同济大学孙立军沥青铺面结构设计
沥青路面罩面设计新方法研究

而 罩 面后 当 量 新 建 面 层 厚 () 于 h等
罩面厚度 (mh 与有效厚度 (h 之和 。 z ) e)
所 以 .考 虑 环 境 因 素 的影 响后 ,罩 面 后 沥 青 路 面 使 用 性 能 的 衰 变 模 型 即 结 构 行
为 方程 可 用 以 下几 式 表 示
() 2 路 面ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ在 使 用 过 程 中 . 使 用 性 能 会 预 先 估 计 路 面 在 采 取 罩 面 或 加 铺 措 施 其 A A ・ 【_ -ep 一( =k c 【 x ( p/1) 】2 1 1 0 Y)( ) 其 随行 车 荷 载 和 自 然 因 素 的作 用而 逐 渐 衰 后 . 使 用 性 能 随 时 间 或 轴 载 作 用 次 数
( 2) 2 (.) 2 3
Y : a (mh h ・ S ( 3・z +e ) E AL。 2 4) B k ・ 4 ・z +e ) ・ S c . : B a (mh h E AL I d
复
( 5) 2
.、 . 公路t设市场 |
国 内外 在 这 方 面 的 研 究 均 较 少 。美 为方程应 能反映罩面前的路面结构和损 国 AA H O 计 指 南 中 (9 3 版 ) 把 坏状况以及 不同罩面措施的使用性能衰 ST 设 19 年 , 罩 面 分 为 功 能 性 罩 面 和 结 构 性 罩 面 两 变情 况、 .以便 在罩 面结构设计和 寿命周 种 。所 谓 功 能 性 罩 面 就 是 指 用于 改善 道 期 费用分析 中能够预测 罩面后的使用年 路行 使质量 、增加路 表粗糙度 、弥补 一 限以及 任一年 的使 用性 能指标 。针对这
性 能 。而 不 同 的 改 建 时机 和 改 建 措 施 对 改 建 以后 的 性 能 会 产 生 不 同 的 影 响 . 从 而 产 生 不 同 的 经 济 效 果 .这就 存 在 最 佳 改 建 时 机 和最 佳 改 建 厚 度 的选 择 问 题 。 罩 面 后 的结 构 行 为 方 程 是 进 行 罩 面 设 计 和 优 化 的 基础 。合 理 的罩 面 结 构 行
光催化分解汽车尾气沥青路面材料应用技术研究

光催化分解汽车尾气沥青路面材料应用技术研究(120字以内):研究获得利用可见光进行汽车尾气分解的改性二氧化钛光催化剂,研究其掺加方式及掺量对催化剂效能发挥的影响,并创建室外汽车尾气降解效果评价体系模型,将该改性光催化剂负载到路面材料中开发可降解汽车尾气的路面材料,减少汽车尾气排放造成的大气污染。
一、项目立项依据(包括国内外技术发展现状、技术瓶颈和发展趋势,知识产权情况,项目对福建科技、经济和社会发展的作用及产业化前景,2000字内)1、项目的背景汽车尾气的排放是造成城市大气污染的主要原因之一,并且会对人类健康构成极大的危害。
汽车尾气中含有大量的有害物质,包括一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等,其中氮氧化物也是形成酸雨的重要原因之一。
据福建省环境保护厅发布的《2015年福建省环境状况公报》显示:全省2015年降水的PH值年均值为5.17,较上年上升0.06;酸雨出现频率为40.5%。
目前,福建省改善汽车尾气污染主要途径是推广清洁能源以及对“黄标车”的限制等,这些方法多数都集中在汽车本身和燃油消耗上,但是从道路铺装角度去减少汽车尾气污染的研究几乎处于空白状态。
