CN116150832A - 一种测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法 - Google Patents

一种测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116150832A
CN116150832A CN202111373345.8A CN202111373345A CN116150832A CN 116150832 A CN116150832 A CN 116150832A CN 202111373345 A CN202111373345 A CN 202111373345A CN 116150832 A CN116150832 A CN 116150832A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
crack
asphalt
reflection
semi
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111373345.8A
Other languages
English (en)
Inventor
田小革
于水
李光耀
任权
杨帆
闵雪峰
刘怡美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei Province Expressway Jingxiong Preparation Office
Changsha University of Science and Technology
Original Assignee
Hebei Province Expressway Jingxiong Preparation Office
Changsha University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei Province Expressway Jingxiong Preparation Office, Changsha University of Science and Technology filed Critical Hebei Province Expressway Jingxiong Preparation Office
Priority to CN202111373345.8A priority Critical patent/CN116150832A/zh
Publication of CN116150832A publication Critical patent/CN116150832A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C23/00—Auxiliary devices or arrangements for constructing, repairing, reconditioning, or taking-up road or like surfaces
    • E01C23/01—Devices or auxiliary means for setting-out or checking the configuration of new surfacing, e.g. templates, screed or reference line supports; Applications of apparatus for measuring, indicating, or recording the surface configuration of existing surfacing, e.g. profilographs
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/60—Planning or developing urban green infrastructure

Abstract

本发明公开了一种测试半刚性基层沥青路面抗反射裂缝能力的方法，属于沥青路面结构领域。通过测试各沥青类材料在不同荷载作用下的抗反射裂缝疲劳寿命，建立抗反射裂缝疲劳方程；针对给定路面结构，分别计算出各沥青类材料层在位于其上的各层均未开裂，而位于其底下各层均已开裂时，该层底部的拉应力，得到该层材料的抗反射裂缝疲劳寿命；将各层的抗反射裂缝疲劳寿命相加，得到整个结构的抗反射裂缝疲劳寿命；将其除以考虑实际路面行车位置随机性的方向系数和车道系数，即可得到该结构出现反射裂缝前可以承受的交通量。本发明可用于测试半刚性路面由半刚性基层开裂逐步向上扩展至路表所能够承受的交通荷载作用次数，从而控制路面的反射裂缝。

