长寿命沥青路面报告申爱琴(非常重要
浅谈长寿命沥青路面
浅谈长寿命沥青路面作者：张全敏来源：《科学之友》2009年第35期摘要：简述长寿命沥青路面的发展历史，分析了长寿命沥青路面原理、结构功能和材料的选择。
关键词：长寿命；抗剪性；功能层；磨耗层中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：1000-8136(2009)35-0061-02建国至今，中国高速公路通车里程6.03万km，位居世界第二位。
2008年，美国经济危机冲击着全球经济体系，中国为抵御经济环境的不利影响，提出加大基础设施建设，促进经济平稳较快增长的计划。
因此，中国高速公路还将持续且迅猛的发展。
但是在中国公路事业迅猛发展的同时，一些新建公路的早期路面损坏现象也十分严重。
主要原因为传统的路面结构在一定程度上还不够完善，甚至存在着一定的问题。
1概念、技术及特点1.1概念长寿命路面在美国被称作长效性或永久性路面。
美国沥青路面协会(APA)关于永久性路面的定义为：路面使用年限至少为35年，并且在使用年限内确保路面不发生结构性破坏，只需进行周期性养护，平均罩面时间不小于12年。
但各国长寿命沥青路面结构设计年限规定并不一致，具体情况见表1。
1.2技术长寿命路面是通过周期性地更换沥青面层来获得沥青路面结构更长的服务性能，其技术核心：路面材料的选择和路面结构层的设计，长寿命路面不仅适用于大交通量道路，经适当的调整后也可用于中、低等级交通量道路。
1.3特点长寿命路面沥青主要特点：厚度较传统沥青砼路面厚度大，服务周期长(表面功能层寿命应达到8年以上；主要承重层寿命应达到40年以上)。
维修方便且费用低。
2原理、功能分析和选材2.1原理分析长寿命沥青路面是基于力学的长寿命路面结构设计的一种设计方法，其实质在于运用力学的方法来分析路面结构对自然气候和行车荷载等因素的响应。
中国目前采用的设计方法为抗剪性概念的长寿命沥青混凝土路面设计方法，其设计原理见图1。
长寿命路面结构设计要达到3个目标：①不出现结构性破坏，包括结构性裂缝和结构性车辙；②路面破坏仅发生在路面表层且能迅速修复；③定期的路面表层养护、检修和更换，使路面结构达到长寿命(超过50年)。
张石高速公路重载长寿命沥青路面结构研究的开题报告
张石高速公路重载长寿命沥青路面结构研究的开题报告一、研究背景随着经济的快速发展，我国高速公路网建设正在迅猛发展。
高速公路的建设需要大量的沥青路面结构材料，对公路建设材料市场的需求量日益增加。
然而，在使用过程中，由于大量的车流和货运，路面会受到大量的损坏和磨损，进而导致路面的寿命大幅缩短。
因此，如何提高高速公路路面的耐久性和长寿命性，成为目前亟待研究解决的问题。
二、研究目的本研究旨在探究张石高速公路重载长寿命沥青路面结构，旨在通过对该路面结构的材料特性、工程设计、施工技术等方面的研究，建立适合该路段的长寿命沥青路面结构方案，提高路面耐久性和长寿命性，降低高速公路运营成本，改善公路运输环境。
三、研究内容和任务本研究的主要内容和任务如下：1. 梳理和总结张石高速公路的基本情况和现有路面材料特性。
2. 研究该路面结构的设计原理、施工技术、材料选择等关键参数，确定合理的路面结构设计方案。
3. 通过实验室测试和现场试验，评估长寿命沥青路面结构方案的性能和耐久性。
4. 利用科技手段，对路面材料的损伤和磨损情况进行评估，建立长期性能评估体系，预测路面的寿命。
5. 提出改善方案和措施，优化长寿命沥青路面结构方案，保障公路运输的安全和稳定性。
四、研究重点和难点本研究的重点在于长寿命沥青路面结构的设计、施工和材料选择。
研究难点主要有以下方面：一是路面结构的复杂性，需要考虑道路环境、车流状况等多个因素；二是路面材料的特性分析与选择，要考虑材料的性质、成本、可靠性等多重因素；三是耐久性和长寿命性的评估方法问题，需要建立科学合理的测试与模型。
五、研究方法和技术路线本研究将采用实验研究与理论分析相结合的方法，主要包括以下内容：1. 对现有沥青路面结构进行调查和分析。
2. 设计长寿命沥青路面结构方案。
3. 通过实验测试和现场试验评估路面材料的性能和耐久性。
4. 利用数学建模和科技手段对路面寿命进行预测和评估。
5. 提出改善方案和措施，优化长寿命沥青路面结构方案。
长寿命沥青路面设计与试验研究的开题报告
长寿命沥青路面设计与试验研究的开题报告一、项目背景道路是城市交通基础设施的重要组成部分，而路面作为道路的重要组成部分，对道路的质量、安全以及使用寿命等方面都有着重要影响。
目前，我国在道路建设方面已取得了较大的进步，但一些路段在使用过程中，由于路面破损等原因还是需要频繁进行大规模的修缮和养护，不仅浪费了大量的财力、物力和人力，而且影响了道路的使用效益和安全性。
因此，如何提高道路路面的使用寿命，减少养护成本，成为当今城市交通建设领域一个亟待解决的问题。
二、研究目的本研究旨在探究应用长寿命沥青路面的设计与试验，提高道路路面的使用寿命，减少养护成本，从而提高城市道路的效益和安全性。
三、研究内容（1）长寿命沥青路面技术研究：介绍长寿命沥青路面的定义、特点及其优点，详细探究长寿命沥青路面的组成结构、材料配比、施工工艺及施工要点等内容。
（2）长寿命沥青路面设计原则研究：阐述长寿命沥青路面的设计原则和步骤，包括路面层次、厚度、配筋类型、撑模类型、材料选择等方面；（3）长寿命沥青路面试验研究：开展长寿命沥青路面试验，探究其在不同温度、不同负荷下的性能，比较长寿命沥青路面与传统路面的性能表现，验证其使用寿命更长、养护成本更少的特点。
四、研究意义本研究的成果将为长寿命沥青路面的设计提供可靠的理论依据和技术指导，为城市交通建设提供新的发展思路和解决方案，同时带来经济、环保和社会效益等多重好处。
五、研究方法本研究将采用文献调研、实验研究和数据分析等方法，通过对相关文献资料的搜集整理和实验研究，来综合探究长寿命沥青路面的设计与试验，形成科学、合理的设计方案和技术指导。
六、研究进度安排第一阶段（1-3个月）：文献调研和资料整理第二阶段（4-6个月）：长寿命沥青路面技术研究第三阶段（7-9个月）：长寿命沥青路面设计原则研究第四阶段（10-12个月）：长寿命沥青路面试验研究第五阶段（13-15个月）：数据分析和成果整理七、预期成果本研究的预期成果包括：（1）探究长寿命沥青路面的技术和设（2）根据不同的路面特点和技术要求制定长寿命沥青路面的设计原则指南；（3）开展长寿命沥青路面试验，比较其与传统路面表现差异，验证长寿命沥青路面使用寿命更长、养护成本更少的特点；（4）撰写科学的论文，出版学术专著及相关技术报告。
桥面铺装调平层与沥青面层层间剪切行为
桥面铺装调平层与沥青面层层间剪切行为万晨光;申爱琴;郭寅川【摘要】为了改善桥面铺装层间结构病害多发的问题,采用ANSYS软件对调平层与沥青层层间结构的受力进行分析.提出层间极限剪切边界的概念,开展重要影响因素的敏感性分析,与组合结构抗剪强度变化方程建立联系.结果表明:水平力系数而非竖向荷载是层间极限剪切边界的关键影响因素;沥青上、下面层厚度对铺装结构层间剪切状态具有相似的改善效果;调平层厚度对桥面铺装层间剪切状态的影响较小;铣刨措施组合结构抗剪强度回归方程的斜率大于典型铺装结构下极限边界方程的斜率,可以保证调平层与沥青层处于剪切安全状态.层间极限剪切边界可以将铺装结构力学分析与室内试验建立直接联系,为桥面铺装层间结构设计提供参考.%The concept of interlayer shearing limited boundary was proposed based on the stress characteristics of the interlayer structure calculated by ANSYS in order to improve the problem of interlayer structure diseases of bridge deck pavement.The sensitivity analysis of important influencing factors was conducted, and the relationship between shear strength and interlayer shearing limited boundary was established.Results show that the transverse force coefficient is the key factor of interlayer shearing limited boundary.Increasing the upper asphalt layer or the lower layer thickness can both reduce the occurrence probability of shear failure.The effect of concrete leveling layer thickness on the shear state of bridge deck pavement is very small.The milling interlayer treatment measure can ensure the shear state safety of bridge deck pavement under the typical pavement structure.The interlayer shearing limited boundary can establisha relationship between the mechanical analysis and laboratory test, which can provide reference for the design of interlayer structure of bridge deck pavement.