透水性沥青混合料目标空隙率的确定方法

为了有效减少路面地表径流,发挥透水性沥青路面的透水功能,明确空隙率、有效空隙率及渗透系数三者之间的关系,以便确定符合地域降雨特点的透水性沥青混合料目标空隙率,依据水量平衡原理和水力学理论,建立了基于有效控制路面地表径流的透水性沥青路面的渗透-蓄水简化模型。通过试验分析,明确了透水性沥青混合料的空隙率、有效空隙率及渗透系数有很好的线性相关关系。通过设计降雨量、透水性沥青路面计算面积和路面综合坡度等为计算参数,得到了透水性沥青混合料的目标空隙率计算方法。该方法能够针对不同地区的降雨特点,计算出满足透水功能的透水性沥青混合料的目标空隙率。     

芯样空隙率与路面水损害的影响规律

该文通过取芯检测沥青混合料的空隙率,采用高温浸水条件下的多轮车辙试验研究空隙率和沥青含量对路面水损害的影响规律.结果表明,行车带处上、中面层车辙深度明显大于路肩处的上、中面层的车辙深度;随着空隙率(空洞)的增大车辙深度有较为明显的增大;基于上、中面层空隙率的养护措施选择原则为:空隙率6%~8%,采用"中"强度养护措施;空隙率8%~12%时,采用"强"强度的养护措施;空隙率大于12%时,建议采用矫正性养护措施.研究成果为运营期沥青路面内部缺陷的判别及养护措施的制定提供了重要依据.     

排水性沥青路面的横向空隙分布特性

为了研究排水性沥青路面的横向空隙分布特性,对宁杭高速公路排水路面某横断面不同位置的芯样进行了切割处理,采用数字图像处理技术,分析了排水性沥青混凝土在不同界面的空隙组成.研究结果表明:降雨过程中,污染物的沉淀是排水路面空隙堵塞的主要原因,深截面堵塞较浅截面更为严重,且沿着水流方向,空隙的堵塞越来越严重;内侧车道的轮迹带浅界面的空隙堵塞比小于非轮迹带;由于车辆荷载的作用,导致排水路面在使用过程中出现了二次压密,轮迹带和重车道空隙率相对较小;采用设置双层排水面层、设计内低外高横坡的方案可以缓解排水路面的空隙堵塞病害.     

车辙对大空隙沥青路面横向排水影响的室内模拟测试

为了研究纵向车辙对大空隙沥青路面横向排水的影响,研发了大空隙沥青混合料渗水系数的室内测试仪,该仪器可模拟路面横坡和雨水在大空隙沥青混合料中的流动过程.采用车辙试验仪对8种类型的OGFC沥青混合料试件进行往复荷载作用来模拟车辙变形,并利用研发的渗水系数测试仪,测试具有不同车辙深度的沥青混合料横向渗水系数,计算得到因车辙引起的混合料渗水系数衰减度.结果表明:车辙会明显降低大空隙沥青混合料的横向渗水系数;动稳定度与渗水系数衰减度无明显关系,而大空隙沥青混合料的车辙深度与渗水系数衰减度具有一定的线性关系,因此可作为控制渗水系数衰减的指标;增大集料的公称最大粒径、使用高黏改性沥青、增大混合料空隙率能有效降低车辙引起的排水系数衰减程度.     

路用多孔混凝土排水性能

作为路面排水基层的多孔混凝土，在具备一定力学强度的同时，应有足够的排水能力。表征多孔混凝土排水性能的主要指标为空隙率和渗透系数，空隙率又分为全空隙率和有效空隙率。采用体积法试验测试多孔混凝土的空隙率，并利用自行研制的渗透仪测试多孔混凝土的渗透系数。试验结果表明：多孔混凝土有效空隙率随全空隙率的增大而增大，有效空隙率与全空隙率的比值亦随之增大，二者之间存在二次项关系；渗透系数与空隙率之间存在幂指数关系，渗透系数随空隙率的增大而增大；抗压强度与空隙率之间存在线性相关性，随空隙率增大，抗压强度逐渐降低。     