Description

一种测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法
技术领域
本发明涉及沥青路面结构领域，尤其涉及一种半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的测试方法。
背景技术
半刚性基层沥青路面因其具有较高的承载能力和较低的初期建设费用而在我国得到广泛的应用，但是该种路面结构存在一个典型的破坏形式----反射裂缝。反射裂缝的产生，一方面会降低路面结构的承载能力，另一方面会使路表的雨雪水通过裂缝渗入到路面结构内部，从而加速路面结构的破坏，降低路面的路用性能和使用寿命。
国内外对于沥青路面反射裂缝的产生机理非常明确：当半刚性基层产生裂缝后，在车辆荷载与温度荷载的重复作用下，基层裂缝处的沥青层底部必然会出现应力集中现象，从而使裂缝沿沥青层向上扩展，最终整个沥青混凝土层都产生开裂。这种由半刚性基层开裂而引起的沥青面层的开裂，称为反射裂缝。
沥青路面的反射裂缝是一个众所周知的病害，国内外根据反射裂缝的产生机理提出了多种抗反射裂缝的技术措施，并对各种技术措施的抗裂机理和效果等进行了大量的研究。但是，仍未提出一种测试整个路面结构的抗反射裂缝能力(疲劳寿命)的方法，以至于无法通过设计来控制反射裂缝的产生。致使沥青路面的反射裂缝是一种常见的病害，影响沥青路面的路用性能和耐久性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述背景技术的不足，提出一种测试整个半刚性基层沥青路面结构的抗反射裂缝能力(疲劳寿命)的方法，以便于在沥青路面结构设计方法中引入反映路面结构抗反射裂缝能力的设计指标。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法，包括如下步骤：
1)对测试的路面结构中所涉及的各种沥青混合料成型如附图的、具有不同沥青混合料层厚度的复合试件，进行抗反射裂缝疲劳试验，得到其抗反射裂缝疲劳寿命Nf′；
2)采用有限元法计算出复合试件中裂缝顶端沥青混合料层底部的应力强度因子K；
3)通过回归分析建立不同沥青混合料的抗反射裂缝疲劳寿命方程；
4)对于待测试的沥青路面结构中的各沥青混合料层，从下至上依次计算出该层以下的各层在相同位置处完全断裂、其上的各层保持完整时，该层底面在裂缝处的应力强度因子Ki，然后根据该层沥青混合料的抗反射裂缝疲劳寿命方程，得到该层的抗反射裂缝疲劳寿命Nfi；
5)将各沥青混合料层的抗反射裂缝疲劳寿命Nfi相加，就得到整个路面结构的抗反射裂缝疲劳寿命∑Nfi；
6)将∑Nfi除以考虑实际路面上行车位置的随机性的方向系数FOD、车道系数FOL，得到该路面结构的抗反射裂缝能力可以承受的交通量Nf。
上述测试方法中，所述步骤1)中，复合试件由沥青混合料层(3)、水泥稳定碎石层(4)和橡胶垫层(5)所组成，如附图所示，试件长30cm，宽6cm，水泥稳定碎石层(4)厚5cm，并设置1cm宽预制裂缝(6)；沥青混合料层(3)可选择不同厚度；沥青混合料层(3)与水泥稳定碎石层(4)之间涂一层粘层沥青(7)，用量为1kg/m2；水泥稳定碎石层(4)下设一层2cm厚橡胶垫层(5)，用以模拟土基对路面结构的支撑作用；加载点(1)下垫一块2cm×6cm×1cm的钢垫块(2)，位于沥青混合料层表面对应于裂缝的一侧，对沥青混合料层底部的裂缝顶端实现剪切模式的加载。
上述测试方法中，所述步骤1)中，试验温度为15℃，将整个试件放入15℃的环境箱中保温2h后再进行加载试验。
上述测试方法中，所述步骤1)中，加载方式为：荷载大小：0.7MPa；加载波形：正弦波；加载频率：10Hz；当复合试件的沥青混合料层顶部出现开裂时，停止加载；加载总次数作为该种沥青混合料的抗剪切型反射裂缝疲劳寿命Nf。
上述测试方法中，所述步骤6)中，方向系数FOD是指道路上的断面交通量中某个方向上的车辆占总交通量的比例，宜根据实测交通数据确定，无实测数据时可在0.5～0.6范围内选取；
上述测试方法中，所述步骤6)中，车道系数FOL是指在具有多个车道的路面上，在测试车道上行驶的交通量所占的比例，可根据实测交通数据确定，无实测数据时可取0.70～0.85。
与现有技术相比，本发明存在如下优点：
提出了测试整个半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力(疲劳寿命)的方法，便于测试路面结构的抗反射裂缝疲劳寿命，进而优化设计，避免或延缓反射裂缝的产生。这对提高沥青路面的路用性能和使用寿命，减少养护维修工作量和养护费用都具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例中的沥青混合料抗反射裂缝疲劳试验的试件模型与加载位置主视图。
图2为本发明实施例中的沥青混合料抗反射裂缝疲劳试验的试件模型与加载位置侧视图。
图例说明：
1.加载点；2.钢垫块；3.沥青混合料层；4.水泥稳定碎石层；5.橡胶垫层；6.预制裂缝；7.粘层沥青。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
对于设计的半刚性基层沥青路面结构(表1)，通过试验和有限元分析得到表征三种沥青混合料抗反射裂缝疲劳寿命方程，见表2。
表1.设计的半刚性沥青路面结构
厚度 材料名称 模量(MPa)
4cm 改性沥青SMA-13 1400
6cm 改性沥青AC-20 1400
8cm 重交沥青AC-25 1200
18cm 5％水泥稳定碎石 1500
20cm 4％水泥稳定碎石 1300
15cm 级配碎石 200
- 土基 40
表2.设计沥青混合料抗反射裂缝疲劳寿命方程
沥青混合料 疲劳方程 R2
重交沥青AC-25 Nf′＝1.73×10-3(K)-11.32 0.960
改性沥青AC-20 Nf′＝7.53×10-3(K)-10.42 0.973
改性沥青SMA-13 Nf′＝2.43×10-2(K)-9.93 0.974
