湿热地区沥青缓冲隔离层老化行为及减振性能衰变机理研究

Although the cement concrete pavement structure with a semi-rigid or rigid (lean concrete) base owns advantages such as high rigidness, high strength and large load capacity, but it has poor effect in vibration dumping and energy absorption, when impacted by the wheel load, it's easy to cause breakdowns and cracks. To solve this problem, a study is carried out to explore how the aging of asphalt isolation layer under the cement concrete pavement will influence the declining of vibration dumping and energy absorbing performance of the pavement structure. By adopting a large simulation environment generator to simulate the aging process of matrix asphalt and rubber asphalt in the isolation layer and making drop-ball test, wheel load simulation of the cycle fatigue loading damage test and test of various asphalt performance parameters, this study will analyze the declining rule of vibration response in the pavement structure, and explore to what extent the vibration dumping performance of the pavement structure is influenced by the varying parameters of asphalt in the isolation layer, such as aging degree, height, modulus and rubber powder amount, so as to establish the model relationship between the aging degree of asphalt and the outside factors such the aging time, temperature and water; to analyze the aging mechanism of matrix asphalt and rubber asphalt in the isolation layer based on both macro and micro perspective; to establish the aging dynamic equation by virtue of the methods from dynamics and thermal analysis; to propose the suitable materials and structure height for the asphalt isolation layer of cement concrete pavement with anti-aging performance.

虽然半刚性或刚性（贫混凝土）基层的水泥混凝土路面结构具有强度高、刚度大，承担能力强等优点，但其减振吸能效果差，在车辆荷载的振动冲击作用下易产生断裂破坏，针对这一问题，并结合亚热带湿热环境下缓冲隔离层沥青易老化的特点，开展水泥混凝土路面沥青缓冲隔离层老化行为对路面结构减振性能衰变的影响研究。采用大型仿真环境发生器模拟隔离层基质沥青和橡胶沥青加速老化过程，通过落球振动试验、模拟车轮荷载作用的循环疲劳加载破坏试验以及沥青各项性能指标试验，分析振动响应在路面结构中的衰减规律，研究缓冲隔离层沥青老化程度、厚度、模量、橡胶粉掺量等参数变化对路面结构减振性能的影响程度，建立沥青老化程度与老化时间、温度、水等外界影响因素的模型关系；从宏观和微观角度分析缓冲隔离层中基质沥青和橡胶沥青的老化机理；依据动力学及热分析方法，建立沥青老化动力学方程；提出基于抗老化性能的沥青缓冲隔离层适宜的材料组成和层厚。

一、.项目背景.水泥混凝土路面虽然具有强度高、刚度大等优点，但在车轮冲击振动荷载以及自然因素作用下断板现象普遍。目前水泥混凝土路面沥青缓冲隔离层动能耗散性能研究甚少。本项目结合亚热带湿热环境下缓冲隔离层沥青易老化的特点，分析老化作用对橡胶沥青及其混合料力学性能的影响，着重对水泥混凝土路面沥青缓冲隔离层的动能耗散机理及在不同影响因素下的动能耗散效应进行研究。该项目旨在延长混凝土路面的使用寿命，为沥青隔离层的设计提供依据。.二、.主要研究内容.研究缓冲隔离层对路面板的振动响应，分析振动响应在路面结构中的衰减规律；分析沥青缓冲隔离层路面板在不同因素下的振动响应和疲劳相关性；通过测试橡胶沥青的软化点等性能指标，确定橡胶粉的最佳掺量，分析橡胶沥青老化机理、老化性能的变化规律及老化对橡胶沥青混合料路用性能的影响,建立老化的橡胶沥青热氧老化动力学方程；分析湿热环境下橡胶沥青加铺层老化程度对路面结构减振吸能性能的影响，建立加铺层老化程度和路面减振性能衰减的关系。研究TLA改性沥青在不同环境下各项指标的变化规律，建立沥青老化动力学方程；通过测试老化前后化学结构和官能团的变化，探究TLA改性沥青混合料老化性能。.三、.取得的主要成果.研究基层有、无沥青缓冲隔离层及不同影响因素下路面结构振动响应，分析路面结构动力响应与疲劳寿命的相关性，得到沥青缓冲隔离层起到良好的减振效果，增加路面结构的疲劳寿命，揭示沥青缓冲隔离层的动能耗散机理及其耗能效果影响因子。提出基于亚热带湿热环境下缓冲隔离层减振吸能效应的沥青抗老化性能的评价指标，建立隔离层沥青老化程度与老化时间、温度等外界影响因素的模型关系；从宏观和微观角度揭示湿热环境下路面夹层结构中沥青老化机理，提出基于抗老化性能的水泥混凝土路面隔离层适宜的材料、模量和层厚。.培养青年教师2名，博士2名，硕士5名。共发表学术论文14篇，其中SCI收录6篇，EI收录8篇,获得授权发明专利1项。