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牛芊
(河北省高速公路石黃管理處 石家莊 050000)
摘要 為解決瀝青路面結(jié)構(gòu)反射裂縫嚴重的問題,文中提出了以瀝青再生混合料作為柔性基層鋪筑于半剛性基層之上充當過渡層的組合式基層大修結(jié)構(gòu)形式。借助有限元分析軟件ANSYS對大修結(jié)構(gòu)進行建模,評價銑刨舊料RAP參數(shù)變化對大修結(jié)構(gòu)性能的影響。
關(guān)鍵詞 瀝青路面 大修結(jié)構(gòu) RAP參數(shù) 結(jié)構(gòu)性能
隨著我國公路全面進入大中修養(yǎng)護周期,如何科學合理有效地利用高速公路大修時所產(chǎn)生的舊料是長期困擾公路部門的一道難題。根據(jù)以往經(jīng)驗,高速公路局部大修產(chǎn)生的銑刨舊料,除小部分被沿線農(nóng)民運走用于填筑鄉(xiāng)間道路、坑塘外,大部分被長期廢棄堆放。近幾年,從國外引進的路面再生技術(shù)為銑刨舊料找到了一種全新的利用途徑,國內(nèi)開始大量試用就地熱再生、水泥冷再生、二灰冷再生等方式進行路面結(jié)構(gòu)大修設(shè)計。國內(nèi)主流大修結(jié)構(gòu)仍然是以水泥冷再生、二灰冷再生等作為半剛性基層材料為主,這就不可避免地出現(xiàn)半剛性基層共有的缺陷——反射裂縫,而柔性基層或半柔性基層則可以很好地避免反射裂縫的產(chǎn)生。
通過瀝青再生技術(shù),重復利用回收的瀝青路面材料(RAP),不但能解決瀝青路面銑刨舊料的處置問題,也能保護環(huán)境和資源、降低高速公路的建設(shè)成本,是當前研究的一個熱門方向。文中將回收再生瀝青混合料重新進行配合比設(shè)計,充當路面大修結(jié)構(gòu)柔性基層,鋪筑在半剛性下基層之上,形成組合式瀝青路面,使新的路面結(jié)構(gòu)既能解決半剛性基層路面反射裂縫嚴重的問題,又能滿足路面承載力要求。
1 大修結(jié)構(gòu)的有限元模型
為分析組合式基層大修結(jié)構(gòu)性能,選取典型結(jié)構(gòu)形式(見圖1)建立有限元仿真模型,分析不同RAP摻量及其結(jié)構(gòu)層厚度對大修效果的影響。選取solid45單元類型,假設(shè)路面大修結(jié)構(gòu)為各向同性的層狀彈性體系。有限元模型平面尺寸為4m×4m,圖2為大修結(jié)構(gòu)有限元模型。通過室內(nèi)試驗,對所用到的路面材料進行回彈模量和劈裂強度試驗,得到的試驗結(jié)果見表1、表2。
2 RAP參數(shù)變化對大修效果影響
通過建立組合式基層路面大修結(jié)構(gòu)有限元模型,分析柔性基層結(jié)構(gòu)層厚度、RAP含量對路面大修結(jié)構(gòu)力學指標的影響。通過計算分析發(fā)現(xiàn),瀝青面層的層底拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的數(shù)值遠遠低于其容許值,限于篇幅有限,省略其變化規(guī)律圖。其他指標的計算結(jié)果見圖3~圖6。
圖3中隨著柔性基層結(jié)構(gòu)厚度增加,路表計算彎沉也隨之增大。當柔性基層厚度從10 cm增加到16 cm時,不同摻量RAP料的大修結(jié)構(gòu)計算彎沉平均增大了3. 4(0. 01 mm),RAP摻量為100%時,提高程度也最大,達到了4.2(0. 01mm);從RAP摻量對彎沉的影響程度看,隨著RAP摻量的提高,計算彎沉也相應(yīng)增大,當柔性基層厚度為16 cm時,RAP摻量從0%增加到100%,計算彎沉增長了9.4(0. 01 mm),可見RAP摻量對彎沉的影響比該結(jié)構(gòu)層厚度的影響程度大。
圖4中隨著柔性基層結(jié)構(gòu)厚度增加,柔性基層層底拉應(yīng)力也隨之增大。當柔性基層厚度從10 cm增加到12 cm時,不同摻量RAP料的大修結(jié)構(gòu)柔性基層層底拉應(yīng)力平均增大了0. 094MPa;而當柔性基層厚度從12 cm增加到16 cm時,不同摻量RAP料的大修結(jié)構(gòu)柔性基層層底拉應(yīng)力平均增大了0. 118 6 MPa;從圖中可以明顯看出,柔性基層層底拉應(yīng)力增長速率前小后大。柔性基層厚度越大,RAP摻量對柔性基層層底拉應(yīng)力的影響也就越明顯,當柔性基層厚度為16 cm,RAP摻量從0%增加到100%時,提高程度幅度達到了0. 07 MPa。
圖5中隨著柔性基層結(jié)構(gòu)厚度增加,柔性基層層底剪應(yīng)力隨之減小。當柔性基層厚度從10cm增加到12 cm時,不同摻量RAP料的大修結(jié)構(gòu)柔性基層層底剪應(yīng)力平均減小了0. 047 2MPa;而當柔性基層厚度從12 cm增加到16 cm時,不同摻量RAP料的大修結(jié)構(gòu)柔性基層層底剪應(yīng)力平均減小了0. 043 2 MPa;從圖中可以看出,柔性基層層底剪應(yīng)力降低速率前大后小。隨著柔性基層厚度變化,RAP摻量對柔性基層層底剪應(yīng)力的影響相對平穩(wěn),并未出現(xiàn)明顯的發(fā)散或集中趨勢。RAP摻量從0%增加到100%時,柔性基層層底剪應(yīng)力提高幅度只有0. 027 5 MPa。
圖6中隨著柔性基層結(jié)構(gòu)厚度增加,半剛性基層層底拉應(yīng)力隨之增大。當柔性基層厚度從10 cm增加到16 cm時,不同摻量RAP料的大修結(jié)構(gòu)柔性基層層底拉應(yīng)力平均增大了0. 019 6MPa,增幅只有9.6%。從圖中可以看出,半剛性基層層底拉應(yīng)力增長趨勢平緩,幾乎呈現(xiàn)水平趨勢。而隨著柔性基層厚度變化,RAP摻量對半剛性基層層底拉應(yīng)力的影響浮動略大,出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象。RAP摻量越大,半剛性基層層底拉應(yīng)力越大,RAP摻量從0%增加到100%時,半剛性基層層底拉應(yīng)力提高程度幅度達到0. 058 MPa,提高幅度為32. 4%。
3結(jié)論
(1)隨著柔性基層結(jié)構(gòu)厚度增加,路表計算彎沉、柔性基層層底拉應(yīng)力、半剛性基層層底拉應(yīng)力均隨之增大,只有柔性基層層間拉應(yīng)力隨之減小。
(2)隨著RAP摻量從O%提高到100%,路表彎沉、柔性基層層底拉應(yīng)力、柔性基層層底剪應(yīng)力、半剛性基層層底拉應(yīng)力4項指標值均出現(xiàn)不同程度的提高,說明RAP料性能較新集料差,但綜合性能仍可以滿足路面結(jié)構(gòu)要求。
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