其整个路面结构的抗反射裂缝能力的计算过程如下：
①根据各层材料的材料参数，计算出半刚性基层开裂后，在半刚性层裂缝处AC-25层底面的应力强度因子K1＝0.1352MPa/m2，然后根据AC-25的抗反射裂缝疲劳寿命方程计算出AC-25层的抗反射裂缝疲劳寿命Nf1＝11895698.66(次)；
②假设AC-25层和半刚性层在相同位置完全开裂，AC-20层和SMA-13层完整，计算出AC-20层底部在裂缝顶面处的应力强度因子K2＝0.1984MPa/m2，根据AC-20材料的抗反射裂缝疲劳寿命方程计算出AC-20层的抗反射裂缝疲劳寿命Nf2＝157184.89(次)；
③假设AC-20层、AC-25层和半刚性层在相同位置处完全开裂，SMA-13层完整，计算出SMA-13层底部在裂缝顶面处的应力强度因子K3＝0.2810MPa/m2，根据SMA-13的抗反射裂缝疲劳寿命方程计算出SMA-13层的抗反射裂缝疲劳寿命Nf3＝6975.29(次)；
④整个路面结构的抗反射裂缝疲劳寿命ΣNfi＝Nf1+Nf2+Nf3＝12059858(次)
⑤对于双向四车道高速公路沥青路面，可以取：DDF＝0.5，LDF＝0.75，则该路面结构可以承受的荷载作用次数为：Nf＝∑Nfi/(DDF×LDF)＝12059858/(0.5×0.75)＝32159623.57(次)
所以，如果该路的设计累积轴载作用次数大于32159623.57次，则表明该路面在设计使用期内会产生反射裂缝；如果该路的设计累积交通量小于32159623.57次，则表明该路面在设计使用期内不会产生反射裂缝。
需要说明的是，以上的实施例仅是为了理解本发明，并非对本发明作任何的限制。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对测试的路面结构中所涉及的各种沥青混合料成型如附图的、具有不同沥青混合料层厚度的复合试件，进行抗反射裂缝疲劳试验，得到其抗反射裂缝疲劳寿命Nf′；
2)采用有限元法计算出复合试件中裂缝顶端沥青混合料层底部的应力强度因子K；
3)通过回归分析建立不同沥青混合料的抗反射裂缝疲劳寿命方程；
4)对于待测试的沥青路面结构中的各沥青混合料层，从下至上依次计算出该层以下的各层在相同位置处完全断裂、其上的各层保持完整时，该层底面在裂缝处的应力强度因子Ki，然后根据该层沥青混合料的抗反射裂缝疲劳寿命方程，得到该层的抗反射裂缝疲劳寿命Nfi；
5)将各沥青混合料层的抗反射裂缝疲劳寿命相加，就得到整个路面结构的抗反射裂缝疲劳寿命∑Nfi；
6)将∑Nfi除以考虑实际路面上行车位置的随机性的方向系数FOD和车道系数FOL，得到该路面结构的抗反射裂缝能力可以承受的交通量Nf。
2.根据权利要求1所述测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法，其特征在于，所述步骤1)中，复合试件由沥青混合料层(3)、水泥稳定碎石层(4)和橡胶垫层(5)所组成，如附图所示，试件长30cm，宽6cm，水泥稳定碎石层(4)厚5cm，并设置1cm宽预制裂缝(6)；沥青混合料层(3)可选择不同厚度；沥青混合料层(3)与水泥稳定碎石层(4)之间涂一层粘层沥青(7)，用量为1kg/m2；水泥稳定碎石层(4)下设一层2cm厚橡胶垫层(5)，用以模拟土基对路面结构的支承作用；加载点(1)下垫一块2cm×6cm×1cm的钢垫块(2)，位于沥青混合料层表面对应于裂缝的一侧，对沥青混合料层底部的裂缝顶端实现剪切模式的加载。
3.根据权利要求1所述测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法，其特征在于，所述步骤1)中，试验温度为15℃，将整个试件放入15℃的环境箱中保温2h后再进行加载试验。
4.根据权利要求1所述测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法，其特征在于，所述步骤1)中，加载方式为：荷载大小：0.7MPa；加载波形：正弦波；加载频率：10Hz；当复合试件的沥青混合料层顶部出现开裂时，停止加载；加载总次数作为该种沥青混合料的抗剪切型反射裂缝疲劳寿命Nf。
5.根据权利要求1所述测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法，其特征在于，所述步骤6)中，引入方向系数FOD、车道系数FOL是考虑到路面上的所有车辆并不是经过同一个点位，具有随机性。
6.根据权利要求5所述测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法，其特征在于，所述的方向系数FOD是指道路上的断面交通量中某个方向上的车辆占总交通量的比例，宜根据实测交通数据确定，无实测数据时可在0.5～0.6范围内选取。
7.根据权利要求5所述测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法，其特征在于，所述的车道系数FOL是指在具有多个车道的路面上，在测试车道上行驶的交通量所占的比例，可根据实测交通数据确定，无实测数据时可取0.70～0.85。
CN202111373345.8A 2021-11-19 2021-11-19 一种测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法 Pending CN116150832A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111373345.8A CN116150832A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111373345.8A CN116150832A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116150832A true CN116150832A (zh) 2023-05-23

