{title}{title}
半刚性基层材料对沥青路面结构组合收缩影响的研究
摘要：目前，从材料性能方面提高路面抗裂性能的研究较多，但从结构组合优化角度提高沥青路面抗裂性能的研究较少。本文从材料设计和结构组合的角度对半刚性基层沥青路面的横向裂缝进行了研究。主要研究内容包括:首先，在前人研究方法的基础上，设计了简单可靠的温度收缩系数和干收缩系数的实验方法。测定了表层和基层的温度收缩系数、基层的干燥收缩系数，分析了各相关因素对试样的温度收缩系数和干燥收缩系数的影响。其次，根据表层和单层材料试样的温度收缩系数实验结果，选取了6个典型的表层和基层复合试样，确定了它们各自厚度下的温度系数，并对单体的温度系数进行了比较。本文的研究结果可以分析半刚性沥青路面的收缩率对基层与面层相互作用的影响，得出收缩率较小的组合结构。
关键词：水泥稳定碎石;沥青表层;干燥收缩系数;温度收缩系数;复合结构
介绍：半刚性沥青路面的横向开裂是困扰国内外道路工作者的一个热点问题。横向裂缝的出现不仅影响了沥青路面的使用性能，而且加速了对道路的破坏，严重制约了道路的使用寿命。横向裂纹产生的原因归结为温度和半刚性基层反射裂纹的影响。
目前，从材料性能的角度来提高路面的抗裂性能的研究较多，包括提高沥青混合料的低温性能和提高半刚性基层材料的抗收缩性能。从优化结构组合的角度来提高沥青路面的抗裂性能的研究仍在探索中，有进一步研究的空间。此外，对不同结构层之间收缩开裂的相互约束和相互影响的机理缺乏理论研究，无法获得结构组合对路面横向开裂的影响。
为了有效地提高沥青路面的抗裂性能，延缓路面开裂的时间，控制横向开裂的速度，有必要设计合理的材料和结构。本文在分析吉林省典型路面结构的基础上，从结构组合和材料设计的角度分析了半刚性沥青路面的横向开裂率，并分析了结构组合对路面横向开裂的影响。
1实验材料和结构型式的选择
1.1基层材料和结构型式的选择
以往的试验表明，半刚性基层材料的干缩系数和温度收缩系数与材料类型和骨料组成密切相关。通过对吉林省路面结构的调查，发现吉林省大部分基层均采用水泥稳定碎石基层，因此本文也采用水泥稳定碎石基层。这里使用的水泥是普通硅酸盐水泥，称为“Swan”，标号为425R。试验所用骨料为鹤岗至大连(吉林、敦化市)公路建设用骨料。影响水泥稳定碎石基层收缩性能的主要因素有两个:一是水泥级配类型，二是水泥掺量。本试验选取了三种典型的级配类型:悬浮物密集型、骨架密集型和骨架空隙型。具体的级配设计如表1所示。水泥稳定碎石基层的干缩是由水泥和水泥砂浆的干缩引起的。因此，水泥掺量越大，基层收缩越大，干缩应变和干缩系数增大，特别是当水泥掺量大于6%时，干缩应变和干缩系数急剧增大。实验中三种水泥的掺量分别为3%、4%、5%。
表1.基层层次设计
|
合格率（%） |
37.5 |
31.5 |
26.5 |
19 |
16 |
13.2 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
1.18 |
0.6 |
0.3 |
0.15 |
0.075 |
|
悬浮密度 |
100 |
95 |
91 |
81 |
73 |
67 |
57 |
43 |
31 |
23 |
17 |
13 |
8 |
4 |
|
续上表 |
||||||||||||||
|
骨架空隙 |
100 |
100 |
89 |
72 |
64 |
57 |
46 |
29 |
19 |
12 |
8 |
5 |
3 |
2 |
|
骨架密度 |
100 |
100 |
90 |
70 |
50 |
43 |
36 |
34 |
23 |
16 |
11 |
8 |
6 |
4 |
1.2表层材料和结构类型的选择
根据吉林省沥青路面的典型结构，可以看出吉林省底层沥青路面采用的是改性沥青混凝土。此外，沥青混合料的温度收缩性能也与混合料的粒径有关。然后在实际路面中，下层直接与基层粘结，因此，沥青路面的两层分别为AC-20和AC-25(90 #改性沥青)来测试温度收缩系数。两个表面层的具体设计如表2所示。