【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2017(051)007【总页数】6页(P1355-1360)【关键词】道路工程;桥面铺装;混凝土调平层;沥青铺装层;层间结构【作者】万晨光;申爱琴;郭寅川【作者单位】长安大学公路学院,陕西西安 710064;长安大学公路学院,陕西西安710064;长安大学公路学院,陕西西安 710064【正文语种】中文【中图分类】U443层间结构是桥面铺装结构的重要组成部分[1-2],也是铺装结构的薄弱区域和病害多发区.在车辆水平荷载的作用下,各层间结构、尤其对于材料性质存在巨大差异的混凝土调平层和沥青铺装层层间结构,由于变形协调性差的原因,往往使层间结构提前破坏并成为桥面铺装推移、拥包等病害的直接诱因[3-7],层间寿命已成为制约铺装结构整体寿命的重要影响因素[8].桥面铺装作为桥梁工程和道路工程的交叉领域,目前尚未形成完善的铺装结构设计理论和设计方法[9],尤其对于调平层和沥青铺装层层间结构,工程设计人员大多仅仅依靠经验,选用调平层表面处理措施和防水黏结层材料.本文采用有限元方法,对桥面铺装结构的受力特点进行分析.根据混凝土调平层与沥青铺装层层间所受正应力与水平向切应力所呈现出的特殊关系,提出铺装结构层间极限剪切边界的概念,针对轮载、铺装层厚度等影响因素进行层间极限剪切边界的敏感性分析.对采用铣刨、拉毛层间处治措施以及原状界面的组合结构,分别开展有竖向压力作用下的层间剪切试验,将不同界面抗剪强度回归方程与层间极限剪切边界方程建立联系,为桥面铺装层间结构设计提供依据.1.1 模型的建立选取铜黄高速(铜川—黄陵)沮河特大连续刚构桥为研究对象,连续刚构桥中跨跨中为桥面铺装的关键截面[10],为此选取中跨跨中直线段13 m长梁段进行桥面铺装层间结构受力分析,梁段高度为3.50～3.54 m.为了简化计算模型,在此不考虑铺装结构横坡.模型边界条件设置如下：两侧端部仅限制竖直方向位移,各结构层层间设置为完全连续.根据圣维南原理可知,铺装结构仅在距模型两端边界处一定范围内受边界条件的影响,因此模型中间部位的计算结果可以反映铺装结构的真实受力状况.由于不同部位所需的计算精度不同,网格划分的尺寸不同,梁体结构划分较粗、而铺装层划分较细,同时在荷载作用区域进行了局部网格细化处理.如无特殊说明,计算均采用《公路桥涵通用设计规范》(JTG D60-2015)中规定的公路一级荷载140 kN.通过比利时轮压与轴载经验公式[11]确定的接地压强为0.85 MPa,采用0.188 m×0.188 m的正方形均布荷载加载,荷载中心距为0.32 m,加载时不考虑车辆离心力的作用,荷载作用在横向最不利受力位置[12],计算模型如图1所示.计算时,首先采用铜黄高速桥面铺装典型结构进行受力分析,主梁梁体为C50预应力混凝土,调平层为C40配筋混凝土,沥青面层材料分别采用SBS改性沥青SMA-13和AC-20C型纤维沥青混合料.模型各部所用材料单元和参数如表1所示.1.2 桥面铺装层间极限剪切边界选择桥面铺装层间结构受剪最不利状态作为本文的研究对象,荷载水平力系数取为0.5[11].考虑到路面结构层间剪切强度与其受到的竖向压力有关,以沥青铺装层与混凝土调平层层间节点所受到的竖向正应力σy为X轴,横桥向水平切应力τxy、纵桥向水平切应力τyz以及层间合成水平切应力τS为Y轴,分别绘制散点分布图.如图2～4所示,为了更清楚地展现散点分布的特点,近似绘出了散点群的外轮廓线.由图2～4可知,层间节点所受竖向正应力与横、纵向以及合成水平切应力均在一定范围内呈现出有规律的分布特点,其中纵向切应力、合成切应力与正应力的分布规律相似.已有研究成果表明,沥青铺装层与混凝土调平层层间抗剪强度随正压力呈线性规律变化[3].在正应力相同的条件下,所受切应力越小的节点的剪切安全系数越高,相反,所受切应力越大,即切应力越接近层间抗剪强度的节点越容易产生剪切破坏.在层间所有节点中,所受正应力和水平切应力在坐标系中近似位于通过(0,0)点的“直线”型外轮廓线上的节点是最易首先发生剪切破坏的节点.将图4中的“直线”型外轮廓线定义为桥面铺装层间极限剪切边界,即在车辆水平荷载作用下,桥面铺装层间结构最易发生剪切破坏的节点所受到的正应力和层间切应力所呈现的特殊对应关系.在层间极限剪切边界方程一定的情况下,拟合方程的斜率越大、截距越大,则铺装结构层间极限剪切边界对应位置发生层间剪切破坏的可能性越大.采用方程的斜率和截距来表征对应节点的层间受剪状态.在进行桥面铺装结构设计时,只需控制层间极限剪切边界上节点的受剪状况,即可保证调平层与沥青铺装层层间处于受剪安全状态.为了找到层间极限剪切边界上的节点在桥面铺装层间结构中所处的位置,在正方形均布荷载内部及周围取10条路径,如图5所示.分别提取各条路径上节点的正应力,计算对应的合成水平切应力,绘制τS-σy散点分布图.对散点进行拟合,与合成水平切应力层间极限剪切边界进行对比分析,最终发现路径3上节点的τS-σy散点分布图具有显著的线性分布特征.拟合直线具有很高的拟合度,且与图4中的“直线型”外轮廓线,即层间极限剪切边界基本重合,因此路径3上节点是层间结构最易发生层间剪切破坏的节点组合,路径3上节点τS-σy散点分布图及拟合直线如图6所示.2.1 荷载的影响取0.7～1.2 MPa 6个接地压强等级开展层间极限剪切边界分析,水平力系数统一取0.5[11],层间极限剪切边界拟合直线方程设为y=a+bx,拟合直线特征参数如表2所示.由表2的计算、拟合结果可知,当水平力系数为0.5时,不同接地压强等级下桥面铺装层间极限剪切边界方程的斜率基本维持不变,方程截距随着接地压强的增加而增加,1.2 MPa较0.7 MPa条件下增加了71%,但由于截距本身数值较小,因此对铺装结构层间剪切状态的影响是极其有限的；虽然方程本身变化不大,但随着接地压强的增加,层间节点受到的最大正应力和相应的最大切应力不断增加.为了进一步分析水平力系数对层间极限剪切边界的影响,接地压强统一取为0.85 MPa,水平力系数取0～0.5[11]6个等级,不同水平力系数拟合直线的特征参数如表3所示.由表3的计算、拟合结果可知,在相同的接地压强条件下,随着水平力系数的不断增大,层间极限剪切边界方程的斜率和截距均近似呈线性增加.当水平力系数由0增加到0.5时,斜率增幅为45%,截距增幅为49%,虽然截距增幅稍大,但由于本身数值较小,对边界方程和层间节点的受剪状态影响是非常有限的；相反,虽然斜率增幅相对较小,但对层间极限剪切边界所对应节点的受剪状态影响是非常显著的,以受到正应力为400 kPa的层间节点为例,水平力系数为0.5时由拟合方程确定的对应的切应力为272.1 kPa,较水平力系数为0条件下的187.0 kPa增加了46%.综上所述,单纯接地压强不是影响桥面铺装层间极限剪切边界的关键因素；相反,水平力系数是影响铺装结构层间极限剪切边界的关键因素,水平力系数越大,边界方程斜率越大,层间节点发生剪切破坏的可能性越大.2.2 沥青铺装层厚度的影响为了确定各层厚度对桥面铺装层间极限剪切边界的影响,首先保持沥青铺装下层厚度为6 cm,上层厚度依次取4～6 cm 3个等级；同时,保持沥青铺装上层厚度为4 cm,下层厚度依次取4～8 cm 5个等级,边界方程特征参数如表4所示.表中,HU为沥青上面层厚度,HD为沥青下面层厚度.由表4可知,当沥青铺装下层厚度不变时,随着沥青铺装上层厚度的增加,边界方程斜率近似呈线性降低,当HU=6 cm时,方程斜率为0.616 2,较HU=4 cm时的0.665 0降低了7.3%.与改变沥青铺装上层的影响规律相似,边界方程斜率随沥青铺装下层厚度的增加而近似呈线性降低；当HD=8 cm时,方程斜率为0.613 5,较HD=4 cm时的0.727 4降低了15.7%,4～6 cm范围内由增加单位厚度而带来的方程斜率降幅略大于6～8 cm范围内的降幅.综上所述,增加沥青铺装上、下层厚度均可以降低桥面铺装发生层间剪切破坏的概率,在沥青铺装总厚度一定的情况下,增加沥青铺装上层或增加沥青下层所带来的效果相差不大.2.3 混凝土调平层厚度的影响为了进一步确定混凝土调平层厚度对层间极限剪切边界的影响,保持沥青铺装层4 cm+6 cm厚度组合不变,调平层厚度依次取6～10 cm 5个等级,边界方程特征参数如表5所示.