沥青混凝土路面抗车辙性能环道试验

为了减少沥青混凝土路面车辙病害,针对江苏省高速公路沥青路面建设中常用的路面组合形式,通过足尺环道试验评价了不同路面组合的抗车辙性能,为江苏省高速公路的建设推荐了合理的结构组合和混合料类型.试验结果表明:高温致使车辙深度迅速增加;沥青的性质影响车辙剪切流变部分的大小,在中面层使用改性沥青可减少车辙;与半刚性基层相比,沥青稳定碎石基层主要增加车辙的密实部分,而剪切流动部分几乎不变;上面层不同级配形式对混合料的抗车辙能力有显著影响;采用高粘度沥青、聚酯纤维SMA可减少沥青路面的车辙.     

材料设计参数对双层多孔路面吸声性能影响

为提升双层多孔路面吸声性能,增强对轮胎与路面接触源头噪声的消减效果,给路面降噪功能优化设计提供依据,分析层间结合材料用量、底面层空隙率对双层多孔路面吸声性能的影响规律。采用表面声学阻抗试验获取混合料吸声系数曲线,对比不同层间结合材料用量、底面层空隙率对双层多孔路面吸声系数峰值和峰值频率的影响,并采用层间剪切、拉拔强度试验分析层间黏结性能。基于层间材料用量和底面层空隙率优化,提出一种采用聚氨酯表面层与改性沥青混合料底面层复合的双层多孔路面结构,通过室内试验分析复合路面材料的基本力学特性和吸声性能。研究结果表明：增加层间改性乳化沥青材料用量能够提升层间黏结强度,但会损失双层多孔路面的吸声效果,主要吸声频谱也会受到影响;提高底面层空隙率能够提升双层多孔路面的吸声性能,特别是对于高频噪声的吸收;而当底面层空隙率小于20%时,吸声系数峰值衰减较快。在聚氨酯材料提供足够黏结强度和表面层力学性能的条件下,复合型路面未采用层间结合材料,并提高了底面层空隙率,因此呈现出显著的高、低频吸声效果。为保持双层多孔沥青路面吸声性能和黏结强度的均衡,底面层空隙率不宜低于20%,在保障足够有效吸声功能基础上,宜使用...     

基于侧向位移法的沥青层流动性车辙分析

为分析高速公路严重车辙路段流动性车辙形成的原因,建立了沥青路面3维有限元模型,提出以沥青层的侧向(横向)位移发展趋势分析法代替传统的竖向位移分析方法.分析结果表明,基于沥青层横向位移发展趋势的车辙变形评价方法能够简单清楚地解释沥青路面流动性车辙形成的方式和原因,指出当沥青上中面层结构组合不协调时,沥青上面层极易出现侧向流动失稳变形.     

沥青路面水损害典型原因与对策

对典型沥青路面水损害进行调研与试验分析.构造深度试验、无损密度检测试验及芯样空隙率试验表明,沥青上面层离析严重;钻芯样冻融劈裂试验表明,该试验同实体工程坑槽病害相关性较差.为深入分析水损害成因,又进行了沥青混合料抽提试验及集料含泥量试验,结果表明路面存在离析现象且集料含泥量偏大.由此可知,沥青路面水损害的典型原因为空隙率过大及(或)沥青混合料离析严重,集料含泥量偏大,混合料水稳性相对不足,多雨季节等.最后给出了若干对策以及既抗水损害也抗车辙的级配.     

隧道沥青路面磨耗层设计与室内实验性能

针对既有隧道路面抗滑能力不足、排水不良和沥青路面潜在的火灾风险,基于多孔混凝土设计理念在传统路面结构基础上进行磨耗层设计并验证其力学性能.根据当地气候条件、隧道湿度条件、隧道照明条件、车辆行为特征、表面构造深度和横向力系数调查分析提出了多孔沥青混合料设计目标,并确定了相应的配合比和最佳沥青用量.氧指数试验表明:相较于基质沥青改性后的阻燃沥青氧指数提高约30%.马歇尔试验(浸水马歇尔试验)、车辙试验和渗透性试验表明:多孔沥青混合料的动稳定度较控制组高约65%,残留稳定度较控制组高约14%;车辙深度较控制组低约37%;渗透性指标是控制组的4.3倍.间接拉伸动态模量试验表明:在低温状态下多孔沥青混合料动态模量与控制组之间的差值小于10%,高温状态下多孔沥青混合料较控制组高31%~50%.     