Family

ID=86358676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111373345.8A Pending CN116150832A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116150832A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. Structural performance of a FRP bridge deck
Groenendijk Accelerated testing and surface cracking of asphaltic concrete pavements.
Chen et al. Field performance evaluations of partial-depth repairs
Syed et al. A review of precast concrete pavement technology
CN110119589B (zh) 一种半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的计算方法
Chen et al. Fiber reinforced polymer patching binder for concrete pavement rehabilitation and repair
CN104314003A (zh) 一种长寿命钢筋网柔性纤维混凝土桥面铺装结构
CN116150832A (zh) 一种测试半刚性基层沥青路面结构抗反射裂缝能力的方法
Sivilevičius et al. Regularities of defect development in the asphalt concrete road pavements
Harvey et al. Preliminary evaluation of proposed LLPRS rigid pavement structures and design inputs
Krayushkina et al. Perspectives of usage of seamless and fiber basalt filament for construction and rehabilitation of motor roads and airfields
Simonova Evaluation of functional safety of cement concrete and composite pavements exposed to weather conditions
CN210737260U (zh) 一种刚性路基与柔性路基交界面
Chaddha et al. A study on the rigid pavement construction, joint and crack formation
Lane et al. Comparing 10 year performance of cold in-place recycling (CIR) with emulsion versus CIR with expanded asphalt on Highway 7, Perth, Ontario
Schlick Supporting strength of drain tile and sewer pipe under different pipe-laying conditions
Petkevičius et al. Functional conditions and state of hot mix asphalt pavement and its structure of Lithuanian motor roads
Sannikov et al. Increase of a roadway covering durability by using the cement-concrete base fragmented with the geogrid
Shakhan a Proposed Safety Coefficient for Flexible Pavement Design in Afghanistan
Wehbe et al. Jointed plain concrete pavement design and construction review
CN113152311B (zh) 一种钢桥面铺装维修方法及维修后性能评价方法
Sannikov et al. The appliance of prefabricated soil-cement slabs processed with a hydrophobizing material for the road construction
Hernández et al. First Steps for the perpetual pavement design: through the analysis of the fatigue life.
Mishra A Study On Thin White Topping: An Alternate For Pavement Treatment
Sobhan et al. Characterization of Reinforced Asphalt Pavement Structures Built over Organic Soils Employing Falling Weight Deflectometer

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination