旧沥青路面上的罩面抗裂系统评估研究

【摘要】：现今使用的罩面层设计程序主要基于减少沥青路面的应力、应变的理念来进行。但是，如果旧沥青路面裂缝太多，这些裂缝可能会在设计寿命内迅速地反射到新罩面层。开裂沥青路面上的加铺层遭到迅速破坏已成为一个严重问题，而越来越受到研究人员的关注。普通沥青罩面并不是开裂的沥青路面有效的修复方法，旧沥青路面的裂缝会扩展到罩面层，这就是所谓的反射裂缝问题。 本文分析沥青混凝土的抗裂特性，测定其开裂产生和裂缝扩展的参数，特别关注旧沥青路面上的加筋沥青混凝土的案例；分析了沥青路面的裂缝扩展机理，提出了几种沥青罩面抗裂系统，包括使用玻璃纤维加筋材料。 本文研究了三种不同复合结构抗裂罩面系统，包括普通复合结罩面构抗裂系统(AK／AC)、玻璃纤维加筋复合结构罩面抗裂系统(AK／GFRAC)和格栅加筋复合结构罩面抗裂系统(AK／GGRAC)。本文的创新点之一就是更好地解释了多层沥青罩面的裂缝扩展，在本文中称之为复合结构抗裂罩面系统。应用了两种不同的方法来加筋沥青罩面：第一种是在热拌沥青混合料(HMA)里掺加切断玻璃纤维以改善罩面层性能称为三维加筋：第二种是通过玻璃格栅来加筋罩面层。 本研究进行了沥青混合料设计试验，三点弯曲试验和疲劳裂缝扩展试验。提出断裂潜能的概念，确定了普通沥青混凝土和加筋沥青混凝土的临界应力强度因子(K_(IC))。确定了每一种抗裂系统的裂缝扩展速率，对开裂的过程也进行了分析。 研究结果表明，加筋材料改善了沥青混凝土的抗裂性能。加筋材料对抵抗裂缝产生的贡献要比对抵抗裂缝扩展的贡献更加有效。复合结构罩面抗裂系统，是解决旧开裂路面罩面产生反射裂缝问题的一个有效措施。本文运用断裂力学(FM)理论和有限元方法(FEM)，计算分析了抗裂罩面在裂缝尖端附近区域的应力强度因子。确定Paris定律的断裂力学参数A-和n-值。结合试验结果和数值计算结果预测了沥青抗裂系统的设计寿命。最后，本文提出了一套方法来评估抗裂沥青罩面的使用效果，以便在实际中选择行之有效的沥青罩面厚度和加筋类型。