沥青层隆起变形与松胀现象分析

分析了室内车辙试验试件、加速加载(ALF)车辙试验路芯样,以及沥青路面现场芯样的空隙率与高度变化,证实了在车辆荷载作用下沥青层的隆起变形与松胀现象,探讨了沥青层隆起部位松胀现象的产生机理与影响因素.以隆起系数表征隆起变形在总车辙变形中所占的比例,分析了隆起系数的影响因素与发展规律.通过对比分析,给出隆起系数的建议值范围为0～0.52,当道路宽度较窄时,隆起系数取上限;当道路宽度较大时,隆起系数取下限.     

沥青路面结构永久变形环道试验研究

为了分析厚沥青层的柔性基层和半刚性基层沥青路面在轮载作用下各结构层永久变形发生发展的规律,通过在50～60 ℃高温下进行的室内大型足尺环道路面加速加载试验,测试了不同轮载作用次数下沥青路面各结构层的永久变形.环道试验测定结果表明:对于本试验三种沥青层厚度超过20 cm的沥青路面结构,土基对车辙的影响很小,级配碎石柔性基层和水泥稳定碎石半刚性基层对车辙的影响也很小,路面永久变形主要发生在20 cm深度范围的沥青层内.     

排水性沥青路面混合料的渗透性能试验测试技术

为评定排水性沥青路面混合料的透水能力,设计了不脱模大马歇尔试件竖向渗透系数和水槽横向渗透系数测定方法,并制作了测试装置,对不同成型方法、不同空隙率的PAC-13与PAC-16试件进行了控制水头差的渗透系数测定.测试结果表明:排水性沥青混合料的渗透系数与空隙率有着良好的相关性,击实成型试件的渗透系数略大于静压成型试件,PAC-16的渗透性能优于相同空隙率的PAC-13且变化规律一致,试验测定的竖向渗透系数与横向渗透系数在工程常用的空隙率情况下相对误差不超过20%,有较好的一致性.工程设计应用中,采用与路面材料状况较一致的击实成型的不脱模大马歇尔试件测定竖向渗透系数能较好地反映排水性沥青混合料的渗透性能.     

级配碎石基层沥青路面合理沥青层厚度

为得到适用于级配碎石基层沥青路面的合理沥青层厚度,当级配碎石基层厚度为20cm时,利用BISAR 3.0程序计算不同沥青层厚度(4~36cm)路表和面层底部应变、路基顶面压应变、沥青面层和级配碎石基层内不同深度剪应力,进一步根据不同结构层的应力应变疲劳极限确定不同沥青层厚度级配碎石基层沥青路面结构疲劳开裂、永久变形和车辙的病害状况,根据路面结构使用性能和耐久性实现沥青层厚度的优选。为验证薄沥青层级配碎石基层路面结构力学响应和长期使用性能,采用足尺路面加速加载试验(APT),对5cm沥青层厚度路面结构的力学响应、长期使用性能及病害特征进行验证。结果表明:当级配碎石基层厚度为20cm时,沥青层不宜过薄,沥青层厚度h15cm时易产生过大的路表永久变形和自上而下的疲劳开裂;沥青层厚度为5~18cm时,存在较大的面层层底拉应变、路基顶面压应变、沥青面层和级配碎石基层最大剪应力的不利受力组合;沥青层厚度h1≥34cm时,可满足长寿命沥青路面的使用要求;若条件受限时,宜保证沥青层厚度h1≥18cm;由APT试验结果可知,沥青层厚度为5cm时,沥青层层底拉应变计算结果、路面结构剪应力计算结果与试验路实际使用状况基本符合,路面结构主要病害为车辙和永久变形,疲劳开裂并不明显,但路基顶面压应力计算值偏小,该值不宜作为路面结构设计依据。     

