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非连续短纤维增强沥青抗裂防水封层技术研究

非连续短纤维增强沥青抗裂防水封层技术研究



一、课题名称

本技术研究课题的名称为《非连续短纤维增强沥青抗裂防水封层技术研究》。

二、提名等级

本技术研究课题获重庆市科技进步奖三等奖提名。

三、技术工艺

随着半刚性基层沥青路面的大量使用,裂缝问题日益突出,并已成为该结构主要缺陷。沥青路面开裂后会给使用性能和耐久性带来严重后果一方面破坏了结构的整体性和连续性另一方面,外界的水可以不断的由裂缝处渗入并积存于基层顶面,导致裂缝两侧的沥青路面破碎。非连续短纤维增强沥青抗裂防水封层应力吸收和扩散能力强、抗裂性能好,防水性能好,稳定性能好,施工快捷,便于回收利用成为目前使用热点。

项目基于纤维-乳化剂-沥青多耦合异相界面在施工不同时期界面浸润吸附特性,得出耦合界面的结合能最大时纤维和沥青品种。定义抗裂功能纤维增强封层极限破坏理论,根据断裂的能量学观点,基于功能原理,考虑差异化工况下的修正系数,建立基于界面破坏理论的能量方程及配合设计方法。基于断裂力学理论及扩展有限元法在模拟裂缝扩展方面的优势,对动荷载作用下沥青路面结构中抗裂纤维封层的阻裂效应及其影响因素进行研究,得出抗裂效果最佳时的封层模量范围。基于微观形貌和界面特征官能团表征,得出纤维表面酸碱刻蚀以及偶联处理最佳方案。

选择影响纤维增强乳化沥青封层抗裂性能的三个主要因素乳化沥青用量、纤维用量和纤维长度在四水平下的正交试验。测定带预切口复合路面结构试件荷载与挠度关系曲线图,得出各试验组合下的断裂能,分析影响断裂能的主要因素和最佳材料组合方案。比较铺设改性乳化沥青下封层,纤维增强乳化沥青封层,稀浆封层,橡胶沥青封层,纤维橡胶沥青封层后路面结构断裂能的大小。测定加载过程中距试件预裂缝不同位置处应变突变值与时间周期,比较不同材料用量以及不同封层对裂缝发展抑制作用的大小,建立裂缝动态发展与力学指标的关联度。改造沥青混合料车辙试验系统,模拟车辆通过半刚性基层裂缝时,路面结构三个受力状态,评价纤维增强乳化沥青封层不同材料用量和不同封层抗弯拉型和剪切型反射裂缝的性能,分析封层厚度以及加铺层厚度对抗反射裂缝性能的影响。自制拉拔和剪切夹具测定封层与面层和基层剪切力与粘结力,得出影响剪切力和粘结力的主要因素和最佳材料组合方案。

将纤维埋置于沥青基体中,研究荷载沿纤维垂向和轴向两种加载模式下纤维与沥青界面对应力/应变的响应情况。通过制作碳纳米(CNTs) -纤维埋置于沥青基体的模型,以恒速率压缩沥青基体或拉伸两个串联基体,实时检测纤维两露出端间电阻的变化。引入纤维在基体中的相对滑移量△L对应力敏感因子GF进行讨论,并分析沥青裂缝发展情况的五种模型,得到CNTs-纤维电阻对裂缝发展过程演化的响应公式。研究提出了采用浸涂法制作碳纳米管(CNTs)涂层纤维测试评价纤维封层抗裂性能的方法。CNTs -纤维最佳分散溶剂配比为2-乙氧基乙醇+KH5600.01mg/ml+MWCNTS1.5mg/ml),电阻平均区间保持在14-28kΩ/cmCNTs-纤维在垂向和轴向荷载模式下皆存在纤维与乳化沥青间的相对位移与响应电阻的线性关系纤维对沿轴线方向荷载模式表现出更高的电阻敏感度,通过电阻值变化的大小可定量评价纤维封层的抗裂性能

四、标准规范

(一)施工工法:重庆市级工法《沥青路面半刚性基层增强下封层施工工法》渝建[2016]228号文,重庆市城乡建委,2016.6.6。

(二)技术规范:①《沥青路面纤维增强封层技术指南》(DB53/T 755-2016),云南省地方标准;②《道路纤维封层技术规程(中国工程建设标准化协会征求意见稿)》(建标协字[2016]084)。

五、研究人员

主要研究人员有凌天清、刘燕燕、何亮、陈怡宏、黄中文、王元元、张阳、王志美、袁胜强。

六、研究单位

主要研究单位有重庆交通大学、重庆建工住宅建设有限公司、交通运输部公路科学研究所、杭州欣融工程机械有限公司、重庆金沙9159下载有限责任公司。

 

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