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鉴定项目简介——橡胶沥青混合料路用性能及路面结构优化设计研究
发布日期:2015-03-10    作者:匿名    单位:信息科

       本文针对河北地区道路情况,开展了橡胶沥青混合料的技术研究,通过大量的室内外试验及实体工程验证,研究了影响橡胶沥青性能的因素,提出了橡胶沥青混合料的配合比设计方法,分析了橡胶沥青混合料的路用性能,利用ANSYS有限元软件对路面结构在静、动荷载作用下的力学响应进行了分析,确定了橡胶沥青路面结构设计的力学指标,并通过结构优化、层间处治、寿命预估和经济效益对橡胶沥青路面结构进行了优化设计,同时探讨了其施工工艺及关键控制技术。
本项目的研究内容主要分为以下四个方面:
(1)橡胶沥青混合料及路面结构研究及应用现状
对国内外橡胶沥青及其路面结构的研究与应用现状进行调查分析,对橡胶沥青的发展趋势进行展望,对河北地区的应用需求和路面病害进行调查研究。
(2)橡胶沥青材料组成及性能评价的研究
对橡胶沥青的材料组成及组成结构进行研究,并分析其在使用过程中的性能特点;通过正交试验分析影响橡胶沥青性能的材料敏感性因素,通过常规试验分析加工因素对橡胶沥青性能的影响,得出橡胶沥青性能评价指标。
(3)橡胶沥青混合料配合比优化设计研究
该研究主要包括橡胶沥青混合料原材料优选、性能测试及级配优化设计,确定橡胶沥青种类、橡胶沥青用量,提出橡胶沥青连续密级配混合料设计方法。
(4)橡胶沥青混合料路用性能试验研究
通过室内试验对混合料的路用性能进行验证。主要包括抗永久变形能力分析、低温抗裂性分析、水稳性分析、疲劳寿命分析等。
(5)橡胶沥青路面结构设计方法研究
分析橡胶沥青路面结构的设计原则,进行橡胶沥青路面结构组合设计,明确各结构层及功能层的组合要求。确定橡胶沥青混合料的模量与普通沥青混合料的关系及各设计参数的取值原则,得出橡胶沥青路面结构层厚度的设计方法,基于橡胶沥青路面结构研究内容,提出橡胶沥青路面结构设计流程。
(6)橡胶沥青路面结构力学响应分析
基于有限元理论,运用ANSYS有限元软件对拟定结构进行静、动荷载作用下的路面结构力学响应分析。分别从层底拉应力、沥青层底拉应变、剪应力及路面弯沉等方面综合分析橡胶沥青路面在荷载作用下的力学特征。同时进行基、面层对路面车辙深度的影响分析,得出其对车辙损害的影响机理。基于上述有限元分析,提出相应橡胶沥青路面力学设计指标。
(7)橡胶沥青路面结构优化设计研究
选取橡胶沥青路面结构优化模型,基于静力学和动力学响应,通过面层厚度和面层模量对力学指标的影响分析,进行结构优化设计;运用BISAR软件分析层间接触状态对路面结构的力学影响,对橡胶沥青路面层间处治材料的使用效果进行优化,得出适合于橡胶沥青路面结构的层间处治材料和应用技术,并对橡胶沥青路面进行疲劳寿命分析及全寿命经济效益分析,推选出性能优异的橡胶沥青路面结构。
(8)橡胶沥青路面实体工程研究
      通过试验路铺筑,对橡胶沥青混合料施工关键技术进行研究,参考已有的橡胶沥青材料施工工艺,在结合本课题所在区域以及材料特点的基础上,研究橡胶沥青路面施工现场质量控制。
课题主要创新点如下:
(1)探讨得出橡胶沥青为分散相共混结构,胶粉为分散相、沥青为分散介质,形成了废胎胶粉和沥青连续或相互交错的三维空间结构;并从物理改性方面分析了橡胶沥青的强度形成,胶粉粒子缩短间距,使众多粒子通过界面层的长程效应而协同作用,形成成本—效能比最低的较好改性效果。
(2)在理论研究及实体工程的基础上,以橡胶沥青种类及其用量变化为主要研究因素,提出了橡胶沥青混合料的性能评价指标,分别为橡胶沥青混合料的粘聚力和内摩擦角。其中,粘聚力用c表示,要求c>150kPa;内摩擦角用φ表示,要求φ>30°。
(3)在全面分析河北地区道路使用情况及病害特点的前提下,提出了适用于河北地区的橡胶沥青混合料最优配比。
(4)选取了最具代表性的橡胶沥青路面结构,建立了橡胶沥青路面实体模型和实体轮胎模型,对代表性橡胶沥青路面结构进行了静力学分析,采用荷载步长方法进行车辆不同行驶方式下路面结构的动力学响应。
(5)基于静、动荷载力学响应分析,得出了相应的橡胶沥青路面力学设计指标,并根据试验研究,给出了合理的约束条件。
(6)建立了橡胶沥青路面结构优化设计模型:以橡胶沥青路面设计指标为基础,将结构优化设计分为基于力学响应的结构优化、层间处治优化、疲劳寿命优化和经济效益分析四部分。
(7)基于静、动荷载力学响应,分析了面层厚度和模量对橡胶沥青路面力学指标的影响,给出了适合河北地区的橡胶沥青路面结构合理厚度及模量范围。



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