基于力学性能和各向异性的排水性沥青磨耗层优化

为了研究排水性沥青混合料的各向异性和力学性能,对排水性沥青磨耗层进行优化,自行改装设计了车辙板渗水系数测试仪.该装置能够模拟实际雨水在路面中渗流的过程.研究对10种级配的沥青混合料进行了力学性能试验以及利用自行制作的渗水试验仪进行了渗水特性试验研究.研究结果表明,排水性沥青磨耗层的力学性能与排水性能呈负相关关系;对于同一最大公称粒径的不同级配沥青混合料,随着空隙率的增大,力学性能逐渐减小而排水性能增强;增大集料公称最大粒径,其力学性能和排水性能均有所增强.各向渗水差异性主要发生在横向渗水过程中,竖向渗水差异不大;增大排水性沥青混合料的空隙率和公称最大粒径可减小其各向异性.研究得出的最佳空隙率为18％～21％,坡度设置为1.2％～1.5％,可增强其排水性能.研究成果对排水功能性沥青路面的应用具有一定的理论与实用价值.     

基于COMSOL的沥青混凝土路面车辙预估

模拟了基质沥青路面和高模量沥青路面在高温温度场下的蠕变,借助有限元软件(COMSOL)引入温度场和受温度诱导的蠕变模型,对基质沥青混凝土路面和HMAC(高模量沥青混凝土)路面进行热辐射和固体力学耦合作用,分析对比其在车辆荷载作用下的永久变形,研究外界环境温度、太阳辐射和车轮荷载等因素对路面车辙变形发展的影响,能够对路面车辙深度进行精确地预估,研究分析车辙产生的蠕变变形,针对路面车辙提出合理的防治措施,减小路面永久变形,为路面的材料选择和结构优化提供参考价值,延长沥青路面使用寿命.     

基于减少路表径流污染的多孔沥青混合料设计

在明确路表径流污染主要评价指标的基础上,确定了可减少路表径流量的沥青混合料的目标空隙率,继而从多孔沥青混合料组成设计出发,研究不同空隙结构沥青混合料控制径流污染的效能和力学性能,从而提出多孔沥青混合料材料设计要点,为今后设计生态环保型透水路面提供参考。     

排水面层渗流模型及参数

为了分析相关参数对排水路面渗流特性的影响,应用渗流力学理论推导并建立了排水面层渗流运动模型.采用四阶的Runge-Kutta公式求得排水层最大潜水厚度的数值解,并对数值解进行回归分析,得到了最大潜水厚度与其他各参数之间的回归方程,依据该方程计算得到的降雨强度理论值能够较准确地反应实际使用情况.该方程表征了排水面层在一定的降雨强度下不出现地表径流的条件,可以指导排水路面排水层厚度的选择以及排水性沥青混合料目标空隙率的确定,为排水性路面功能特性和耐久性的协调提供了理论依据.     

考虑既有路面车辙状况的厂拌热再生沥青路面力学响应分析

为研究既有沥青路面车辙状况下厂拌热再生路面的动态力学响应，本文通过现场获取不同车辙深度的路面芯样，并室内制备不同RAP掺量的厂拌热再生沥青混合料，通过动态模量试验评价材料的力学性能；利用3D-Move Analysis有限元软件分析不同结构组合的厂拌热再生沥青路面动力响应。结果表明：动态荷载作用下，再生路面各沥青面层均出现了拉压交互和应力集中的现象，再生路面结构随着车辙发展深度的加深出现拉裂破坏等病害的风险增加，但一定的车辙发展深度有助于提高沥青路面的承载能力。RAP掺量和既有路面车辙发展深度的改变将会使路面结构的模量组合发生变化，再生路面结构力学响应受这两种因素影响较大。为减少再生路面结构的永久变形并提高其耐久性，应充分考虑再生层和既有路面中面层的模量组合，从而改善再生路面结构受力情况。     

橡胶颗粒防冻性沥青路面结构组合研究

为研究橡胶颗粒沥青混合料作为沥青路面不同层位与ATB、AC结构组合下沥青路面的防冻性能的变化规律,通过ANSYS有限元软件模拟冰层的受力过程,分析不同路面结构组合下的荷载响应效果.结果表明:橡胶颗粒沥青混合料作为上面层时具有较好的防冻性能;作为中面层时可明显提高路面抗车辙性能,但破冰性能降低.最后,建议采用ATB作下面...