表2.典型表面层级配设计
|
混合料类型 |
下列筛子的质量百分比(%)(mm) |
||||||||||||
|
31.5 |
26.5 |
19 |
16 |
13.2 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
1.18 |
0.6 |
0.3 |
0.15 |
0.075 |
|
|
AC-20 |
- |
100 |
95 |
85 |
73 |
61 |
43 |
32 |
23 |
16 |
11 |
9 |
6 |
|
AC-25 |
100 |
95 |
83 |
74 |
67 |
56 |
40 |
29 |
21 |
15 |
11 |
8 |
5 |
2单体材料收缩系数的测试
2.1确定最佳含水量和最大干密度
采用振动压实法确定了水泥稳定碎石基层的最佳含水率和最大干密度，并采用振动压实法进行了试件的成型，9种水泥稳定碎石基层材料各制备3个平行试件。通过试验确定了各组合的最佳含水量和最大干密度。实验结果如表3所示。
表3.最佳含水率和最大干密度的试验结果
|
类型 |
3%骨架密度 |
4%骨架密度 |
5%骨架密度 |
3%悬浮密度 |
4%悬浮密度 |
5%悬浮密度 |
3%骨架空隙 |
4%骨架空隙 |
5%骨架空隙 |
|
最佳含水率（%） |
5.12 |
5.19 |
5.29 |
5.27 |
5.33 |
5.41 |
4.80 |
5.03 |
5.11 |
|
最大干密度（g/cm3） |
2.297 |
2.315 |
2.326 |
2.238 |
2.254 |
2.266 |
2.176 |
2.205 |
2.223 |
2.2基层干缩系数试验
采用振动成型法制备“100mm * 100mm * 400mm”试件，每个材料有三个平行试件。根据相关规范(JTG E51-2009)，水泥稳定碎石的干缩试验需要在20℃plusmn;1℃的温度下进行。但由于实验条件的限制，目前还没有能够准确控制温度的实验装置;另一方面，它也简化了测试，使测试的操作更容易。因此，干缩试验是在室内自然条件下进行的。试验时室内温度保持在18℃左右(误差在1℃以内)，湿度基本恒定(恒温恒湿条件)。根据实验条件和精度要求，采用百分表进行干燥收缩实验。
干燥收缩可以用失水率、干缩应变和收缩系数来表征。
失水率: (1)
干缩应变: (2)
干缩系数: (3)
总干缩系数: (4)
其中为第i个失水率(%); 为第i次观测干缩量(mm); 为第i个干缩应变(%);为第i个干缩系数(%); 为标准试样的第i重质量(g); 为标准试件长度(mm);为标准试样干燥后的恒重(g)
- 骨架密度
- 悬浮密度
- 骨架空隙
图1所示.同一基层不同水泥掺量类型的干缩系数
保持基层类型不变，图1为三种基本类型不同水泥掺量时干缩系数随时间的变化。
实验结果分析如下:
（1）不论基础层的类型是骨架致密型、悬浮致密型还是骨架空隙型,干缩系数随时间增大而增大，在实验开始时，基础层受到环境的影响(约10天）之后变化往往是缓慢的。因此，半刚性基层在施工初期约10天的养护条件是必不可少的，建议施工后一周内必须进行湿养护，防止过度失水和干缩应变增大，从而产生过早的干缩裂缝。
- 水泥掺量越大，收缩系数越大。水泥掺量是影响基层干缩的重要因素，特别是当水泥掺量较大时，干缩系数会急剧增大。因此，在配合比的设计中，应考虑混合料的强度和干缩率来确定合理的水泥掺量。如果水泥掺量过高，强度可以得到保证，但抗收缩性能会下降。干燥收缩引起的半刚性基层裂缝是沥青路面反射裂缝产生的重要原因。
为保持水泥掺量不变，图2为不同类型基层干缩系数随时间的变化情况。
（a）水泥含量为3%
（b）水泥含量为4%
(c)水泥含量为5%
图2.相同水泥含量下不同基层类型的干缩系数
图2的实验结果表明:
(1)在母材级配相同的情况下，水泥掺量越大，母材干缩系数越大。
