裴磊洋, 馮莉, 劉國(guó)光*, 李庭漪

(1.中國(guó)民航大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300300；2.上海國(guó)際機(jī)場(chǎng)地面服務(wù)有限公司，上海 201207)

隨著中國(guó)民航運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，在役機(jī)場(chǎng)大多面臨著改擴(kuò)建工作。復(fù)合道面是機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建中常用結(jié)構(gòu)形式，但也給機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)管理工作帶來(lái)了新問(wèn)題，例如：跑道入口等待區(qū)柔性道面常因飛機(jī)輪組重復(fù)的附加水平剪切作用而形成輪轍病害，給飛行員駕駛飛機(jī)起步脫離入口等待區(qū)，平順進(jìn)入跑道造成了困難；飛機(jī)等待起飛時(shí)通常不關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，其噴出的高溫尾流會(huì)使柔性道面軟化，加劇了輪轍病害；降雨時(shí)，道面輪轍區(qū)域雨水聚集，會(huì)加速瀝青混合料中瀝青油分流失，從而造成粗骨料脫落，一旦吸入發(fā)動(dòng)機(jī)將造成嚴(yán)重事故。因此，機(jī)場(chǎng)通常會(huì)將輪轍處道面表層銑刨后加鋪新的熱拌瀝青混合料，但無(wú)法根治此類問(wèn)題。

從影響輪轍產(chǎn)生的外因出發(fā)，機(jī)場(chǎng)通過(guò)調(diào)整飛機(jī)在飛行區(qū)的滑行程序來(lái)減少飛機(jī)移動(dòng)荷載對(duì)道面的影響。飛機(jī)離港之前需要先從停機(jī)位推出，劉麗華[1]從飛機(jī)推出管理角度出發(fā)，建立飛機(jī)推出時(shí)間間隙分配模型；楊彥歡[2]則根據(jù)事件調(diào)度法建立飛機(jī)在場(chǎng)全部時(shí)間最短的飛機(jī)排程優(yōu)化模型并進(jìn)行仿真，將飛機(jī)在跑道入口處的等待時(shí)間轉(zhuǎn)移到停機(jī)位；萬(wàn)春蓮[3]認(rèn)為采用優(yōu)化的滑行道構(gòu)型能夠減少進(jìn)港飛機(jī)對(duì)跑道的占用時(shí)間，進(jìn)而減少機(jī)場(chǎng)繁忙時(shí)段的離港飛機(jī)跑道端等待時(shí)間。上述研究是對(duì)飛機(jī)滑行路徑的局部改進(jìn)，李斌等[4]針對(duì)龍嘉機(jī)場(chǎng)跑道的情況提出了飛機(jī)滑行整體優(yōu)化方案，并通過(guò)AirTOp對(duì)不同方案進(jìn)行了仿真；邢志偉等[5]、Tandale等[6]以國(guó)內(nèi)某大型機(jī)場(chǎng)為例，利用元細(xì)胞自動(dòng)機(jī)原理和蒙特卡洛算法構(gòu)建飛機(jī)離港最優(yōu)滑行路線模型，但該模型在其他機(jī)場(chǎng)的適用性尚未得到驗(yàn)證。隨著人工智能的發(fā)展，唐勇等[7]基于多智能系統(tǒng)提出飛機(jī)在飛行區(qū)內(nèi)從任意起點(diǎn)到目的地的最短路徑規(guī)劃方法，但飛機(jī)最優(yōu)滑行路徑并非單純的最短路徑；李睿馨[8]以白云機(jī)場(chǎng)的地面拓?fù)鋱D為基礎(chǔ)，基于多因素影響的權(quán)重分配原理建立滑行路徑優(yōu)化模型，為白云機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行管理提出可行性建議。

另一方面，從影響輪轍產(chǎn)生的內(nèi)因出發(fā)，徐明非等[9]采用蒙脫土對(duì)改性瀝青進(jìn)行復(fù)合改性，并制作復(fù)合改性瀝青混合料進(jìn)行了車轍試驗(yàn)，結(jié)果表明，適量的蒙脫土可以提高瀝青混合料的高溫性能。郭根才等[10]采用聚氨酯改性劑與瀝青高速攪拌制作混合料進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，聚氨酯改性瀝青混合料高低溫性能同時(shí)提升，且高溫性能提升尤其突出。胡曙光等[11]采用硫鋁酸鹽水泥、瀝青和外加劑等材料配置高黏結(jié)強(qiáng)度的新型瀝青材料，經(jīng)試驗(yàn)檢驗(yàn)，該材料具有優(yōu)良的高溫抗車轍性能，但該材料制備成本較高。周盛樹[12]、張敏等[13]從施工工藝出發(fā)，制作了不同級(jí)配、不同壓實(shí)度的瀝青混合料試件，并進(jìn)行高溫車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明在較高的壓實(shí)水平下，不同級(jí)配的瀝青混合料抗車轍性能差別較大。為了減少道面的修補(bǔ)成本，范鵬云等[14]、張爭(zhēng)鵬等[15]和羅代松等[16]利用銑刨的廢舊瀝青分別摻加滲透劑和泡沫劑以及改變配合比制作再生瀝青，試驗(yàn)結(jié)果表明再生瀝青混合料高溫抗車轍性能得到提高。瀝青混凝土吸收熱量軟化，譚波等[17]采用導(dǎo)熱系數(shù)較小的陶瓷集料制備陶瓷瀝青阻熱面層，減少外部環(huán)境熱量向下擴(kuò)散，來(lái)解決瀝青道面高溫穩(wěn)定性問(wèn)題，但這種材料的大面積推廣性尚待研究。

盡管研究人員已開展了大量的理論研究、仿真模擬和室內(nèi)外試驗(yàn)，但在嚴(yán)格的飛行區(qū)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)要求下無(wú)法從根本上消除輪轍的產(chǎn)生，提高瀝青混合料性能也難以有效治理輪轍病害。為此，現(xiàn)提出復(fù)合道面原位加鋪剛性層的工程治理措施，將原“白+黑”復(fù)合道面的剛性層作為底基層，原復(fù)合道面的柔性面層作為水穩(wěn)層，形成“白+黑+白”的夾心型道面結(jié)構(gòu)形式。隨后開展一系列室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)合傳統(tǒng)道面結(jié)構(gòu)形式對(duì)照組，分析常溫、高溫、低溫環(huán)境以及凍融循環(huán)作用后試塊的力學(xué)性能以及破壞特征，對(duì)采用夾心型道面結(jié)構(gòu)治理措施的可行性進(jìn)行探索性研究。

1 室內(nèi)模擬試驗(yàn)

1.1 試塊制備

為比較尺寸相同但材料層組合不同下的兩種道面結(jié)構(gòu)力學(xué)性能差異?；趶椥缘鼗豪碚摚谱髁藗鹘y(tǒng)型復(fù)合道面試塊和夾心型復(fù)合道面試塊共8組，兩種試塊幾何尺寸及構(gòu)造如圖1所示。

圖1 試塊幾何尺寸及構(gòu)造

制作試塊的水泥選用C35普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料選用精選細(xì)砂，粗骨料選用15 mm左右小粒徑碎石，拌合用水選用自來(lái)水，其單位體積質(zhì)量比(kg)為水泥∶水∶細(xì)砂∶碎石=480.4∶176.6∶510.6∶1 213.6。瀝青混合料選用南京70#道路石油瀝青，粗集料選用15～17 mm的玄武巖碎石和2～5 mm的石灰?guī)r礫石，細(xì)集料選用細(xì)砂，其配合比如表1所示?？焖傩扪a(bǔ)料選用機(jī)場(chǎng)專用快速修補(bǔ)料。

表1 瀝青混合料配合比

8組試塊澆筑2 d后拆模置于(20±2)℃、相對(duì)濕度大于95%的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)28 d，再借助恒溫箱來(lái)分別模擬各種溫度作用：常溫、高溫環(huán)境(65 ℃養(yǎng)護(hù)8 h)、低溫環(huán)境(-22 ℃養(yǎng)護(hù)16 h)以及凍融循環(huán)作用(-22 ℃、16 h，65 ℃、8 h，5次)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及操作

試塊在模擬環(huán)境中完成養(yǎng)護(hù)之后，立即在試塊上下表面相同位置進(jìn)行應(yīng)變片的垂直布置，布置方式如圖2所示，應(yīng)變片采用半橋接法。試驗(yàn)采用電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)以0.2 kN/s的速度加載，直至試塊破壞，試塊加載方案如圖2所示。同時(shí)，利用DH5908無(wú)線動(dòng)態(tài)采集儀記錄試塊上下表面的最大應(yīng)變，采樣頻率100 Hz。試塊1、3、5和7為夾心型復(fù)合道面試塊，試塊2、4、6和8為傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊。

圖2 試塊加載方案

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊

2.1.1 破壞形態(tài)分析

開始加載時(shí)，試塊下部混凝土層處于受拉狀態(tài)，上部瀝青層處于受壓狀態(tài)。因?yàn)樵噳K材料的抗壓強(qiáng)度大于抗拉強(qiáng)度，隨著繼續(xù)加載，試塊下部受拉區(qū)混凝土層出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫向上延伸，下部混凝土層退出工作，裂縫繼續(xù)往上延伸到瀝青層，最終裂縫貫穿試塊。試塊材料受拉發(fā)生破壞，并非被壓壞。傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊破壞后的形態(tài)如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊破壞后的形態(tài)

