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河北省寒冷地区高速公路玄武岩纤维带状加筋半刚性基层沥青路面抗裂技术研究

王泽普  
【摘要】:半刚性基层沥青路面是目前我国高等级公路应用最广泛的结构形式,然而半刚性基层沥青路面的裂缝问题至今仍未解决,已有文献表明在我国北方寒冷地区,刚修建好的沥青公路在经历一个冬天之后,路表便会出现大量裂缝。这些裂缝不仅会缩短公路的使用年限,增加养护维修费用,更重要的是会对人们的行车安全形成隐患。对于半刚性基层沥青路面的开裂问题,国内外学者已进行了大量的研究并取得了一定的成果,然而半刚性基层沥青路面的反射裂缝问题仍未得到有效的解决,因此对寒冷地区半刚性基层沥青路面的抗裂研究具有重要意义。本文首先对河北省寒冷地区的公路病害的实地调研情况进行了总结说明,通过对张承高速公路二期和康保县西郊环城道路裂缝病害的多次观测,可以确定河北省寒冷地区半刚性基层沥青路面的主要病害为温度型反射裂缝。根据传热学相关理论,使用ABAQUS有限元软件对河北省寒冷地区的张承高速公路二期的温度场进行数值模拟,得到了该沥青路面结构的高温季节代表日和低温季节代表日的24小时温度场的变化情况。并根据现场实测路面结构的温度数据,绘制出张承高速公路二期各结构层的年温度变化曲线。针对于河北省寒冷地区高速公路路面反射裂缝严重的问题,本文提出了在半刚性基层中沿行车方向布设玄武岩纤维筋带的防治措施,并根据复合材料细观力学理论对加筋半刚性基层的抗拉回弹模量、温度收缩系数和抗拉强度等参数进行了预估计算。运用弹性力学理论推导出玄武岩纤维带状加筋半刚性基层温度应力和温缩裂缝平均间距的计算公式,并计算出不同体积分数的玄武岩纤维带状加筋半刚性基层温缩裂缝的平均间距,结果表明通过玄武岩纤维筋带的加筋作用可以增大半刚性基层温缩裂缝的间距,从而大幅度减少温缩裂缝的数量。最后,利用有限元软件分析了不同体积分数玄武岩纤维带状加筋半刚性基层与未加筋半刚性基层的对比情况,结果证明通过玄武岩纤维筋带的加筋作用可以增强半刚性基层的抗裂性能。


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