疲劳实验 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程动态开裂 冲击（各12个试件）公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程收缩公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程裂纹稳定扩展弯拉状态破坏前的应力应变曲线 受压破坏过程中的典型荷载位移曲线 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程常规力学试验抗折强度、抗压强度、劈裂强度、耐磨、抗折弹模、抗压弹模实验等常规实验，测试试件上千个 均不同程度提高或改善。公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程路面结构性能方面路面结构性能方面路面破坏过程分析路面裂纹扩展与

41、界面裂纹扩展 路面板实验3年共3批58块大型路面板破坏试验 有限元分析与试验结果吻合较好。 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程 合理路面结构形式合理路面结构形式设置隔离层的柔性纤维混凝土路面 加铺层加铺层推广应用前景好5 5 柔性纤维混凝土路面结构柔性纤维混凝土路面结构 公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程2002年4月6月，项目在渝合（重庆至合川）高速公路的盐井收费广场和收费站连接线上修筑了柔性纤维混凝土薄层路面结构试验路，并进行了跟踪观察（4000m2）。2004年8月，项目在广西南宁至坛洛高速公路上修筑了300米的柔性纤维混凝土薄层路面结构试验路段（全幅7800m2）；2004年12月，项目在河南郑州西南绕城高速公路的2座立交桥上进行了柔性纤维混凝土桥面铺装（10000m2）；2004年12月，项目在重庆交通学院道路改造中修筑了柔性纤维混凝土薄层罩面试验段（900m2）。目前（2005年9月至今），在武合（武胜至合川）高速公路云门连接线及收费广场修筑柔性纤维混凝土薄层结构（12000m2）。应用情况应用情况公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程第三部分路面脱空检测的“瞬态冲击法”方法公路路面新结构及建设、维护成套技术研究与示范工程第四部分水泥混凝土路面的调查、评价及