由于机动车的排气管与路面很接近,排出的大量尾气首先与路面接触,如果能开发出降解汽车尾气的路面铺装材料•,这将是一个很好的解决汽车尾气污染的途径。
研究发现:纳米TiCh光催化材料在紫外光的照射下,通过光能转化为化学能,可以将污染物完全催化氧化为无害物质。
该材料与其他光催化材料相比具有无毒、环境友好、具有较强的氧化还原能力等特点,成为最具有前途的绿色环保催化剂。
本文将纳米TiO2光催化剂负载到路面材料中,开发出可降解汽车尾气的路面材料•,从而达到在光照条件下将汽车尾气中一•氧化碳和碳氢化合物降解为水和二氧化碳、氮氧化物降解为无害的硝酸盐的目的。
2、国内外研究2.1国外研究现状光催化是催化化学、光电化学、半导体物理、材料科学和环境科学等多学科交叉的新兴研究领域。
同济大学_孙立军_铺面材料组成及其力学性质

Er = f1 ⋅ σ 3
f2
荷载-弯沉关系
�
随着荷载(弯沉)的增大,模量在增加
P
破坏点
l
设计中的考虑
�
粒料模量的取值比较困难,因为 E=F(应 力,棱角,纹理,密度),设计中无法考 虑这么详细
第五章
路面材料的力学性能
引言
颗粒材料的工程性质 稳定类材料 沥青混合料 水泥混凝土 Miner定律-线性疲劳叠加率
1、路面材料的类型
一、 引 言
2、应力-应变特性:模量E,这是主要力学分析参 数 3、强度特性:了解其自身的抗力,了解强度的来 源 4、变形特性:变形能力,可恢复的和不可恢复的 变形,对平整度的影响 5、疲劳特性:与寿命有关,与荷载作用次数有关 6、耐久性:自然因素的影响,包括水的作用、水 稳定性、抗剥落特性、抗冻融特性(温度)、自 然老化、抗紫外线。
六、 Miner 定律-线性疲劳迭加律
路面上的荷载轻重不一,怎样考 虑不同荷载的作用? Miner在研究金属材料的性能时提 出了线性疲劳迭加律,即不同等级荷载产 生的疲劳效应可以直接相加。即
ni D=∑ i =1 N i
k
�
⎛1 N f = k⎜ ⎜ε ⎝ r
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
a
⎛ 1 ⎞ ⎟ ⋅⎜ ⎜S ⎟ ⎝ m⎠
b
五、水泥混凝土
疲劳特性
σ max = α − 0.0724 (1 − R ) ⋅ lg N f σf
或
⎛ σ max lg ⎜ ⎜ σ ⎝ f
⎞ ⎟ = lg A − 0 .0422 (1 − R ) ⋅ lg N f ⎟ ⎠
沥青混凝土桥面铺装层的动力有限元分析

中心 间距 为 3c 2m。竖 直 均 布压 力 为 0 7 a 并且 . MP ,
由于实 际轮胎 运动 过程 中会对铺 装层 表 面产生 一定 的水平 冲击力 , 水平 方 向的 冲击 系数 取 0 2 大小 即 .,
为 0 1 MP , 向与荷 载移 动方 向一致 。 .4 a方
桥梁 桥面铺 装结 构 的几 何及 材料参 数如 表 1所
代 替 动载计算 将 会 产 生 较 大 的误 差 。基 于 这一 点 ,
本文 利用 A S S有 限元 软 件 建立 全 桥 的桥 面铺 装 NY 有 限元 模 型 , 虑竖 向荷载 和水平 荷载 的共 同作用 , 考 分 析 了移动 荷载作 用下 的桥 面铺装 层 的各个力 学特 性 , 桥面铺 装 的设计 研究提 供合 理 的理 论依 据 。 为 2 计算 研究 理论 依据
3 沥青混 凝土桥 面铺 装有 限元模 型 3 1 材料 与荷载 参数 .
的铺 装路 面受力 状 况 明显 不 同 , 主要 是 由于 规 范 中
将荷 载假定 为静 载 的原 因。此种 假设 在早期 的道 路 上车 速 比较 慢 的情 况下 是 可 行 的 , 是 随着 交 通 行 但 业 和 汽车工 业发 展 , 速有 了很 大提升 , 以用静 载 车 所
行 方 向为 一 条 直 线 。经 过 时 问 t , 胎 荷 载 的 中 后 轮
律, 当汽车 到达 计 算 点 时 , 形 达 到 最 大值 , 当汽 变 而 车行 驶 经过 计算 点 后 , 面铺 装 位移 的振 动减 弱 , 桥 其 中铺 装 层 顶 面 的最 大 竖 向变 形 达 到 0 2 rm, 主 .8 a 而
达 计算 位置 前 的时 间里 竖 向位移 呈 现 明显 的振动 规
孙立军柔性路面结构设计方法

柔性路面结构设计方法一、设计方法说明对路面设计的最基本要求是耐久、平整、抗滑。
耐久是指有足够长的使用寿命,这要求整个路面结构具有足够的强度和抗变形能力。
事实上,迄今为止所有的设计方法都是围绕着耐久性这个核心而提出的。
平整性要求是为了保证路面的行驶舒适性,对高等级公路/道路,由于车速高,保证平整度尤为必要。
要做到路面平整,就必须有正确的厚度设计、正确的材料设计和正确的施工方法。
抗滑是对路面表面特性的要求,传统上不属于路面结构设计的内容,主要通过表面层材料的选择和材料的设计予以保证。
因此,要使路面达到预期的使用性能和用户要求的满意度,必须围绕着耐久性这一个核心,进行精心设计何计算。
迄今为止,我国交通部分别于1958、1966、1978、1986和1997年颁布了柔性或沥青路面设计规范,目前广泛使用的是1997年颁布的规范。
该规范使用了路表弯沉、整体性基层底面弯拉应力作为路面设计指标。
理论上说,这个规范可以设计不同基层的路面结构,但由于力学计算中采用了连续体系的假设,并且未能给出沥青基层的明确要求;加上当时认识上的误区使得实践中使用的几乎全部是半刚性基层结构,所以我国的路面结构十分单调。
根据分析,97年规范虽然采用了多指标设计方法,但真正起控制作用的指标在绝大部分场合只是路面弯沉指标,其他指标不起控制作用。
虽然采用现行规范可以验算面层底面的弯拉指标,但柔性基层上沥青路面结构的面层底面采用的是弯拉应力指标。
影响弯拉应力的因素十分复杂,规范中考虑的比较简单;疲劳规律的可靠性也需要进一步验证。
所以,采用规范方法设计柔性基层的重交通路面的可靠性是需要进一步研究的。
本课题拟根据国外沥青路面设计方法和实践现状,以国内外的道路实践为基础,总结提出适用于柔性基层沥青路面的结构设计方法框架,供适用时参考。
二、结构设计考虑长期以来,我国的路面结构组合设计都是根据路面的设计和使用经验进行的,至今没有十分明确的设计原则,更没有定量的结构组合设计方法。
沥青路面再生技术-孙立军

半刚性基层损坏类型(裂缝间距/cm)
2013-7-10
教育部重点试验室ljsun@
22
路面评价
基层评价
E>4000MPa
基层基本完好,裂缝间距5米以上 可观察表面裂缝间距
2013-7-10
教育部重点试验室ljsun@
23
路面评价
基层评价
45
0.2
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 乳化沥青油石比(%)
2013-7-10
教育部重点试验室ljsun@
空隙率(%)
冷再生混合料设计
设计结果分析:OEC=4.0-5.0%
多数采用4.0%
2013-7-10
教育部重点试验室ljsun@
DC
DD DP
DS
DH
PCI=100-DP
分层加权法
教育部重点试验室ljsun@ 4
2013-7-10
路面评价
面层甄别
贯穿和非贯穿裂缝
贯穿裂缝将损坏基层 非贯穿只需要更新或再生面层
2013-7-10
教育部重点试验室ljsun@
5 5
路面评价
面层甄别
变形产生在哪一层
2013-7-10
教育部重点试验室ljsun@
11
路面评价
面层甄别
老化程度
决定了就沥青材料的可用性
2013-7-10
教育部重点试验室ljsun@
12
路面评价
面层甄别
均匀性
决定了旧料使用的可行性、方便性和具体细节
需要处理
<0.2米
同济大学_孙立军_路面材料的力学分析

�
�
面层、基层的厚度和模量对 路基顶面 应力的影响
�
�
当面层、基层较薄时,增加面层、基层的厚度和 模量的效果都十分显著 当基层达到一定厚度时,增加基层厚度的效果在 减小
五、小结与设计考虑 小 结
•
当一个层次的参数(厚度和模量)较弱 时,增强该层次的参数考虑的效果是最显 著的 厚度的改变是容易的,模量的改变并不容 易,这意味着改变材料类型。竖向的应力 和位移连续,层间水平摩擦力不为零 ---半连续体系
Ei H 1 = h2 + ∑ hi ⋅ 4 E n−2 i =1
n −3
四、应力与位移分析 弯沉 面层底面的径向应力 面层剪应力 基层底面的弯拉应力 路基湿度的预估