(2)在水泥用量相同的情况下，悬浮密实基底材料的干缩系数明显大于其他两种基底材料;当水泥掺量为3%时，骨架空隙型基底材料的收缩系数略大于骨架致密型基底材料;当水泥掺量为4%和5%时，骨架空隙型和骨架密实型的收缩系数差别较小，差别不明显。
(3)试验结果表明，细骨料与水泥共同作用形成的水泥浆体干缩是水泥稳定碎石基层收缩的重要原因。因此，为了降低水泥稳定碎石基层的干缩，有必要避免使用含有过多细骨料的悬浮密实结构。
根据实验结果，可以计算出各种材料的总收缩系数。结果如表4所示。通过对不同材料的总干缩系数的分析，可以发现在同一级配类型的材料组合中，总干缩系数随着水泥掺量的增加而增大。对于相同的水泥掺量，总干缩系数的大小为:悬浮密实型gt;骨架—空骨架密实型gt;骨架空隙型。
表4.各材料组合的总收缩系数(%)
|
材料类型 |
3%骨架密度 |
4%骨架密度 |
5%骨架密度 |
3%悬浮密度 |
4%悬浮密度 |
5%悬浮密度 |
3%骨架空隙 |
4%骨架空隙 |
5%骨架空隙 |
|
总收缩系数(times;10-6) |
98.4 |
117.5 |
132.4 |
147.2 |
161.8 |
171.6 |
104.8 |
120.6 |
147.4 |
2.3基层温度收缩系数试验
试件与收缩试验相同，温度范围为-30℃~ 18℃。数据采集采用“DH3815N”静应变测试系统。
表5所示.部分试件的温度收缩系数和温度膨胀系数
|
基本类型 |
千分表读数(毫米) |
读数的变化(毫米) |
框架的变形(毫米) |
冷却收缩系数(times;10-6/℃) |
温度膨胀系数(times;10-6/℃) |
加热与冷却之差(%) |
|
|
冷却前(18°C) |
冷却后(-20°C) |
||||||
|
4%的骨架密度 |
0.462 |
0.495 |
0.033 |
0.1824 |
9.83 |
9.989 |
1.63 |
|
0.535 |
0.569 |
0.034 |
0.1824 |
9.76 |
9.989 |
2.31 |
|
|
3%的骨架空隙 |
0.412 |
0.472 |
0.06 |
0.1824 |
8.05 |
8.151 |
1.22 |
|
0.321 |
0.383 |
0.062 |
0.1824 |
7.92 |
8.151 |
2.9 |
|
|
5%悬浮液密度 |
0.356 |
0.365 |
0.009 |
0.1824 |
11.41 |
11.8 |
3.44 |
|
0.457 |
0.468 |
0.011 |
0.1824 |
11.28 |
11.8 |
4.64 |
|
由于实验条件的限制，本实验拟用加热过程代替冷却过程，这种方法也可以消除金属支架收缩的影响。实验前比较了部分试件的温度收缩系数和膨胀系数。实验结果如表5所示。实验结果表明，测得的温度收缩系数略小于膨胀系数，但差异不大于5%。可以认为，水泥稳定碎石的膨胀系数与温度收缩系数相同，可以用加热过程代替冷却过程。
虽然不同温度下的温度收缩值不相等，且温度收缩系数值随温度的升高而减小，但总体变化不显著。本文研究了组合试件对温度收缩相互控制关系的影响，只需要测量整个温度范围内的平均温度收缩系数即可。
数据分析过程中温度收缩系数的计算公式如下:
温度收缩应变:
温度收缩系数:
为试样的初始长度(mm); 为第i个温度范围的位移传感器读数(mm); 为第i个温度区间的平均温度收缩应变(%); 为第i个温度范围(℃); 为温度收缩系数，是指单位温度变化时材料的线性收缩系数。
不同类型水泥稳定碎石基层的温度、收缩变形、应变及系数见表6。
表6所示.不同类型基层的最终温度、收缩变形、应变和系数
|
类型 |
温度收缩变形(毫米) |
温度收缩应变(times;10- 4) |
温度收缩系数(times;10 - 6 /°C) |
|
3%的骨架密度 |
0.180 |
4.51 |
9.395 |
|
4%的骨架密度 |
0.192 |
