混凝土路面疲劳性能的研究及应用

第３８卷，第５期　２　０　１　３年１　０月　公　路　工　程　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．３８，Ｎｏ．５　Ｏｃｔ．，２　０　１　３　

连续配筋混凝土刚性基层复合式沥青路面　

结构组合优化及疲劳性能分析　

范海军　，唐侦湛。，黄开字　

（１．湖南省高速公路管理局，湖南长沙４１０００３；２．湖南省交通科学研究院，湖南长沙４１００１５）　

［摘要］分析了连续配筋混凝土刚性基层复合式的优缺点，并根据各层的功能性特点，分析其各结构层的材　料类型及合适的厚度范围，提出“按连续配筋砼基层作为计算疲劳层，将沥青表面层作为大修年限”的理念进行长　寿命路面结构设计。最后分析了各路面结构层的计算参数对其疲劳寿命的影响。　［关键词】连续配筋砼；沥青面层；复合式路面；疲劳寿命；长寿命路面　［中图分类号］Ｕ　４１６．２１６　．２；Ｕ　４１６．２１７　［文献标识码】Ａ　［文章编号］１６７４—０６１０（２０１３）０５—００６２—０５　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｆａｔｉｇｕｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　

Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｉｇｉｄ　Ｂａｓｅ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　

Ａｓｐｈａｌｔ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　

ＦＡＮ　Ｈａｉｊｕｎ　，ＴＡＮＧ　Ｚｈｅｎｚｈａｎ　，ＨＵＡＮＧ　Ｋａｉｙｕ　（１．Ｈｕｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ　４　１　０００３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｈｕｎａｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ０ｎｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ　４　１　００　１　５，Ｃｈｉｎａ）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｃｏｎ。ｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｒｉｇｉｄ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｇｒａｓｓ—ｒｏｏｔｓ　ｌｅｖｅｌ，ａｎｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｌａｙｅｒ，ｉｔ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｉｔｓ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｔｙｐｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｌａｙｅｒｓ，ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕ—　ｏｕｓｌｙ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂａｓｅ　ａｓ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｌａｙｅｒ，ｔｈｅ　ａｓｐｈａｌｔ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｌａｙｅｒ　ａｓ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒｈａｕｌ　ｐｅｒｉ—　ｏｄ”ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｌｏｎｇ—ｌｉｆｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｌａｙｅｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｎ　ｉｔｓ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｌｉｆｅ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ａｓｐｈａｌｔ　ｓｕｒｆａｃｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐａｖｅｍｅｎｔ；ｔｈｅ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｌｉｆｅ；ｌｏｎｇ　ｌｉｆｅ　ｒｏａｄ　

■试验研究　翘　２０１３生　沥青混凝士的ＳＣＢ弯曲疲劳试验研究　戴忧华，，栾利强ｚ　（１．广东省南粤交通投资建设有限公司，广东　广州　５１０１００；　２．同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海２０１８０４）　摘要进行了沥青混凝土的半圆弯曲疲劳试验，得到了不同条件下ＳＣＢ疲劳寿命，分析了疲劳寿命与影响因　素的关系，并通过ＳＣＢ试验结果进行了疲劳寿命与影响因素的回归分析。　关键词沥青混凝土；ＳＣＢ弯曲疲劳；疲劳规律；非线性回归　０引言　疲劳开裂是沥青路面主要破坏形态之一，许多国家和机　构的沥青路面结构设计方法都将沥青层的疲劳破坏作为结　构厚度设计的控制模式之一。进行沥青混合料的疲劳性能的　研究，改善沥青混合料的耐疲劳性能，可以延长沥青路面的　使用寿命，从而节约建设养护费用，大大提高道路的社会效　益和经济效益。　沥青路面疲劳开裂主要是荷载和环境因素作用所引起　的弯拉应力重复作用引起的。目前国内最常用的以弯拉为手　段的疲劳试验方法是小梁弯曲疲劳试验，但是小梁试件现场　取样比较困难，试件制作过程复杂，人工成本较高。　半圆弯拉疲劳试验（国外称之为Ｓｅｍｉ—Ｃｉｒｃｕｌａｒ　Ｂｅｎｄｉｎｇ　Ｔｅｓｔ）作为～种新的方法越来越多地应用于沥青混合料的疲　劳分析＿ｌＪ，该方法有以下优点［Ｚ３１：①所用试件来源多样，成型　便捷；②试验装置简单；③破坏形式以张拉为主，可以很好描　述沥青混合料的弯拉疲劳。半圆弯拉疲劳试验的结构示意图　如图１所示。　本文对沥青混凝土进行ＳＣＢ疲劳试验，分析沥青混凝土　的疲劳特性。　