由表5可知,在保持两层沥青铺装层厚度不变的情况下,随着混凝土调平层厚度的减小,边界方程斜率呈先减小后增加的趋势变化,当调平层厚度为7 cm时达到最小,但总体变化幅度非常微小,不足1.5%.由此表明,改变调平层厚度对于改善桥面铺装层间结构的剪切状态作用不大.3.1 组合结构层间剪切试验研究成型C40水泥混凝土板分别在混凝土板表面进行铣刨、拉毛处理,保持构造深度分别为1.2 mm和0.7 mm；在养护完成后,分别喷洒最佳用量[3]的SBS改性沥青并撒布碎石作为防水黏结层材料[13]；最后摊铺纤维沥青混合料作为沥青铺装下层材料、并碾压成型,养护后钻芯得到直径和高度均为10 cm的圆柱体剪切试验用试件. 在25 ℃条件下开展有正压力存在条件下的层间剪切试验,剪切速率统一取为5 mm/min,采用夹具分别对上、下结构层施加水平力,以保证试件破坏位置位于结构层层间,试件层间抗剪强度τmax随正压力的变化情况如图7所示.根据摩尔—库伦理论对试验结果进行回归分析,分别得到铣刨、拉毛和原状界面抗剪强度回归方程,如表6所示.由图7和表6的试验、拟合结果可知,铣刨、拉毛和原状界面3种界面型式层间黏聚力分别为246.8、210.4和185.8 kPa,内摩擦角分别为34.8°、22.6°和10.7°,说明铣刨层间界面形式具有更大的层间黏聚力和内摩擦角,因此铣刨层间处治措施的组合结构具有优良的层间抗剪切性能.3.2 铺装结构层间剪切状态分析为了将室内试验与力学分析结果建立联系,绘制抗剪强度回归方程和桥面铺装层间极限剪切边界方程,如图8所示.铺装结构采用提到的典型铺装结构,车辆接地压强取0.85 MPa,水平力系数为0.5.由图8可知,极限边界方程的斜率远大于原状界面组合结构抗剪强度回归方程的斜率,处于铣刨界面与拉毛界面之间.对于铺装整体结构,在不考虑沥青混合料本身受剪破坏的情况下,在0.85 MPa接地压强作用下,混凝土调平层与沥青铺装层层间极限剪切边界附近节点最大正应力仅能达到400 kPa,但此时足以使原状界面铺装结构处于临界剪切破坏状态.调平层表面不采取特殊处治措施而仅保持为原状界面会严重降低铺装结构的抗剪能力.对于拉毛层间处治措施,在不考虑沥青混合料本身受剪破坏的情况下,在0.85 MPa 接地压强作用下,铺装结构处于剪切安全状态.随着车辆接地压强的不断增大,虽然极限边界方程斜率基本维持不变,但层间节点所受正应力会不断增加,因此,铺装结构层间抗剪安全系数不断降低,当层间正应力达到800 kPa时,铺装结构处于临界剪切破坏状态.对于铣刨层间处治措施,在不考虑沥青混合料本身受剪破坏的情况下,抗剪强度方程斜率大于极限边界方程斜率,因此层间剪切安全系数不会因为由于车辆接地压强增加而导致的层间正应力的增加而降低,铺装结构始终处于剪切安全状态.综上所述,在上文所述的典型铺装结构条件下,铣刨层间处治措施可以保证桥面铺装沥青铺装层与混凝土调平层层间处于剪切安全状态.(1)根据桥面铺装混凝土调平层与沥青铺装层层间正应力与水平向切应力所呈现出的特殊关系,提出铺装结构层间极限剪切边界的概念,并通过计算、拟合求出特定条件下的极限边界方程.(2)在不考虑沥青混合料本身受剪破坏的情况下,接地压强对桥面铺装层间极限剪切边界方程的影响微小,水平力系数是铺装结构层间极限剪切边界的关键影响因素.水平力系数越大,边界方程斜率越大,层间节点发生剪切破坏的可能性越大.(3)增加沥青铺装上、下层厚度均可以降低桥面铺装发生层间剪切破坏的概率,且增加相同厚度的上层或下层厚度对铺装结构层间剪切状态的改善效果是相似的,调平层厚度对层间剪切状态的影响较小.(4)铣刨层间处治措施下组合结构抗剪强度回归方程斜率大于极限边界方程斜率,因此在典型铺装结构条件下,铣刨层间处治措施可以保证桥面铺装沥青铺装层与调平层层间处于剪切安全状态.本文采用ANSYS有限元计算软件,在对桥面铺装混凝土调平层与沥青铺装层层间结构受力分析的基础上,提出桥面铺装层间极限剪切边界的概念.与室内剪切试验建立联系,分析铺装结构层间剪切状态.限于计算量的原因,模型各结构层层间接触状态均设置为完全连续,建议后续研究考虑调平层与沥青铺装层的真实接触状态,考虑匝道处桥面铺装层间结构受力状态,进一步对桥面铺装层间极限剪切边界进行研究,同时考虑沥青混合料本身的受剪状态,为桥面铺装结构设计方法的完善提供参考.【相关文献】[1] 黄晓明.水泥混凝土桥面沥青铺装层技术研究现状综述[J].交通运输工程学报,2014,14(1)： 1-10. HUANG Xiao-ming. Research status summary of asphalt pavement technology on cement concrete bridge deck [J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2014, 14(1): 1-10.[2] 王岗,谢旭,王城泉,等.简支梁桥拱型桥面连续构造的受力性能[J].浙江大学学报：工学版,2014,48(6)： 1049-1057. WANG Gang, XIE Xu, WANG Cheng-quan, et al. Mechanical performance of arch-type continuous slab-deck on simply-supported girder bridge [J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2014, 48(6): 1049-1057.[3] 万晨光,申爱琴,郭寅川,等.桥面铺装混凝土调平层与沥青面层接触状态研究[J].建筑材料学报,2016,19(2)： 262-267. WAN Chen-guang, SHEN Ai-qin, GUO Yin-chuan, et al. Interlayer contact state between concrete leveling course and asphalt surface on bridge deck pavement [J]. Journal of Building Materials, 2016, 19(2): 262-267.[4] CASTRO M. Structural design of asphalt pavement on concrete bridges [J]. Canadian Journal of Civil Engineering, 2004, 31(4): 695-702.[5] CHUN S, KIM K, GREENE J, et al. Evaluation ofinterlayer bonding condition on structural response characteristics of asphalt pavement using finite element analysis and full-scale field tests [J]. Construction and Building Materials, 2015, 96: 307-318.[6] MOSES O O. Performance evaluation of stress absorbing membrane interlayers considering, debonding effects [J]. Journal of Civil Engineering and Science, 2014,3(1): 25-34.[7] 贾锦绣.沥青路面与桥面铺装抗剪特性研究[D].西安：长安大学, 2011. JIA Jin-xiu. Research on shearing resistance of asphalt pavement and bridge deck pavement [D]. Xi’an: Chang’an University, 2011.[8] LIU Y, QIAN Z D. Dynamic analysis of pavement on long span steel bridge decks [J]. Journal of SoutheastUniversity(English Edition), 2008, 24(2): 212-215.[9] 贾晓阳,李立寒.混凝土桥面沥青铺装黏结层抗剪设计方法[J].同济大学学报：自然科学版,2013, 41(3)：402-407. JIA Xiao-yang, LI Li-han. A design guide to shearresistance of bonding layer in concrete bridge deck asphalt pavement [J]. Journal of Tongji University: Natural Science, 2013, 41(3): 402-407.[10]刘黎萍,胡晓,孙立军,等.基于抗剪性能的混凝土桥沥青铺装设计方法[J].