面层、基层厚度对路面 弯沉的影响
�
�
�
�
随着面层、基层厚度的增加,路 面弯沉都将减小 随着基层厚度的增加,弯沉迅速 减小(红线左侧);当基层厚度 增大到一定厚度时,增加基层厚 度是十分不经济的 面层厚度较小时,增加厚度的效 果是很好的,但随着面层厚度的 增加,继续增加厚度的作用不断 减小 效果变差的分界点以图中的红线 为界,不同结构可能不同,但规 律类似
热固性聚氨酯改性沥青桥面铺装材料制备及性能研究

第 54 卷第 7 期2023 年 7 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.7Jul. 2023热固性聚氨酯改性沥青桥面铺装材料制备及性能研究杨帆1,丛林1,龚红仁1,袁俊杰2,史佳晨1,侯毓栋1(1. 同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室,上海,201804;2. 同济大学 先进土木工程材料教育部重点实验室,上海,201804)摘要:为研究热固性聚氨酯改性沥青(TPUA)桥面铺装材料的制备及性能变化规律,基于响应曲面法,以桥面铺装性能最优为目标,并结合层次分析法对TPUA 混合料的制备工艺进行优化;对比SBS 沥青和环氧沥青混合料,对不同改性剂掺量下的TPUA 混合料进行综合性能分析。
研究结果表明:在恒温养护条件下,TPUA 混合料强度随时间的变化过程满足指数增长关系,且温度对于TPUA 混合料的强度形成具有促进作用;在PU 改性剂掺量超过30%后,TPUA 混合料具有比传统SBS 沥青混合料更加优异的力学性能、水稳定性和高温抗变形性能;此外,在室温下,TPUA 混合料具有比环氧沥青和SBS 沥青混合料更优异的抗断裂性能;TPUA 混合料的低温最大弯拉应变能够达到8 000με,且低温断裂能为对比组混合料的3倍以上,具有优异的低温柔韧性。
关键词:热固性聚氨酯;改性沥青;桥面铺装;响应曲面法;路用性能中图分类号:U414 文献标志码:A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号:1672-7207(2023)07-2841-12Preparation and performance research of thermosetting polyurethane modified asphalt bridge deck pavement materialsYANG Fan 1, CONG Lin 1, GONG Hongren 1, YUAN Junjie 2, SHI Jiachen 1, HOU Yudong 1(1. The Key Laboratory of Road and Traffic Engineering, Ministry of Education, Tongji University,Shanghai 201804, China;2. The Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials, Ministry of Education, Tongji University,Shanghai 201804, China)收稿日期: 2022 −08 −11; 修回日期: 2022 −10 −11基金项目(Foundation item):国家自然科学基金资助项目(52178433,52008311,51878499);中央高校基本科研业务费资助项目(22120200447,22120220120);国家留学基金委资助项目(202106260113);上海市科委科研计划项目(21ZR1465700,19DZ1204200);上海市交委科研计划项目(JT2021-KY-014) (Projects(52178433, 52008311, 51878499) supported by the National Natural Science Foundation of China; Projects(22120200447, 22120220120) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities; Project(202106260113) supported by the China Scholarship Council; Projects (21ZR1465700, 19DZ1204200) supported by the Science and Technology Commission of Shanghai Municipality; Project (JT2021-KY-014) supported by the Shanghai Municipal Transportation Commission)通信作者:丛林,博士,教授,从事高性能聚合物改性沥青及其铺装材料、道路结构与新材料等研究;E-mail :******************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.07.028引用格式: 杨帆, 丛林, 龚红仁, 等. 