4.795 |
9.989 |
|
5%的骨架密度 |
0.206 |
5.140 |
10.709 |
|
3%悬浮液密度 |
0.197 |
4.93 |
10.271 |
|
4%悬浮液密度 |
0.212 |
5.306 |
11.054 |
|
5%悬浮液密度 |
0.226 |
5.664 |
11.800 |
|
3%的骨架空隙 |
0.156 |
3.912 |
8.151 |
|
4%的骨架空隙 |
0.168 |
4.195 |
8.740 |
|
5%的骨架空隙 |
0.177 |
4.416 |
9.199 |
根据实验过程中试件的变形情况，我们可以得出以下结论:
（1）当基底层类型不变时，随着水泥掺量的增加，试样的收缩变形也随之增大。由于试样的长度和温度范围相同，温度收缩系数的变化也相同。
（2）对于相同水泥用量的基材，其温度收缩变形尺寸为:悬浮液密实型gt;骨架密实型gt;骨架空隙型。温度收缩系数也有相似的规律:在水泥用量相同的情况下，悬浮液致密化基底材料的温度收缩系数最大，其次为骨架紧凑型，骨架空洞型基底材料的温度收缩系数最小。
对于骨架空隙型的基层，以粗骨料为主，因此骨架是由嵌固结构形成的。集料形成的水泥浆非常薄。因此，整个试件的温度收缩系数是由骨料的温度收缩引起的，因此温度收缩系数最小，相同长度、相同温度范围的试件变形最小。对于悬空密实的基层，它具有较多的细集料，因此在集料之间会形成较厚的水泥砂浆，其温度收缩系数是由粗集料和水泥砂浆温度收缩系数共同组成，因此它具有最大的温度收缩系数。
从表6可以看出，9种基层类型中，水泥掺量为骨架孔隙水泥稳定碎石基层的3%，温度收缩变形、应变和系数最小;水泥掺量5%的悬密水泥稳定碎石基层最大，水泥掺量4%的骨架状水泥稳定碎石基层居中。为了减少组合试件收缩系数的实验量，选取三个典型的基层作为组合试件的基层材料。
表7冷却收缩系数和表层温升膨胀系数的实验结果
|
基本类型 |
千分表读数(毫米) |
读数的变化(毫米) |
框架的变形(毫米) |
冷却收缩系数(times;10-6/℃) |
温度膨胀系数(times;10-6/℃) |
加热与冷却之差(%) |
|
|
冷却前(18°C) |
冷却后(-20°C) |
||||||
|
AC-20 |
0.796 |
0.611 |
-0.185 |
0.1824 |
24.17 |
25.09 |
3.79 |
|
0.587 |
0.395 |
-0.192 |
0.1824 |
24.63 |
25.09 |
1.84 |
|
|
AC-25 |
0.523 |
0.39 |
-0.133 |
0.1824 |
20.75 |
20.88 |
0.63 |
|
0.679 |
0.548 |
-0.131 |
0.1824 |
20.62 |
20.88 |
1.27 |
|
3表层温度收缩系数实验
为了便于比较表层和基层的收缩变形，以及复合试样的成形，试件尺寸为“400mm * 100mm * 60mm”。确定了AC-20和AC-25两种表面层材料的最佳沥青含量分别为4.3%和3.9%，然后根据最佳沥青含量和级配组成沥青混合料。取三个平行的标本进行实验。
与基层相同，表层的温度收缩实验也采用了加热过程代替冷却过程。在进行正式的温度实验之前，对比了表层的温度收缩系数和膨胀系数，结果如表7所示。实验结果表明，冷却时的收缩系数略小于温升时的膨胀系数，但差异不超过4%。因此，可以用加热法代替冷却法来确定沥青混合料的温度收缩系数。表8是两种沥青路面的温度收缩变形、应变和收缩系数的比较。
表8两种表面层的温度收缩变形、应变和收缩系数
|
表层类型 |
温度收缩变形(毫米) |
温度收缩应变(times;10- 3) |
温度收缩系数(times;10 - 6 /°C) |
|
AC-20 |
0.481 |
1.204 |
25.086 |
|
AC-25 |
0.401 |
1.002 |
20.881 |