同济大学学报：自然科学版,2013,41(1)： 89-94. LIU Li-ping, HU Xiao, SUN Li-jun, et al. Design approach of shear properties-based asphalt pavement structure of concrete bridges [J]. Journal of Tongji University: Natural Science, 2013, 41(1): 89-94.[11] 邓学钧,黄晓明.路面设计原理与方法[M].北京：人民交通出版社,2007: 29-30.[12] 万晨光.基于重载交通的连续刚构桥桥面铺装结构优化研究[R].西安：长安大学,2016: 79-86. WAN Chen-guang. Optimization of bridge deck pavement structure of continuous rigid frame brid ge deck based on heavy traffic [R]. Xi’an: Chang’an University, 2016: 79-86.[13] 李云良,纪伦,刑超,等.水泥混凝土桥面铺装力学行为数值分析[J].哈尔滨工业大学学报,2013,45(10)： 58-62. LI Yun-liang, JI Lun, XING Chao, et al. Numericalanalysis about mechanical behavior of concrete bridge deck pavement [J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2013, 45(10): 58-62.。
全生命周期沥青路面
全生命周期（LCA）分析沥青路面摘要：绿色低碳与可持续发展理念对道路工程建设的影响日益显著，道路建设与养护过程中LCA（全生命周期分析）越来越重要。
本文对于当前沥青路面LCA 方面的研究现状进行综述，包括现有研究成果分析，存在问题、未来展望。
关键词：沥青路面;全生命周期分析0引言随着近年来,二氧化碳排放越来越多，从而引起的温室效应已经成为当今人们需要注重的问题，大规模的沥青路面建设随之带来了不可忽视的环境问题, 在沥青路面建设过程中, 不仅要消耗大量的资源和能源, 而且普遍使用的热拌生产工艺会排放出大量的CO2等温室气体。
全生命周期评价方法能对沥青路面从设计到报废的整个过程能耗和环境排放进行全面剖析，自从1969年美国可口可乐公司率先将生命周期分析用于饮料包装材料的环境影响以来, 生命周期分析已广泛应用于国际社会的各个层次和领域。
尤其是20世纪90年代以后，在国际环境毒理学和化学学会以及欧洲生命周期评价开发促进协会的大力推动下, 生命周期分析LCA得到了快速的发展。
1现有研究成果分析国际化标准组织(ISO) 将LCA定义为:对一个产品系统整个寿命周期的输入、输出及潜在环境影响的汇编和评价。
将其分为4个不断交互循环的步骤:目的和范围确定、清单分析、影响评价、结果解释, 如图1所示。
基于LCA (Life Cycle Assessment) 理论将沥青路面的全生命周期划分为沥青路面设计、原材料准备、路面建设、运营、维护和废弃6个阶段。
颜可珍，高素云等拟建立集对分析—可变模糊集模型对热拌沥青路面全生命周期的能耗和环境排放进行综合评价,并应用该方法对湖南省湘潭某道路进行实例量化分析，结果表明建设阶段材料生产、施工机械使用和运营使用阶段各运输机械的使用对能源消耗和气体排放影响较大[1]。
宋庄庄，朱洪州等基于全寿命周期评价方法,量化分析了沥青路面各阶段的能耗及排放比较了使用阶段不同养护阈值下的设计寿命内总的能耗及排放，沥青路面在选取不同的养护阈值下,使用阶段的能耗占比均达到90%以上,明显高于全寿命其他阶段,关注使用阶段车辆行驶的排放,可促进路面可持续发展[2]。
长寿命沥青路面设计
长寿命沥青路面设计
傅强
【期刊名称】《交通标准化》
【年(卷),期】2008(000)004
【摘要】延长路面寿命对保证交通畅通、节省养护资金、节省用户费用、提高寿命周期总效益无疑都有好处.国外迅速发展和普遍重视的永久性路面结构体现了路面设计的新趋势,具有一定的合理性,值得我们借鉴和思考.
【总页数】4页(P145-148)
【作者】傅强
【作者单位】安徽宏泰交通工程有限公司,安徽,合肥,230022
【正文语种】中文
【中图分类】U416.217
【相关文献】
1.长寿命沥青路面的设计理念及路面结构组合设计 [J], 袁兴无
2.复合式基层长寿命沥青路面设计指标和设计标准研究 [J], 舒富民;钱振东;罗桑;唐健娟
3.长寿命沥青路面结构设计方法与设计原则 [J], 刘矿军
4.长寿命沥青路面结构设计研究 [J], 刘鹏
5.长寿命沥青路面结构设计研究 [J], 刘鹏
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沥青路面水性丙烯酸热反射涂层优化设计与路用性能
第40卷第11期2021年11月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol.40㊀No.11November,2021沥青路面水性丙烯酸热反射涂层优化设计与路用性能申爱琴,孔㊀涛,郭寅川,钱㊀谣,李㊀鹏(长安大学,特殊地区公路工程教育部重点实验室,西安㊀710064)摘要:为降低沥青路面温度,缓解城市热岛效应,选用水性丙烯酸乳液作为基料,通过正交试验确定涂料最佳质量配合比,制备一种新型环保水性丙烯酸热反射涂层㊂利用室内降温装置测试涂刷量和温度对降温效果的影响,分析降温效果的相关性,并评价涂层的抗滑性能与粘附性能㊂结果表明,涂料最佳质量配合比为:水性丙烯酸乳液固含量为47%,金红石型钛白粉掺量为14%,石英粉掺量为7%,空心玻璃微珠掺量为3%(以上均为质量分数)㊂降温效果在一定范围随涂刷量的增大而增大,但到达一定程度后降温效果趋于平稳,推荐涂料最佳用量为1.0kg/m2㊂涂层降温效果随温度的升高而增大,室内外降温效果的相关性极强㊂随着涂刷量的增大,抗滑性能不断降低,添加防滑颗粒能有效提高抗滑性能,且对降温效果几乎没有影响㊂粘附性能随涂刷量的增大而增大,试件打磨后粘附性能更强㊂关键词:水性丙烯酸热反射涂层;道路工程;正交试验;路用性能;降温效果;抗滑性能;粘附性能中图分类号:U414㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-1625(2021)11-3829-08 Optimal Design and Road Performance of WaterborneAcrylic Heat Reflective Coating on Asphalt PavementSHEN Aiqin,KONG Tao,GUO Yinchuan,QIAN Yao,LI Peng(Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education,Chang an University,Xi an710064,China)Abstract:In order to reduce the temperature of asphalt pavement and alleviate the urban heat island effect,a new type of environmentally friendly waterborne acrylic heat reflective coating was prepared by selecting waterborne acrylic emulsion as the base material.The best quality mixing ratio of the paint was determined through orthogonal experiments.The indoor cooling device was used to test the influence of the amount of paint and temperature on the cooling effect.The correlation of the cooling effect was analyzed,and the anti-skid performance and adhesion performance of the coating were evaluated.The results show that the best quality mixing ratio of the paint is:the solid content of waterborne acrylic emulsion is47%,the content of rutile titanium dioxide is14%,the content of quartz powder is7%,and the content of hollow glass beads is3% (all above is mass fraction).The cooling effect increases with the increase of the amount of