热固性聚氨酯改性沥青桥面铺装材料制备及性能研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(7): 2841−2852.Citation: Y ANG Fan, CONG Lin, GONG Hongren, et al. Preparation and performance research of thermosetting polyurethane modified asphalt bridge deck pavement materials[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(7): 2841−2852.第 54 卷中南大学学报(自然科学版)Abstract:To study the preparation and performance change law of thermosetting polyurethane modified asphalt (TPUA) bridge deck pavement materials, based on the response surface method, aiming at the optimal performance of bridge deck pavement, and combined with the analytic hierarchy process, the preparation processof TPUA mixture for bridge deck pavement was optimized. The comprehensive performance of the TPUA mixture with different modifier dosage was analyzed by comparing the SBS asphalt and epoxy asphalt mixture. The results show that the change process of TPUA mixture strength with time conforms to the exponential growth under the condition of constant temperature curing. Temperature can promote the strength formation of the TPUA mixture. When the dosage of the PU modifier exceeds 30%, the TPUA mixture has better mechanical properties, water stability and high-temperature deformation resistance than those of the SBS asphalt mixture. In addition, the TPUA mixture has better fracture resistance than that of epoxy asphalt and SBS asphalt mixture at room temperature. At low temperature, the maximum flexural tensile strain of the TPUA mixture can reach 8 000με, andits low-temperature fracture energy is more than 3 times of the control groups. TPUA mixture has excellent low-temperature flexibility.Key words: thermosetting polyurethane; modified asphalt; bridge deck pavement; response surface method; pavement performance桥面铺装作为桥梁的重要组成结构,起到了分散车辆荷载、防止雨水浸入和减小车轮对桥面板直接磨耗的作用[1−2]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Ac Aa
N −0.22 f sp
无机结合料稳定粒料:
σ R = 2.857Ac N −0.11 f sp
无机结合料稳定土:
σ R = 2.222Ac N −0.11 f sp
式中各系数见交通部《公路沥青路面 设计规范(JTJ014-97)》,人民交通出版社。
轴载换算
轴载的等效换算
� 两种轴载作用于同一路面结构上,所造成的疲劳 损耗相同,则称两种荷载的作用次数等效
基于弯沉指标的等效换算
� 假设甲乙两种荷载作用在路面结构上次,则其疲 劳消耗为:
5
5
D1
=
1 N1
=
⎜⎜⎛ ⎝
600Ac As ld1
Ab
⎟⎟⎞ ⎠
和
D2
=
1 N2
=
⎛ ⎜⎜ ⎝
600
Ac As ld 2
Ab
⎞ ⎟⎟ ⎠
� 令D1=D2,则
5
N2 N1
=
⎛ ⎜⎜⎝
ld1 ld 2
⎞ ⎟⎟⎠
� 根据大量的弯沉实测结果,可知
0.87
ld1 ld 2
=
C1'C2 '
⎛ ⎜⎜ ⎝
P1 P2
⎞ ⎟⎟ ⎠
� 代入上式,可得:
N2 N1
4.35或 4.0
=
C1C 2
⎛ ⎜⎜ ⎝
P1 P2
⎞ ⎟⎟ ⎠
或
Ns N1
4.35或4.0
=
C1C2
⎜⎜⎛ ⎝
P1 Ps
⎟⎟⎞ ⎠
� 式中,C1为轴型系数,C1=1+1.2(m-1), m为轴数 C2为轮组系数,单轮组时C2=6.4,双轮组时C2=1.0。
• 疲劳裂缝
• 反射裂缝 低温开裂
沉陷 车辙
波浪、拥包
坑槽
泛油 松散
7.3 路面结构组合设计
� 轻交通-中交通时的结构组合设计原则 � 重交通时的结构组合设计原则 � 结构组合示例
轻交通 ——中交通结构组合设
计原则
� 按照道路等级和交通要求选择面层等级和 类型
� 按各结构层的功能选择结构层次 � 按各结构层的应力分布特性 � 顾及各结构层次本身的特性 � 考虑环境状况的不利影响 � 适当的层数和厚度
� 设计指标和计算图式 � 弯沉计算 � 应力计算 � 轴载换算 � 材料参数(模量和强度)
设计指标
� 路面表面回弹弯沉
lS ≤ ld
� 沥青混凝土面层底面弯拉应力
σ ≤σR
� 整体性基层底面弯拉应力
σ ≤σR
弯沉计算
计算弯沉 设计弯沉 基层考虑 关于新规范的说明
计算弯沉
� 路面理论弯沉
2 pδ le = E1 ⋅We
� 设计弯沉
容许弯沉为使用年限末的弯沉,路面设计 需要使用年限初的弯沉,所以应该将容许弯沉换 算为设计弯沉。容许弯沉比设计弯沉大1.2倍
基层考虑
� 上式建立的年代比较久远,只适用于碎砾石柔性 基层,对半刚性基层,上式应该除以1.6的系数。
ld = 600N −0.2 Ac As Ab
� Ab为基层类型系数。 半刚性基层时,Ab=1; 柔性基层时,Ab=1.6。 Ac对高速公路和一级公路都为1。
� 理论弯沉需要修正,修正系数 F为:
0.38
F
=
ls le
= Ws We
=αF
⋅
⎛ ⎜⎜⎝
E0ls 2 pδ
⎞ ⎟⎟⎠
� 计算弯沉为
1.61
ls
=
2 pδ E1
We
⋅F
=
2 pδ E 0.39
0
⎜⎛ α F W e⎜ ⎝E1源自⎟⎟⎞ ⎠设计弯沉
� 容许弯沉
lR
=
AN −b
= 11Ac As N 0.2
重交通时结构组合设计原则
� 正确认识各结构层的作用,考虑各结构层对路面 长期使用性能的影响
� 沥青层应保证足够的厚度,交通量越大,沥青层 的厚度应越大
� 沥青层材料设计 � 基层模量应具有适当的模量 � 当采用半刚性材料作为基层或垫层时,应作适当
的处理 � 十分重视路面排水系统的设计
四、我国现行沥青路面 设计方法
第七章
沥青路面结构
设计
引言 路面损坏分析与设计考虑
路面结构组合设计 我国现行沥青路面设计方法
国外解析类方法
一、引言
� 理解设计方法 � 目前设计方法的分类 � 另一种更科学的设计方法分类
二、路面损坏分析与设计考虑
1、路面损坏分析
裂缝类
疲劳裂缝 反射裂缝 低温裂缝
车辙
变形类
沉陷
松散
表面损坏类
坑槽
泛油
基于弯拉应力指标的等效换算
� 推导过程与上面的过程类似,要用到的关系式
是:
σ 1 = ld1
σ 2 ld2
� 可得:
8
Ns N1
=
C3C4
⎜⎜⎝⎛
P1 Ps
⎟⎟⎠⎞
C3为轴型系数,C3=1+2(m-1)
C4为轮型系数,单轮组时C4=18.5,双轮组时C4=1.0。
材料参数
� P186-187,请自己学习。原则上应该做试验测 定。
关于新规范的说明
应力计算
路面应力计算
� 按照P141、142的图10-8、10-9计算。
容许应力计算
� 材料的弯拉疲劳方程可以写成
b
Nf
=
A⎜⎜⎛ ⎝
1 σr
⎟⎟⎞ ⎠
⇒ σ R = aN −b fr
fr为弯拉强度。我国采用劈裂强度代替弯拉
强度
� 不同材料的容许弯拉应力
沥青材料:
σR
= 11.11⋅
思考题
获得模量、强度的方法有那些方法,它们与我们 前面讲述的方法有什么不同?在选择材料的参数 时,应考虑那些方面的因素?
五、国外解析类方法
设计指标
沥青层底面的弯拉疲劳应变 路基顶面的压应变(考虑荷载重复作用)
验算指标
车辙深度 其它整体性材料底面的弯拉疲劳应变