从实验结果可以看出，两种表面层的温度收缩系数远大于基层，约为基层的2 ~ 3倍。可以看出，沥青混合料的温度敏感性远高于基层。因此，在实际路面开裂中，沥青面层受温度的影响要大于基层。此外，AC-20混合物的温度收缩系数大于AC-25，因为AC-20混合物含有更多的细集料。从上面可以看出，骨料越大，温度收缩系数越小。同时由于沥青温度敏感性远大于集料，且AC-20混合料中沥青含量较多，因此AC-20混合料的温度收缩系数大于AC-25。
4基层与表层复合结构温度收缩系数的实验研究
4.1复合材料结构温度收缩系数的实验研究
根据实验结果的温度收缩水泥稳定碎石的石头标本,三种类型的水泥稳定碎石基地层(水泥含量3%的骨架空隙,水泥含量5%的悬浮密度,水泥含量4%的骨架密度)和两种沥青路面(AC-20 AC-25)分别形成复合标本。具体组合如表9所示。
表面层和基层与热沥青粘结形成复合试样。各组合试件中粘结沥青用量约为50g，沥青密度约为1.03 g/cm3 ~ 1.10g/cm3。因此，沥青粘结层厚度约为1mm，厚度很小，对复合试件高度的影响可以忽略不计。在形成复合试样的过程中，必须保证表面层与基层牢固粘结。粘结成功后，将试件与大压力结合一段时间，以保证试件粘结牢固。图3为复合试样的主要制作过程。
表9所示.组合标本的类型
|
项目 |
因素 |
||
|
基层类型 |
表面层类型 |
||
|
样本的数量 |
1 |
3%的骨架空隙 |
AC-20 |
|
2 |
3%的骨架空隙 |
AC-25 |
|
|
3 |
4%的骨架密度 |
AC-20 |
|
|
4 |
4%的骨架密度 |
AC-25 |
|
|
5 |
5%悬浮液密度 |
AC-20 |
|
|
6 |
5%悬浮液密度 |
AC-25 |
|
图3.复合试样的主要生产工艺
试件释放后，对试件末端的沥青进行处理，保证沥青不粘结，然后进行温度收缩实验。将位移传感器设置在复合试样的三个代表性厚度处(基底层、基底层与表层交界处、表层顶部)，利用位移传感器采集变形。表10和表11为复合材料结构在不同厚度下的实测变形和温度收缩系数。
表10.复合材料结构实测变形(mm)
|
组合类型 |
基底层 |
基底层和表面层的交界处 |
表层顶部 |
|
3%的骨架空隙 AC-20 |
0.20887 |
0.33302 |
0.35782 |
|
3%的骨架空隙 AC-25 |
0.20466 |
0.2618 |
0.30155 |
|
4%的骨架密度 AC-20 |
0.24215 |
0.34267 |
0.38235 |
|
4%的骨架密度 AC-25 |
0.22995 |
0.2814 |
0.32153 |
|
5%悬浮液密度 AC-20 |
0.26772 |
0.35156 |
0.39312 |
|
5%悬浮液密度 AC-25 |
0.25571 |
0.3013 |
0.34866 |
表11所示.复合材料结构的温度系数
|
材料类型 |
温度收缩系数(times;10 - 6) |
||
|
基底层 |
基底层和表面层的交界处 |
表层顶部 |
|
|
3%的骨架空隙 AC-20 |
10.88 |
17.34 |
18.64 |
|
3%的骨架空隙 AC-25 |
10.66 |
13.64 |
15.71 |
|
4%的骨架密度 AC-20 |
12.61 |
17.85 |
19.91 |
|
4%的骨架密度 AC-25 |
11.98 |
14.66 |
16.75 |
|
5%悬浮液密度 AC-20 |
13.94 |
18.31 |
20.48 |
|
5%悬浮液密度 AC-25 |
13.32 |
15.69 |
18.16 |