brushing,but after reaching a certain level,the cooling effect tends to be stable.The recommended best dosage is1.0kg/m2.The cooling effect of the coating increases with the increase of temperature,and the correlation between indoor and outdoor cooling effects is extremely strong.With the increase of the amount of brushing,the anti-slip performance continues to decrease.The addition of anti-slip particles can effectively improve the anti-skid performance,and has almost no effect on the cooling effect.The adhesion performance increases with the increase of the amount of brushing,and the adhesion performance of the specimen is stronger after polishing.Key words:waterborne acrylic heat reflective coating;road engineering;orthogonal test;road performance;cooling effect; anti-skid performance;adhesion property收稿日期:2021-05-13;修订日期:2021-05-27基金项目:陕西省自然科学基金(2017JQ5085)作者简介:申爱琴(1957 ),女,博士,教授㊂主要从事路基路面材料结构与性能方面的研究㊂E-mail:672121381@3830㊀道路材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷0㊀引㊀言沥青对太阳辐射的吸收率较高,使得路面温度大幅度升高,加剧城市热岛效应,以致出现严重的车辙病害[1]㊂传统的沥青路面车辙病害防治措施主要包括优化路面结构及改善材料性能等,但这些措施未能从根本上解决车辙病害的直接原因 路面高温,因此,亟须一种 主动 降温措施㊂目前降低沥青路面温度的 主动 措施是在路表涂布热反射涂层[2]㊂热反射涂层主要分为溶剂型和水溶性两类,与溶剂型涂层相比,水溶性涂层在研制及施工过程中无有机化合物(volatile organic compound,VOC)的排放,更符合绿色道路建设理念[3-5]㊂水性丙烯酸热反射涂层是一种新型水溶性涂层,因具有降温效果显著㊁耐久性高㊁安全环保以及成本低等优点而备受关注[6]㊂国内外学者对水性丙烯酸热反射涂层开展了大量的研究㊂卢斌等[7]研究表明水性丙烯酸热反射涂层的透光率高达89%,具有良好的降温隔热效果㊂于国玲等[8]研究发现水性丙烯酸热反射涂层光泽度较高,抗老化性能较好㊂Cheng等[9]研究发现水性丙烯酸涂层可以显著降低路表温度,增强耐水性,提高抗车辙能力㊂Vlad Cristea等[10]认为水性丙烯酸涂层能大幅度降低夏季沥青路表温度,相容性较好,但未对其与路面的粘附性能及抗滑性能进行分析㊂Rahman等[11]研究表明水性丙烯酸涂层具有良好的韧性及降温性能,并对其配合比进行初步分析㊂胡向阳等[12]研究发现水性丙烯酸涂料无毒无害,储运方便,耐腐蚀性较好㊂在现有研究中,尚未进行水性丙烯酸热反射涂层的配合比优化设计,对水性丙烯酸热反射涂层室内外降温效果及其相关性的研究不够深入,缺乏基于降温功能的路用性能参数对比分析㊂鉴于此,本文首先通过正交试验对水性丙烯酸热反射涂层的质量配合比进行优化设计,利用室内降温装置测试涂刷量和温度对降温效果的影响,测试涂层室外降温性能,使用数学软件分析室内外降温效果的相关性,采用摆式仪法评价涂层的抗滑性能,采用拉拔试验评价涂层的粘附性能㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料基料选用深圳市吉田化工有限公司生产的水性丙烯酸乳液,其主要技术指标如表1所示;功能填料选用金红石型钛白粉㊁石英粉㊁空心玻璃微珠;溶剂选用江苏沭阳希之梦商贸有限公司生产的去离子水;助剂选用山东绿源化工有限公司生产的成膜助剂㊁分散剂度㊁消泡剂及流平剂㊂沥青采用壳牌70#基质沥青,其主要技术指标如表2所示;集料选用浙江衢州矿建材有限公司所生产的粗集料㊁细集料及矿粉,其中粗集料规格为5~10mm和10~15mm,细集料为0~3mm机制砂㊂表1㊀水性丙烯酸乳液的主要技术指标Table1㊀Main technical indicators of waterborne acrylic emulsionPolymer type pH Viscosity/cps Glass transition temperature/ħIonic characteristic Appearance Acrylic polymer5~61000~120023Anion Translucent liquid表2㊀70#沥青的主要技术指标Table2㊀Main technical indicators of70#asphaltPenetration (25ħ)/(0.1mm)Ductility(10ħ)/cmSofteningpoint/ħDensity(15ħ)/(g㊃cm-3)TFOTQuality change/%Residual needle penetrationratio(25ħ)/%Residual ductility(10ħ)/cm712359 1.0380.2969.346㊀㊀注:TFOT为沥青薄膜加热实验㊂1.2㊀样品制备涂料制备:首先按照预定的配合比进行称料,然后将金红石型钛白粉及石英粉加入到水性丙烯酸乳液中混合,再添加成膜助剂㊁分散剂以及去离子水,利用集热式恒温加热磁力搅拌器进行高速剪切分散搅拌,高速搅拌速率为1800r/min,搅拌时间为15min㊂最后添加空心玻璃微珠㊁消泡剂及流平剂,并保持低速剪切分第11期申爱琴等:沥青路面水性丙烯酸热反射涂层优化设计与路用性能3831㊀散搅拌,低速搅拌速率为1000r /min,搅拌时间为20min,制备过程如图1所示㊂此外,采用AC-13沥青混合料级配组成(见表3),车辙板试件成型尺寸为30cm ˑ30cm ˑ5cm㊂表3㊀沥青混合料的级配组成Table 3㊀Aggregate gradation of asphalt mixtureSeive size /mm 16.0013.209.50 4.75 2.36 1.180.600.300.150.08Passing ratio (mass fraction)/%100.099.076.537.428.720.513.79.37.8 5.0图1㊀涂料制备过程Fig.1㊀Coating preparation process 图2㊀室内降温装置Fig.2㊀Indoor cooling device 1.3㊀试验方法1.3.1㊀正交试验采用四因素三水平的正交试验设计进行涂料配合比优化,配合比均为质量配合比(下同)㊂初步拟定水性丙烯酸乳液用量为100g,选取水性丙烯酸乳液固含量分别为35%㊁40%㊁47%,金红石钛白粉掺量分别为10%㊁12%㊁14%,石英粉掺量分别为3%㊁5%㊁7%,空心玻璃微珠掺量分别为2%㊁3%㊁4%(以上均为质量分数,下同),正交试验因素㊁水平选取如表4所示㊂参照‘涂料粘度测定法“(GB /T 1723 93),采用流出杯法测定粘度;参照‘色漆和清漆不含金属颜料的色漆漆膜的20ʎ㊁60ʎ和85ʎ镜面泽的测定“(GB /T 9754 2007),采用60ʎ角度测定光泽度,仪器为WGG60型光泽度计;采用自制的室内降温装置测定降温值(见图2)㊂表4㊀水性丙烯酸热反射涂料正交试验因素、水平表Table 4㊀Orthogonal test factors and levels of waterborne acrylic heat reflective coatingLevelFactor A:Solid content of waterborne acrylate emulsion /%B:Dosage of rutile titanium dioxide /%C:Dosage of quartz powder /%D:Dosage of hollow glass microsphere /%1351032240125334714741.3.2㊀降温试验采用河南薪智机械有限公司生产的钻机,在试件内部2.5cm 处埋设温度传感器㊂在试件表面涂布不同厚度的涂料,将其放置在自制的室内降温装置中,启动电源,调节温度至60ħ,将涂层试件放置在移动载物台上,开启光源,调控辐射强度,照射60min,记录显示屏中的试验数据㊂将对比试件与涂层试件一同放置在太阳照射的室外,记录7:00 