[01133327]寒区高等级公路沥青稳定碎石柔性基层路面结构的研究

柔性基层与半刚性基层相比较具有较好的防横向裂缝优势,沥青稳定碎石具有较好的抗疲劳性能,不易产生温缩和收缩裂缝,在世界大部分国家已经大量使用,效果良好,并且沥青稳定碎石作为基层,与沥青混凝土面层具有性能相似和协调性,无论从变形连续还是层间连续都具有较好的一致性,加强层间连接,有利于面层的温度受力和荷载受力。其缺点为变形相对较大,因此要求面层厚度较厚或者性能较好,施工工艺要求较高。我国虽然在公路建设进程中由于多种原因导致半刚性基层为主要基层类型。但是目前,无论工艺还是材料上都已经可以很好地展开柔性基层的使用,丰富高速公路的路面结构形式,供设计者选择,这将有利于公路工作者根据实际情况选择合适的路面结构形式,推动我国的公路建设技术取得新的进步。对于黑龙江省沥青路面病害而言,低温裂缝仍然是一个主要病害类型。为此,有必要研究如何使用柔性基层减缓反射裂缝,尤其针对黑龙江省寒区低温气候条件,对柔性基层材料设计、力学特性和施工工艺进行研究,为柔性基层在黑龙江省的推广使用提出技术支撑。 成果以平林公路为依托,将传统的两层半刚性基层结构变化为半刚性基层上铺筑柔性基层ATB25组合结构,以提高横向裂缝间距及实现长寿命路面结构为目标。采用数值模拟、室内试验和试验路铺装方式,对沥青稳定碎石ATB25沥青混合料的配合比设计和路用性能进行试验,重点进行柔性基层沥青路面结构和半刚性基层路面在力学结构上和温度收缩性能上的差异,并结合数值模拟进行分析验证;通过数值模拟研究路面结构层中各层厚度与模量的对整体路面结构的力学响应情况及路面结构的合理组合结构,提出适用于寒冷地区柔性基层的使用条件,为正确使用柔性基层结构和ATB25沥青稳定碎石材料提出技术参考。研究内容主要有：通过试验确定配合比,通过高温性能试验、低温抗裂试验、水稳定性试验等常规路用性能试验来验证推荐的配合比所具备的路用性能。采用电阻应变片实测在温度-30℃～20℃区间内三种组合试件的各层和层间的应变,分析研究层间的力学行为。试验结果表明：双层结构中ATB25对AC16的约束应变较CTB25对AC16的约束应变平均降低了76.7%。 ATB25在路面结构中的加入很好的实现,路面结构由上至下,温度收缩系数由大到小的梯度变化,有效地降低不同材料的层间要求,保证了层间的力学响应能够长期正常运营。最后采用ABAQUS有限元模拟路面结构在标准轴载下的力学响应,以主要结构层的厚度和弹性模量为分析变量,根据各个结构层的受力状态和路面结构行为,提出各个结构层的建议厚度和弹性模量。 成果所用柔性基层ATB25沥青混合料虽然在建设初期少量增加了建设成本,但随着使用时间的增长,其优良的路用性能逐渐显示出来,大幅度降低了路面的养护、维修费用,给道路使用者也带来较好的经济效益及安全保障。另外,该沥青稳定碎石基层在达到使用寿命周期后完全可以回收再生利用,因此从长远利益出发,复合型基层具有更好的经济效益和社会效益。该技术可推广至寒区新建高等级公路,并且可以为改建公路再生利用的柔性基层结构提供技术支持,无论从减少养护工作量、提高公路行驶质量,还是提供多种更加适用的路面结构均具有很好的社会效益和经济效益。