根据各种复合材料结构的变形和温度收缩系数的计算结果，在基底与表层(表层底部)的连接处，变形和温度收缩系数均小于表层顶部。与之前文章中单一基底材料的温度收缩系数相比，复合结构中基底层的温度收缩系数有所增加，但增幅较小。同样，复合结构中表层的温度收缩系数减小，表面温度收缩系数的幅值略大于基底温度系数。通过变形的比较，可以发现有相似的规律。在本试验中，沥青混合料的温度收缩系数约为基层的2 ~ 3倍。当表层试件和基层试件与改性沥青粘结在一起形成复合结构时，整个试件具有一定的完整性。虽然表面层的温度收缩较大，但由于表面层部分已经与基础层牢固地粘结在一起，因此表面层的变形受到基础层的限制。表层的变形将会减少。同样的，虽然基础层的温度收缩比表层小，但是变形会受到表层的影响，所以基础层的变形会增大。实验结果表明，随着温度的升高，表层的温度收缩系数减小，而底层的温度收缩系数增大。
4.2复合材料结构实验结果分析
在热沥青面层与基层结合后，基层与面层的温度收缩受到不同程度的影响。为了了解这种影响的程度，我们需要比较复合结构与单独表层和单独基底层的收缩系数。本文的收缩系数复合结构的顶层和单一材料表层的基本层的下部和单一材料基地层,表层的顶部和连结处(层底)的比较。结果如表12所示。
如表12所示，给出了复合结构与单一材料的温度收缩系数的比较。复合材料结构交界处(顶层底部)的温度收缩系数比顶层低10%左右。复合结构表面层的温度收缩系数相对于单一表面层材料的折算率取决于材料的类型，折算率在13% ~ 26%之间。复合结构基层的温度收缩系数相对于单层材料的温度收缩系数的增大率也取决于材料的种类，其增大率在12% ~ 33%之间。
表12.复合材料与单体收缩系数的比较
|
材料类型 |
相对表层还原率(%) |
复合结构基底层相对于基底层单一材料的增长率(%) |
复合结构面层相对于面层单一材料的折射率(%) |
|
3%的骨架空隙 AC-20 |
6.93 |
33.47 |
25.71 |
|
3%的骨架空隙 AC-25 |
13.18 |
30.78 |
24.79 |
|
4%的骨架密度 AC-20 |
10.38 |
26.25 |
20.62 |
|
4%的骨架密度 AC-25 |
12.48 |
19.89 |
19.80 |
|
5%悬浮液密度 AC-20 |
10.57 |
18.17 |
18.38 |
|
5%悬浮液密度 AC-25 |
13.58 |
12.87 |
13.04 |
从基底层材料的类型看，当基底层材料类型为骨架空隙型时，虽然表层的温度收缩受到限制，但基底层的温度收缩得到了很大的促进。当基础层的类型是骨架密度型,影响复合材料结构的温度收缩小于骨架空隙类型,当表层的温度收缩有很大的限制作用,促进效果基本层减少约10%相对于骨架空隙类型。当基层材料是悬浮密实型时，虽然对基层温度收缩的促进作用很小，但对表层温度收缩的限制也很小。综上所述，当基底材料为骨架密实型时，表层的温度收缩率有较好的限制。
5结论
根据以上结果，可以得出以下结论:
- 通过单层材料的干缩实验，对比分析评价材料的干缩性能指标，可以发现在材料级配相同的情况下，水泥掺量越低，材料的干缩越小;当水泥掺量相同时，骨架密实型基层材料的干缩小于悬浮密实型基层材料和骨架空隙型基层材料。
- 通过实验得到了基层材料的温度收缩系数。而对于同种骨架材料，随着水泥掺量的增加，温度收缩系数增大;在水泥掺量相同的情况下，悬浮密实基层材料的温度收缩系数最大，其次为骨架密实，骨架空隙最小。
- 采用AC-20和AC-25两种不同标号的SBS改性沥青对两种沥青混合料的热收缩性能进行了测试。给出了相应的温度收缩系数，并分析了它们之间的差异。
- 三种结构类型的干缩特性中，骨架密实型的基层材料的干缩最小，其次是骨架空隙型;骨架空隙型基层材料的温度收缩特征最小，其次为骨架密实型。从基层材料的水泥含量来看，为了降低基层的干燥收缩和温度收缩，水泥含量可以降低，但水泥含量不能太小，以使基层具有高强度。对于组合结构，当水泥掺量为4%时，骨架密实型基层材料的温度收缩率最小。
参考文献
Cheng Wenjing. Study on early disease and prevention of semi rigid base asphalt pavement [D].