图１半圆疲劳试验装置　１分析对象　沥青混凝土ＡＣ２５，混合料采用ＳＢＳ改性沥青，集料来自　山东临沂。经过配合比设计，取３．８的油石比，矿粉含量　表１　ＡＣ２５配合比矿料级配组合设计　

２．３％，各筛孔通过百分率如表１所示。　２试验方案　（１）试件制备。成型３００ｍｍ×３００ｒａｍ×５０ｍｍ的车辙板，　用钻芯机钻取直径１００ｍｍ的标准试件，再采用切割机将标　准件切割成直径１００ｍｍ，高度５０ｍｍ，厚度５０ｒａｍ，如图２所　示。　（２）试验温度。选取１０￣Ｃ、１５％和２０￣Ｃ为试验温度。　・　８　・　（３）加载频率。选取１０Ｈｚ和１００Ｈｚ为加载频率。　（４）；ＩＪＩ］载波形。正弦加载波形ｓｉｎ包括加载与卸载两个阶　段，与实际路面受力情况相符，选用ｓｉｎ正弦波。　（５）疲劳荷载大小。室温时经过断裂试验，破坏荷载为　２．５ｋＮ，本文取０．４ｋＮ、０．６ｋＮ和１．０ｋＮ为疲劳荷载。　（６）平行试验。由于疲劳试验变异性很大，没有２０次以　

沥青类别对沥青混凝土疲劳耐久性能影响的试验研究

摘要:在马歇尔试验的基础上,确定了不同沥青含量条件下AC-l3I的最佳沥青含量,通过对沥青混凝土的疲劳耐久性试验及各项路用指标的车辙试验,结果表明,采用SBS改性沥青的混合料具有良好的路用性能,经济效益和社会效益良好。

关键词:沥青混合料 路用性能 配合比

沥青混合料是典型的粘弹塑性体,近年来,由于交通量的持续增加,重车比例的增多,使路面上承受着大量荷载的反复作用。在夏季高温季节,沥青混合料的强度和劲度随温度的升高大幅度降低,路面很容易产生永久性变形,大大降低路面的使用性能,影响行使车辆的安全,缩短沥青路面的使用寿命。目前,道路车辙问题已成为当今世界上沥青路面三大破损形式(疲劳、车辙、低温开裂)中最为突出的问题。本文以AC-13结构为基础,通过90号沥青,SBS改性沥青,橡胶1号沥青进行沥青混合料设计,研究沥青类型对混合料疲劳耐久性能性能的影响。

1 试验材料

1.1 沥青

模型墙沥青采用某公司提供的90号基质沥青、SBS改性沥青以及橡胶l号沥青,不同沥青的各项技术指标见表1。 1.2 集料

粗集料(2.38mm～12.3mm)选用优质玄武岩,细集料(0.071mm～2.41mm)选用济南本地产石灰岩,矿粉为石灰岩磨制的矿粉。集料主要性质见表2。

2 混合料配合比设计

对于AC结构的配合比采用有关规程进行。按照理想的级配范围进行调整,调整后级配情况如图1所示。按照有关规定,采用马歇尔试验方法确定沥青混合料的最佳油石比,其结果如表3所示。

3 疲劳耐久性

疲劳耐久性试验采用控制应力的三分点加载小梁试验,试验温度15℃。不同沥青种类混合料试验结果如图2所示。

从图2可看出,三种沥青疲劳寿命与应力比曲线均具有良好的相关关系,经过曲线拟合得到如下拟合曲线:

从上述曲线函数可看出,他们成幂函数负相关关系,相关系数均在0.95以上。由疲劳函数可见,3种沥青混合料疲劳性能的优劣顺序为:SBS>橡胶1号>90号。

公路交通科技　２００２年４月　Ｊ０ＵＲＮＡＪ　０Ｆ　ＨＩＧＨＷＡＹ　Ｄ　ＴＲＡＮＳＰ０ＲＴＡ１１ｏＮ　ＲＥＳＥ，￣Ｃｔｆ／ｅＮＤ　ＤＥｖＥＬＤＰ、ｆＥＮＴ　文章编号：１００２　０２６８（２００２ｌ　０２－００３５—０３　钢纤维混凝土弯曲疲劳性能研究　仰建岗，刘伟．王秉纲　【氏安大学公路学院，陕西西安７１００６４）　摘要：在犬量试验数据的基础上，提出一个新的疲劳方程，并与规范方法进行比较后，结果表明本文疲劳方程更加合　理　关键词：锢纤堆混凝土；弯曲疲劳性能；疲劳方程　中图分类号：Ｕ４１４】８　文献标识码：Ａ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｂｅｎｄｉｎｇ　Ｆａｔｉｇｕｅ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｆｏｒ　Ｓｔｅｅｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ＥｄＮＧ　Ｊｉａｎ—ｇｏｘｒｇ，，Ｊ　％　，ＷＡＮＧ成　—ｇｏｎｇ　（Ｈｉ　ｗａｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇ　ｍ，ｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｚｎｘｉ　Ｘｉ　ａｎ　７１００６４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　０ｎ　ｌｏｔｓ　ｏｆ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ａ　Ｆｌｅｗ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｆｏｍｍｌａ　ｉｓ　ｇｉｖｅ．ｉｎ　ｆｈ＿ｓ　ｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ＿ｌ『　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｄｅ—　ｓｉｇｎ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｃａｎ　ｈｅ　ｃｏ￣ｃｈｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｉｓ　ｔｌＩＣｆｆ￣ｒａｔｉｏｎａｌ　Ｋｅｖ　ｗｏｌｄｓ：ＳＦＲＣ；Ｂｅｎｄｉｎｇ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ：Ｆａｔｉｇｕｅ　ｆｏｍｌｕｌａ　０前言　钢纤维混凝土（ＳＦＲＣ）是在混凝土中掺入钢纤　维的水泥混凝土　掺加钢纤维能显著地提高混凝土的　抗拉强度、抗弯拉强度、抗冻性、抗冲性、抗磨性和　抗疲劳性能。在路面工程中应用可以明显减薄面层厚　度，提高路面使用功能和耐久性　在上世纪初，前苏　联首次运用金属纤维增强混凝土　我国对ＳＦＲｃ的研　究起始于７｛）年代中期，在山西、辽宁、河南、江苏　等省采用钢板切削纤维铺筑了试验路。在安徽等地区　还采用了熔抽纤维修筑了试验路，均取得良好效果　由于ＳＦＲＣ力学性能优越，所以大量应用于铁路、隧　道　桥梁、机场面道、火箭发射基地、电站、码头、　民用建筑等工程　近３０年来逐步用于道路路面工程　目前，ＳＦＲＣ用于修筑路面主要采用两种型式．即直　接铺筑在基层上的单层ＳＦＲＣ，以１及在素混凝土路面　上加铺ＳＦＲＣ罩面层形成双层式混凝土路面　后者可　用以新路修建，也可以用作『１３路补强。　耐疲劳性能是ＳＦＲＣ的优异特性。在我国现行公　路水泥混凝土路面设计规范＿１　中，尚无钢纤维混凝土　路面完整的设计方法和疲劳应力系数。为了完善水泥　混凝土设计规范，本文在实验研究的基础上，综合钢　纤维的体积率和长径此对ＳＦｔｌＣ弯曲疲劳特性的影　响，提出了新的弯曲疲劳方程，供修订混凝土路面设　计规范时参考。　１普通混凝土弯曲疲劳方程　疲劳　是一种材料强度降低现象，材料承受重复　应力作用时，会在低于静载一次作用下的极限应力值　时出现破坏。疲劳的产生，是由于材料内部存在局部　缺陷或不均质．荷载作用下在该处发生应力集中而出　现微裂隙，应力的反复作用使微裂隙逐步扩展，从而　不断减少有效的承受应力的面积，终于在反复作用一　定次数后导致破坏　对疲劳方程的问题，国内外许多学者和机构进行　大量的研究工作ｌ６　Ｊ，主要采取单对数和双对数两种不　同形式的疲劳方程　Ｆｅｒｅｔ首先进行了混凝土的弯曲　疲劳试验，其后Ｋｅｓｌｅｒ、Ｇａｌｌｏｗａｙ、Ｈｕｓ　Ｗｉｒｓｃｈｉｌｌｉｎｇ、　Ｍｃａｌｌ、Ｂａｌｌｉｎｇｅｒ、永松静也等人都对混凝土材料的弯　曲疲劳特性进行了分析研究，他们采用单对数形式在　加载次数Ⅳ为ｌｏ２～ｌｏ７范围内得出线性疲劳方程　收稿日期：０∞Ｉ—嘶—０８　作者简介：仲建岗（［９７