22:00间的温度变化㊂1.3.3㊀抗滑性能试验参照‘公路路基路面现场测试规程“(JTG 3450 2019)中的摆式仪法来评价涂层的抗滑性能,测试不同厚度涂层的摆值,试验仪器为摆式摩擦仪㊂3832㊀道路材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷1.3.4㊀粘附性能试验采用拉拔试验法来评价涂层的粘附性能,其试验原理是通过测试涂层与沥青混合料表面层间的拉拔力,并将拉拔力按公式(1)换算成拉拔强度㊂在60ħ下保温5h后,采用拉拔测试仪分别对不同厚度涂层的试件进行测试㊂σ=F S=4FπD2(1)式中:σ为拉拔强度,MPa;F为拉拔力,kN;S为拉拔面积,m2;D为拉拔直径,m㊂2㊀结果与讨论2.1㊀配合比优化表5为水性丙烯酸热反射涂料正交试验结果㊂表6为涂料粘度㊁光泽度及降温值的正交分析㊂由表5和表6可知,石英粉质量掺量对粘度的影响最为显著,粘度随石英粉质量掺量的增加而增大,最优组合为A3B1C1D1㊂金红石型钛白粉质量掺量为光泽度和降温值的主要影响因素,其中光泽度随金红石型钛白粉质量掺量的增加而下降,对应的最优组合为A2B3C1D3;降温值随金红石型钛白粉质量掺量的增加而增大,这是因为金红石钛白粉的折光指数较高,其对光辐射具有较强的折射能力,对应的最优组合为A3B3C3D2㊂表7为涂料配比中最佳因素㊁水平及决策表㊂由表7可知,水性丙烯酸乳液固含量为47%时,降温值与粘度达到最佳;金红石型钛白粉质量掺量为14%时,降温值与光泽度达到最佳;石英粉质量掺量为3%时,粘度与光泽度达到最佳㊂考虑到降温值为配合比设计的主要评价指标,因此涂料的最佳质量配比为:水性丙烯酸乳液固含量为47%,金红石型钛白粉质量掺量为14%,石英粉质量掺量为7%,空心玻璃微珠质量掺量为3%㊂表5㊀水性丙烯酸热反射涂料正交试验结果Table5㊀Orthogonal test results of waterborne acrylic heat reflective coatingOrthogonal number CombinationplanExperimental factor Evaluation indexA B C D Viscosity/(mm2㊃s-1)Glossiness Cooling value/ħZJ-1A1B1C1D1351032168.741.28.5 ZJ-2A1B2C2D2351253245.236.59.1 ZJ-3A1B3C3D3351474336.824.89.7 ZJ-4A2B1C2D3401054231.938.48.7 ZJ-5A2B2C3D1401272310.225.79.5 ZJ-6A2B3C1D2401433263.619.310.1 ZJ-7A3B1C3D2471073279.437.99.5 ZJ-8A3B2C1D3471234184.523.69.6 ZJ-9A3B3C2D1471452258.122.89.3表6㊀涂料粘度㊁光泽度及降温值的正交分析Table6㊀Orthogonal analysis of coating viscosity,glossiness and cooling valueOrthogonal index Viscosity/(mm2㊃s-1)Glossiness Cooling value/ħA B C D A B C D A B C DK1250.2226.7205.6245.734.239.228.029.99.18.99.49.1 K2268.6246.6245.1262.727.828.632.631.29.49.49.09.6 K3240.7286.2308.8251.128.122.329.528.99.59.79.69.3 Range27.959.5103.217.0 6.416.9 4.6 2.30.40.80.60.5 Significance sequence C>B>A>D B>A>C>D B>C>D>A Optimal combination A3B1C1D1A2B3C1D3A3B3C3D2第11期申爱琴等:沥青路面水性丙烯酸热反射涂层优化设计与路用性能3833㊀表7㊀涂料配比中最佳因素㊁水平及决策表Table 7㊀Best factors ,levels and decision-making tables in coating ratioEvaluation index Optimal level A B C D Viscosity /(mm 2㊃s -1)471032Glossiness 401434Cooling value /ħ471473Optimal solution 4714732.2㊀降温性能图3㊀涂刷量对降温效果的影响Fig.3㊀Coating dosage effect on cooling value 图3为涂刷量对降温效果的影响㊂由图3可知,不同厚度涂层均具有良好的降温功能,试件表面及内部2.5cm 处降温效果均随涂刷量的增加而增大㊂当涂刷量相同时,试件表面降温效果始终优于内部2.5cm 处降温效果㊂当涂刷量为0.2kg /m 2时,涂层对试件表面及内部的降温效果均较低,其降温值分别为3.1ħ和6.1ħ㊂这是因为涂层较薄,金红石型钛白粉含量少,折光能力不足,因而降温幅度较小㊂当涂刷量为1.0kg /m 2时,试件表面及内部2.5cm 处的降温幅度均到达峰值,分别为11.2ħ和7.9ħ,可认为1.0kg /m 2为最佳涂刷量㊂当涂刷量大于1.0kg /m 2时,涂层降温效果趋于平稳,主要原因是涂层厚度增加到一定程度时,降温填料金红石型钛白粉等分布率保持不变,折光效果较为稳定㊂图4为温度对降温效果的影响㊂由图4可知,涂层试件表面温度始终小于对比试件表面温度,这表明涂层具有良好的降温效果㊂对比试件表面温度为40ħ时,涂层降温幅度为5.8ħ;当对比试件表面温度为70ħ时,涂层降温幅度为10.4ħ㊂对比试件表面温度由40ħ上升到70ħ,涂层对试件的降温效果提高了79.3%,由此可知,涂层的降温效果随温度的升高而增大㊂图5为室外试件表面温度的变化曲线㊂由图5可知,与对比试件相比,涂层对试件具有良好的降温效果,且随温度的升高而增强㊂在14:30时,室外温度到达最高,此时涂层降温幅度达8.3ħ㊂图4㊀温度对降温效果的影响Fig.4Temperature effect on coolingvalue 图5㊀室外试件表面温度的变化曲线Fig.5㊀Variation curve of surface temperature of outdoor specimen 2.3㊀降温效果的相关性图6为室内涂层试件表面温度的关系㊂由图6可知,涂层试件与对比试件相关性极高,其相关系数R 23834㊀道路材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷为0.98,总体呈现涂层试件表面温度随对比试件表面温度的增大而增大的趋势㊂因此,可利用对比试件温度来分析涂层温度的变化趋势㊂图7为室内降温值与室外降温值的关系㊂由图7可知,涂层室内降温效果与室外降温效果的相关性极高,其相关系数R 2为0.99,呈正相关㊂这表明除热辐射以外的其他环境因素对涂层降温效果的影响极小㊂因此,在进行水性丙烯酸热反射涂层工程应用推广时,遇到恶劣天气等户外不利因素,可以采用室内降温试验来预测户外沥青路面降温效果㊂图6㊀室内涂层试件表面温度的关系Fig.6㊀Relationship between the surface temperature of the coatedspecimen 图7㊀室内降温值与室外降温值的关系Fig.7㊀Relationship between indoor and outdoor cooling value2.4㊀抗滑性能图8㊀涂刷量对摆值的影响Fig.8㊀Effect of coating dosage on BPN 图8为涂刷量对摆值的影响㊂由图8可知,试件摆值随涂刷量的增加而减小,涂层会降低沥青路面的抗滑性能㊂分析原因是路表空隙被涂料填充,进而导致路面的构造深度降低;此外,涂层表面形成的致密涂膜会导致路面与轮胎间的摩擦力下降,因而抗滑性能下降㊂当涂刷量为0.2kg /m 2时,试件摆值BPN 为48,仍符合路面抗滑标准BPNȡ45的规定,主要原因是涂层厚度较薄,不能对路表空隙充分填充,对构造深度影响较小;涂层中的空心玻璃珠等功能填料也能一定程度提高涂层表面的摩擦阻力㊂当涂刷量超过0.2kg /m 2时,试件摆值随涂刷量的增加而下降,不符合路面抗滑标准中BPNȡ45规定㊂综上可知,在沥青路面涂布水性丙烯酸热反射涂层后,会在一定程度上降低原有路面的抗滑性能㊂抗滑性能是一项非常重要的路用评判指标,与行车安全紧密相关[13]㊂因此,为确保涂层具有足够的抗滑性,需要在不影响涂层降温效果的前提下对其抗滑性能进行改善㊂已有研究表明在涂层中添加防滑粒料可提高抗滑性能[2]㊂选用标准砂作为防滑粒料,采用分层涂刷的撒布方式添加防滑颗粒㊂图9为防滑颗粒对摆值的影响㊂由图9可知,与对比试件相比,在涂层中添加防滑颗粒能显著提高抗滑性能㊂当防滑颗粒掺量为0.5kg /m 2时,试件摆值BPN 到达最大为65,满足路面抗滑标准中摆值BPNȡ45的规定,满足行车安全,推荐最佳掺量为0.5kg /m 2㊂当防滑颗粒掺量为0.1kg /m 2时,试件摆值BPN 为40,不符合路面抗滑标准中的相关规定㊂主要原因是涂层表面凸出的防滑颗粒稀疏,致使涂层表面粗糙程度较低,摩擦力增加不明显㊂当防滑颗粒掺量在0.1~0.5kg /m 2范围内时,试件摆值随防滑颗粒掺量的增加而增大,这是因为涂层表面凸起的防滑颗粒增多,提高了路表构造深度,增大了涂层粗糙程度,致使摩擦阻力变大㊂当防滑颗粒掺量在0.5~0.9kg /m 2范围内时,试件摆值随防滑颗粒掺量的增大而逐渐减小,这是因为㊀第11期申爱琴等:沥青路面水性丙烯酸热反射涂层优化设计与路用性能3835当防滑颗粒的掺量过大时,成膜基料不能包裹全部填料,致使防滑颗粒在涂层表面呈松散状态,牢固粘附差,进而导致摩擦阻力下降㊂因此,添加适量防滑颗粒可以提高涂层抗滑性能,满足行车安全㊂图10为防滑颗粒对降温效果的影响㊂由图10可知,与未添加防滑颗粒涂层相比,添加防滑粒料后涂层的降温效果略有下降,最大降温幅度仅为0.9ħ,变化极小,降温效果依然显著,故可认为防滑颗粒对降温效果几乎没有影响㊂其降温原因是部分防滑颗粒遮盖在涂层表面,对涂层中的成膜基料及功能填料产生影响,导致涂层降温效果略有降低㊂图9㊀防滑颗粒对摆值的影响Fig.10㊀Influence of anti-slip particle on cooling Fig.9㊀Influence of anti-slip particle dosage on BPN图10㊀防滑颗粒对降温效果的影响2.5㊀粘附性能图11为涂刷量对拉拔强度的影响㊂由图11可知,当涂刷量为0.8~1.2kg/m2时,未打磨和打磨试件的拉拔强度均随涂刷量的增加而增大㊂已有研究表明[10],涂层的拉拔强度值均高于0.6MPa时,可认为该涂层粘附性能良好,故水性丙烯酸热反射涂层具有较好的粘附性能㊂图11㊀涂刷量对拉拔强度的影响Fig.11㊀Effect of coating dosage on the tensile strength当涂刷量相同时,与未打磨试件相比,打磨试件涂层的粘附性能更为显著㊂主要原因是试件打磨后除去了其表面多余的沥青膜,使得涂层与集料的接触更加充分,进而使得集料表面的极性物质能更加紧密地与涂层中的极性基团相结合㊂因此,在沥青路面涂布水性丙烯酸热反射涂料前需要对其表面多余的沥青薄膜进行打磨处理㊂3㊀结㊀论(1)石英粉掺量对水性丙烯酸涂层粘度的影响最为显著,金红石型钛白粉掺量是光泽度和降温效果的主要影响因素㊂涂料最佳质量配比为:水性丙烯酸乳液固含量为47%,金红石型钛白粉质量掺量为14%,石英粉质量掺量为7%,空心玻璃微珠质量掺量为3%㊂3836㊀道路材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷(2)水性丙烯酸热反射涂层对试件的降温效果随着涂层厚度的增大而增大,但到达一定程度后降温效果趋于平稳,试件表面及内部2.5cm处的最大降温幅度为11.2ħ㊁7.9ħ,可认为最佳用量为1.0kg/m2;涂层对试件的降温效果随温度的升高而增大,室内外降温效果相关性极强㊂(3)水性丙烯酸热反射涂层会降低沥青路面的抗滑性,随着涂刷量的增大,涂层的抗滑性能不断降低;添加防滑颗粒能有效提高涂层的抗滑性能,且对降温效果几乎没有影响,但防滑颗粒用量过多会导致抗滑性能下降,推荐防滑颗粒最佳掺量为0.5kg/m2㊂(4)水性丙烯酸热反射涂层的粘附性能良好,且随涂刷量的增加而增大;与未打磨试件相比,打磨试件涂层的粘附性能更强,因此,有必要在涂布前清理路表的沥青膜㊂参考文献[1]㊀DOULOS L,SANTAMOURIS M,LIVADA I.Passive cooling of outdoor urban spaces-the role of materials[J].Solar Energy,2004,77(2):231-249.[2]㊀郑木莲,何利涛,高㊀璇,等.基于降温功能的沥青路面热反射涂层性能分析[J].交通运输工程学报,2013,13(5):10-16.ZHENG M L,HE L T,GAO X,et al.Analysis of heat-reflective coating property for asphalt pavement based on cooling function[J].Journal of Traffic and Transportation Engineering,2013,13(5):10-16(in Chinese).[3]㊀林㊀锐,刘朝辉,林壮文,等.水性丙烯酸涂料的改性及其功能化应用研究进展[J].表面技术,2017,46(1):133-140.LIN R,LIU Z H,LIN Z W,et al.Research progress of modification and functional application of waterborne acrylic coating[J].Surface Technology,2017,46(1):133-140(in Chinese).[4]㊀SINGH A P,SURYANARAYANA C,BALOJI NAIK R,et al.Development of hyperbranched polyester polyol-based waterborne anticorrosivecoating[J].Journal of Coatings Technology and Research,2016,13(1):41-51.[5]㊀许㊀飞,何庆迪,庄振宇,等.新型水性丙烯酸/环氧杂化乳液的制备及其在水性双组分金属防护涂料中的应用[J].涂料工业,2017,47(4):48-54+77.XU F,HE Q D,ZHUANG Z Y,et al.Preparation of novel waterborne acrylic/epoxy hybrid emulsion and its application in waterborne2K anticorrosive coatings[J].Paint&Coatings Industry,2017,47(4):48-54+77(in Chinese).[6]㊀孟令巧,史星照,周志平,等.环保型水性涂料研究进展及发展趋势[J].中国胶粘剂,2019,28(1):55-60.MENG L Q,SHI X Z,ZHOU Z P,et al.Research progress and development trend of environment-friendly waterborne coatings[J].China Adhesives,2019,28(1):55-60(in Chinese).[7]㊀卢㊀斌,郭㊀迪,卢㊀峰.SiO2气凝胶透明隔热涂料的研制[J].涂料工业,2012,42(6):15-18.LU B,GUO D,LU F.Study of SiO2aerogel transparent heat-insulation coatings[J].Paint&Coatings Industry,2012,42(6):15-18(in Chinese).[8]㊀于国玲,陈宛瑶,王学克,等.水性丙烯酸改性醇酸树脂涂料的研制及性能研究[J].电镀与涂饰,2020,39(12):801-806.YU G L,CHEN W Y,WANG X K,et al.Preparation of waterborne acrylic-modified alkyd paint and study on its properties[J].Electroplating &Finishing,2020,39(12):801-806(in Chinese).[9]㊀CHENG X L,CHEN Z X,SHI T S,et al.Synthesis and characterization of core-shell LIPN-fluorine-containing polyacrylate latex[J].Colloidsand Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects,2007,292(2/3):119-124.[10]㊀VLAD CRISTEA M,RIEDL B,BLANCHET P.Enhancing the performance of exterior waterborne coatings for wood by inorganic nanosized UVabsorbers[J].Progress in Organic Coatings,2010,69(4):432-441.[11]㊀RAHMAN O U,KASHIF M,AHMAD S.Nanoferrite dispersed waterborne epoxy-acrylate:anticorrosive nanocomposite coatings[J].Progress inOrganic Coatings,2015,80:77-86.[12]㊀胡向阳,陶栋梁,崔玉民,等.水性丙烯酸酯涂料改性的研究进展[J].材料保护,2020,53(4):136-141.HU X Y,TAO D L,CUI Y M,et al.Research progress of modification of waterborne acrylate coating[J].Materials Protection,2020,53(4): 136-141(in Chinese).[13]㊀CHALKIAS C,PETRAKIS M,PSILOGLOU B,et al.Modelling of light pollution in suburban areas using remotely sensed imagery and GIS[J].Journal of Environmental Management,2006,79(1):57-63.。
