复合式沥青路面层间剪切疲劳破坏机理研究

复合式沥青路面由刚性混凝土基层与柔性沥青面层组合而成，具有结构整体强度高、行驶舒适性好、使用寿命长、维修费用小等优点，目前已应用较多，是重载交通高速公路长寿命沥青路面结构的发展方向。本项目主要针对刚柔复合式沥青路面层间剪切破坏问题，通过结构理论分析、理论模型建立、有限元计算、室内外试验与温度场测试，研究复合式沥青路面的温度场分布状况和层间温度状态，提出具有保温隔热温度效应时沥青面层的最小临界厚度；分析不利复杂条件下层间剪应力状况、影响因素及层间剪切疲劳破坏机理；进行层间抗剪强度试验与剪切疲劳试验，提出最佳的层间结合状态、层间粘结材料与用量，得到不同条件下的层间剪切疲劳方程，分析提出不同状态下的层间抗剪结构强度系数；分析层间剪切疲劳状态，提出基于层间剪切疲劳的沥青面层厚度设计指标与方法。研究成果可为复合式沥青路面的结构、沥青面层厚度设计和推广应用提供重要的理论依据。

复合式沥青路面具有整体强度高、行车舒适性好、使用寿命长、维修费用小等优点，是重载交通长寿命沥青路面结构的发展方向。研究中运用传热学原理和有限元法，对CRC+AC复合式路面结构的温度场进行了计算分析，研究了刚性基层的最大温度梯度与沥青面层和刚性基层厚度的关系，指出沥青面层厚度在不小于4cm时才能起到隔热作用；根据室内试验和工程经验，建议采用喷洒式结构对新建复合式沥青路面的层间进行处理，采用裸化技术对刚性基层表面进行处理；采用单一改性沥青时，层间粘结材料推荐SBS改性沥青，采用胶粉(CR)与SBS复合改性沥青时，推荐CR(8%)+SBS(3.5%)复合改性沥青。针对路面结构抗裂层沥青材料的特点和现有研究的不足，采用热塑性丁苯橡胶（SBS）、废胎胶粉（CRM）和邻苯二甲酸二丁酯（DBP）作为改性剂，研制了一种适用于路面结构抗裂层的复合改性沥青。研究表明：当SBS掺量为5%、DBP的掺量为4%、CRM掺量为4%时，研发的复合改性沥青各项性能均达到抗裂层要求并具有优良的路用性能。.由于车辆制动和离心力的作用，以及长大纵坡段重车行驶速度慢作用时间长、所需牵引力大，会使CRC+AC结构因层间抗剪强度不足出现纵向推移和侧向滑移现象；层间最大剪应力与沥青层厚度和模量、温度、层间结构与材料等因素有关，层间最大剪应力随AC层厚度和模量的增大而减小，且随AC层厚度增加而减小的趋势更为明显，CRC层厚度对层间最大剪应力的影响很小；在CRC+AC结构AC层的厚度设计中，层间剪应力是需要考虑的主要因素，以避免因AC层与CRC层的层间界面抗剪强度不足而发生层间剪切破坏，导致AC层的功能被破坏。根据计算分析和和实体工程的检测结果，建议复合式沥青路面沥青面层的厚度不宜小于6cm；利用自行研发的装置及测试方法进行了层间抗剪强度及剪切疲劳测试，通过层间抗剪强度测试可知，喷洒式结构沥青的最佳用量为1.4 kg/m2，通过层间界面剪切疲劳的测试和研究分析可知，复合式沥青路面的层间抗剪强度结构系数为KT=0.5Ne0.12，并结合复合式沥青路面层间剪应力与沥青层厚度的关系，提出了基于层间剪切疲劳的沥青层厚度设计方法。.研究成果可为刚柔复合式路面的耐久性提升和推广应用提供参考及依据。