Shandong University. 2013: 11-14
Dong Zhenqi, Wang Ke, Liu Tingting. Analysis on the causes of early transverse crack of semi
rigid base asphalt concrete pavement [J]. Journal of Highway and Transportation Research
and Development. 2007, S1: 66-72
Hu Haijun. Causes of lateral cracks in asphalt pavement with semi-rigid base [J]. Shanxi
Architecture. 2007, 33(17): 300-301
K. P. George. Pavement Thickness Design Using Low-Strength the Base and Subbase materials,
Portland Cement Association Materials[J]. TTR1043.1985:213-216
Meng Kunpeng. Study on vibration compaction standard of road base materials [D]. Harbin:
Master#39;s thesis of Harbin Institute of Technology. 2009, 06: 17-26
Rebecca S. McDaniel Field Evaluation of Asphalt Additives to Control Rutting and Cracking[R].
TRB 2003 Annual Meeting.
S. H Carpenter. Thermal Cracking in Asphalt Pavements, An Examination of Models and
Parameters[R]. USA CRREL.1983:78-83
Tian Lin. Study on crack resistance of skeleton - compact cement stabilized graded macadam
[D]. Harbin: Doctoral Dissertation of Harbin Institute of Technology, 2010, 06: 90-94
资料编号：[249072]
半刚性基层材料对沥青路面结构组合收缩影响的研究
摘要：目前，从材料性能方面提高路面抗裂性能的研究较多，但从结构组合优化角度提高沥青路面抗裂性能的研究较少。本文从材料设计和结构组合的角度对半刚性基层沥青路面的横向裂缝进行了研究。主要研究内容包括:首先，在前人研究方法的基础上，设计了简单可靠的温度收缩系数和干收缩系数的实验方法。测定了表层和基层的温度收缩系数、基层的干燥收缩系数，分析了各相关因素对试样的温度收缩系数和干燥收缩系数的影响。其次，根据表层和单层材料试样的温度收缩系数实验结果，选取了6个典型的表层和基层复合试样，确定了它们各自厚度下的温度系数，并对单体的温度系数进行了比较。本文的研究结果可以分析半刚性沥青路面的收缩率对基层与面层相互作用的影响，得出收缩率较小的组合结构。
关键词：水泥稳定碎石;沥青表层;干燥收缩系数;温度收缩系数;复合结构
介绍：半刚性沥青路面的横向开裂是困扰国内外道路工作者的一个热点问题。横向裂缝的出现不仅影响了沥青路面的使用性能，而且加速了对道路的破坏，严重制约了道路的使用寿命。横向裂纹产生的原因归结为温度和半刚性基层反射裂纹的影响。
目前，从材料性能的角度来提高路面的抗裂性能的研究较多，包括提高沥青混合料的低温性能和提高半刚性基层材料的抗收缩性能。从优化结构组合的角度来提高沥青路面的抗裂性能的研究仍在探索中，有进一步研究的空间。此外，对不同结构层之间收缩开裂的相互约束和相互影响的机理缺乏理论研究，无法获得结构组合对路面横向开裂的影响。
为了有效地提高沥青路面的抗裂性能，延缓路面开裂的时间，控制横向开裂的速度，有必要设计合理的材料和结构。本文在分析吉林省典型路面结构的基础上，从结构组合和材料设计的角度分析了半刚性沥青路面的横向开裂率，并分析了结构组合对路面横向开裂的影响。
1实验材料和结构型式的选择
1.1基层材料和结构型式的选择
以往的试验表明，半刚性基层材料的干缩系数和温度收缩系数与材料类型和骨料组成密切相关。通过对吉林省路面结构的调查，发现吉林省大部分基层均采用水泥稳定碎石基层，因此本文也采用水泥稳定碎石基层。这里使用的水泥是普通硅酸盐水泥，称为“Swan”，标号为425R。试验所用骨料为鹤岗至大连(吉林、敦化市)公路建设用骨料。影响水泥稳定碎石基层收缩性能的主要因素有两个:一是水泥级配类型，二是水泥掺量。本试验选取了三种典型的级配类型:悬浮物密集型、骨架密集型和骨架空隙型。具体的级配设计如表1所示。水泥稳定碎石基层的干缩是由水泥和水泥砂浆的干缩引起的。因此，水泥掺量越大，基层收缩越大，干缩应变和干缩系数增大，特别是当水泥掺量大于6%时，干缩应变和干缩系数急剧增大。实验中三种水泥的掺量分别为3%、4%、5%。
表1.基层层次设计
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