沥青路面力学文献综述
沥青路面力学文献综述摘要：沥青是我国主要的道路铺筑材料，沥青路面的力学性能影响着道路的使用和发展。
因此本文对沥青路面力学进行综述，主要汇总了荷载形式和基层形式对沥青路面力学性能的影响，简述了相关研究方法、仿真模型和实验结论，并对今后的沥青路面结构力学发展进行了展望。
关键词:沥青路面；力学性能；荷载作用；基层形式。
0 前言近些年我国对沥青路面结构力学也进行了大量的研究，现阶段的数值仿真方法主要分为有限元方法和离散元法，其中有限元方法是目前研究和使用较多。
任俊达[1]就基于沥青路面足尺加速加载试验，就通过ABAQUS建立了典型半刚性基层的沥青路面力学三维粘弹有限元模型。
多尺度力学试验与仿真分为宏观尺度和微观尺度，这两种尺度可以从两个方向上共同论证试验的合理性。
长寿命路面结构也是我国比较热门的研究话题，主要对刚性、半刚性、柔性与复合式等路面结构开展研究[2]。
沥青路面力学性能的研究是近些年比较热门的话题。
有许多学者研究了这些误差对沥青路面力学性能的影响。
潘勤学[3]就对双模量理论和传统线弹性理论进行了有限元分析，结果表明基于双模量理论与基于传统线弹性理论所得到的沥青路面力学响应偏差明显。
本文通过沥青路面结构力学的荷载形式影响和环境因素影响进行总结。
1 荷载形式荷载形式对沥青路面结构力学影响的研究主要分为非均布荷载作用和移动荷载作用。
实际中的车轮荷载呈非均布荷载形式，但是很多情况下，会将其视为均布荷载以方便构建模型和计算。
胡小弟等[4]通过试验证明了车辆轮胎与地面接触形状更接近于矩形，超载时荷载分布形式呈现凹形分布的非均匀分布形式。
层间光滑接触想比连续接触的最大剪应力更大，且不同层间接触条件会明显影响路面结构抗弯拉应力和最大剪应。
实际运行中的车轮荷载是时刻发生变化的。
很多模型会忽略了这一点，所以研究移动荷载对沥青路面力学性能的影响有重大意义。
张敏江等[5]基于Cohesive单元的双线性内聚力本构模型，建立了有限元分析模型。
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国内相关研究与实践
-- 西部交通科技建设项目——“重载交通长寿命沥青路面关键 技术研究项目”
-- 河南尉许高速公路是一种“ 刚柔并济、优势互补”的水泥混 凝土与沥青混凝土（PCC+AC）复合式路面结构，结构如图1-1。开封 至郑州高速公路、厦门环岛高速公路、合肥至全椒高速公路、天津市 道路、国道323宜州-都街段都修建有复合式路面结构。
1 长寿命沥青路面发展及研究现状
1.1 前言
- 近年来我国高速公路里程增长迅速。
2000年底，高速公路通车 总里程已达到1.6万公里， 我国高速公路总里程跃居 世界第三位； 2002年底，我国高速公路 通车总里程已达到2.52万 公里,跃居世界第二位； 截止到2004年底，我国高 速公路通车里程已超过3.4 万公里，保持世界第二。
- 采用半刚性基层结构(结构单一) ; - 面层厚度比国外的薄(总厚度相当); - 路面的破坏形式与设计指标不一致 - 易出现结构性破坏，修复困难.
（2）长寿命路面的特点
- 沥青面层厚度大; - 服务周期长(超过50年); - 维修方便且费用低
（3）长寿命沥青路面设计理 念
按功能合理设计结构层 基本前提:
交通诱发的破坏。
（7）材料选择
- 英国硬质沥青的使用是与长寿命路面结构的使用相结合； - 采用刚度更大的基层材料，如HMB15、HMB25、HMB35三种高模量沥 青混合料。
1.3.2 美国永久性路面
（1）欧洲设计理念的延续和发展 （2）使用寿命>50年，罩面层15~20年以后进行修复 （3）结构形式
- 全厚式沥青混凝土路面和高强度厚沥青路面的发展。
1.3.2 美国永久性路面
（4） 疲劳裂缝
实例：新泽西州建于1968年的州际公路I-287,面层厚度是10in.( 25.4cm)。1993 年的路面调查发现,路表出现很多裂缝,但现场取芯 表明裂缝深度大都在3英寸(7. 62 cm)之内,没有由下向上发展的疲 劳裂缝。
- HMA 路面足够厚,以消除自下而上的路面破坏。
结构
- 路面必须有合适的厚度和刚度以抵抗变形, - 具有足够厚度和良好性能以抵抗自基层底的疲劳开裂。
功能
- 上面层设计主要考虑抗车辙能力和抗磨耗能力; - 中间层设计主要考虑抗车辙能力; - 基层设计主要考虑抗疲劳能力.
1.3 国外长寿命路面的发展及现 状
（5）提出疲劳极限的概念
- 沥青面层或沥青碎石基层在层底拉应变很小时,可以承受相当 多数量的荷载作用而不发生疲劳破坏,
- 沥青混合料的疲劳应变小于“应变下限”时,材料内部将不发 生疲劳损坏的累积。
（6）路面设计方法
力学经验路面设计方法 特点：
- 把路面结构设计同材料的选择和施工结合起来考虑； - 考虑到路面损坏分析是材料性能、温度、水和荷载的相互作用结果 ； - 提供更精确的设计、提高路面寿命、提供费用-效益合理的设计， - 具有特殊的分析能力，如不同的损坏、特殊荷载、路面损坏调查评 价等。
长寿命沥青路面关键技术研究changsh
ouming liqinglumian guanjian jishuyanjiu
报告人：申爱琴（教授 博士生导师） 长安大学 公路学院
长寿命沥青路面关键技术研究主要内 容
1 长寿命沥青路面发展及研究现状 2 长寿命沥青路面设计理论及设计指标 3 长寿命沥青路面结构设计 4 长寿命沥青路面结构层材料设计 5 长寿命沥青路面层间处治技术 6 长寿命沥青路面经济效益分析
1.3.1 欧洲永久性路面
（1）使用寿命>40年
（2）裂缝
- 裂缝产生于沥青面层表面并由上向下发展； - 绝大多数为纵向裂缝,位置在轮迹两侧,也有横向表面裂缝,但很少见。
（3）车辙
1997 年Nunn等人发现,厚沥青路面存在一个厚度 上限,超过这个 限值自下而上的疲劳开裂和结构 性车辙都不会发生。
公里里程
（Km）
35000
我国各年公路里程增长
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0 1990 1995 1999 2000 2002 2004 年份
1.1 前言
- 我国所建高速公路中90%以上为半刚性沥青路面结构。 存在一系列问题：
1.2 长寿命路面的设计理念
（1）传统路面存在的问题
图1-1 河南尉许高速公路复合式长寿命路面结构简图
4cm 改性沥青混凝土 2cm厚的应力吸收层
28cm厚的水泥混凝土面板 1.5cm厚的防水联接层 18cm厚的二灰碎石基层
路基
2. 长寿命沥青路面设计理论及设计指标
2. 长寿命沥青路面设计理论及设计指 标
2.1 国内外的沥青路面设计体系
2.1.1 基于经验的设计方法 （1）CBR法
1.3.1 欧洲永久性路面
（4）疲劳寿命
- 数据统计分析表明,90%多的残余寿命差别是由沥青用量和沥青硬度的 不同而引起的,沥青的老化则是疲劳寿命差异的主要影响因素。
（5）沥青的养生
- 主要结构层的逐渐硬化对道路有利, - 确切地说,沥青的老化是一种养生过程。 - 不希望磨耗层过度老化, 会导致路面从表层开裂。
- 以CBR值作为路基土和路面材料（主要是粒料）的性质指标。
- 通过对已损坏或使用良好的路面的调查和CBR的测定，建立起路基土 CBR-轮载-路面结构层厚度（以粒料层总厚度表征）三者间的经验关 系。
（2）AASHTO法
1.3.3 其它国家长寿命路面
- 除了美国和欧洲，加拿大、澳大利亚甚至南非等许多 国家都在对长寿命路面进行广泛的研究，并取得了一定成 果。
- 到目前为止,永久性路面设计方法在设计参数、设计标 准上还没有一个统一的标准,仍处在发展完善阶段。
1.4 国内长寿命沥青路面研究及发展现 状
1.4.1 研究现状
- 基层使用的沥青针入度为100,20年后其针入度会降至20甚至更低。TR L对AC养生研究表明:道路在使用期间沥青碎石基层劲度会逐渐增长至原来 的4倍或者更高,这种变化对长寿命路面的设计有重大意义。
1.3.1 欧洲永久性路面
（6）路面强度
- 沥青在养生作用下道路劲度随时力提高，沥青基层不会出现因