從圖3可知，常溫環(huán)境下傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊在加載過(guò)程中，首先試塊混凝土層下部受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫，然后裂縫隨著荷載的持續(xù)作用緩慢向上延伸最后貫穿整個(gè)試塊。高溫烘烤之后試塊的瀝青層受熱軟化，承載能力有所下降，下部混凝土層承擔(dān)主要荷載，裂縫先出現(xiàn)在試塊混凝土層下底面中部，最后向上延伸貫穿混凝土層，瀝青層產(chǎn)生較大變形但尚未完全失效，仍對(duì)下部混凝土有一定約束作用。經(jīng)過(guò)低溫環(huán)境后，在荷載作用下試塊中部產(chǎn)生貫穿裂縫，試塊發(fā)生脆性破壞。經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用后，試塊同樣是在中部位置產(chǎn)生貫穿裂縫而破壞，且破壞后試塊瀝青層斷裂并分離成幾部分。

2.1.2 應(yīng)變時(shí)程曲線分析

由圖4(a)應(yīng)變時(shí)程曲線可知，2號(hào)試塊在加載后0～58 s內(nèi)上下表面應(yīng)變變化都不明顯，在60 s時(shí)下表面應(yīng)變發(fā)生突變，表明水泥混凝土試塊在荷載作用下發(fā)生脆性破壞，瀝青層無(wú)較大變形，故試塊下表面的應(yīng)變始終不明顯。

從圖4(b)中可以看出，4號(hào)試塊上表面在20 s時(shí)開始產(chǎn)生壓應(yīng)變，而試塊下表面直到55 s時(shí)才產(chǎn)生拉應(yīng)變，壓應(yīng)變的增加速率小于拉應(yīng)變的增加速率，可知，在荷載作用下，墊塊先將其下部軟化瀝青層壓實(shí)，才對(duì)混凝土層產(chǎn)生作用。

圖4(c)中，6號(hào)試塊上下表面在第5 s時(shí)同時(shí)開始產(chǎn)生應(yīng)變，上表面的應(yīng)變峰值較常溫和高溫環(huán)境中變化分別變大200 με和100 με，可見低溫環(huán)境會(huì)增加復(fù)合道面的承載能力。

由圖4(d)可知,8號(hào)試塊下表面應(yīng)變率增長(zhǎng)較快，且上下表面應(yīng)變?cè)? s時(shí)同時(shí)增大，其中試塊下表面的應(yīng)變達(dá)到峰值后在8.5 s恢復(fù)到0附近，符合理論變化。但試塊上表面的應(yīng)變?cè)?～8 s經(jīng)歷了一段上下波動(dòng)后才繼續(xù)增加至峰值，最后恢復(fù)到0附近，可知在凍融循環(huán)作用下，瀝青材料溫度穩(wěn)定性較差，不利于復(fù)合道面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖4 傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊上下表面應(yīng)變時(shí)程曲線

2.2 夾心型復(fù)合道面試塊

2.2.1 破壞形態(tài)分析

同樣地，開始加載時(shí)，試塊下部水泥混凝土層處于受拉狀態(tài)，上部快速修補(bǔ)料混凝土層處于受壓狀態(tài)，試塊中部的瀝青層通過(guò)粘接上下兩層起到傳遞荷載的作用。因?yàn)榭焖傩扪a(bǔ)料的抗壓強(qiáng)度大于水泥混凝土的抗拉強(qiáng)度，隨著繼續(xù)加載，試塊下部受拉區(qū)混凝土層出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫向上延伸，下部混凝土層退出工作，裂縫繼續(xù)往上延伸穿過(guò)瀝青混合料層到達(dá)上部混凝土層。試塊材料受拉發(fā)生破壞，并非被壓壞。同時(shí)，因?yàn)橛小皧A心緩沖層”的存在，試塊的破壞過(guò)程較傳統(tǒng)型道面結(jié)構(gòu)試塊緩和。夾心型復(fù)合道面試塊破壞后的形態(tài)如圖5所示。

圖5 夾心型復(fù)合道面試塊破壞后的形態(tài)

常溫環(huán)境下，夾心型復(fù)合道面試塊在加載過(guò)程中，首先觀察到裂縫在試塊下部混凝土層的中部偏左位置出現(xiàn)。此時(shí)，中部瀝青混合料層產(chǎn)生變形但無(wú)裂縫，繼續(xù)施加荷載，裂縫貫穿試塊上部混凝土層，最后瀝青混合料層也折斷，試塊發(fā)生破壞。從試塊破壞后的形態(tài)可以觀察到中層和下層的裂縫首尾相接，但是與上層的裂縫存在一定距離。

經(jīng)過(guò)高溫環(huán)境后，首先在試塊上部混凝土層中部和下部混凝土層中部偏左位置出現(xiàn)裂縫，裂縫沒有貫穿試塊，但中間瀝青層與上下混凝土層之間的粘結(jié)性已被破壞，瀝青層傳遞了上下混凝土層之間的變形，最后瀝青層彎曲變形過(guò)大，可以判定為試塊已破壞。從試塊破壞形態(tài)可以觀察到經(jīng)過(guò)高溫環(huán)境后瀝青層受熱軟化，與混凝土層之間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，在載荷作用下發(fā)生了很大變形。

經(jīng)過(guò)低溫環(huán)境后，首先在試塊下部混凝土層左支座內(nèi)側(cè)處出現(xiàn)了裂縫，然后裂縫向內(nèi)延伸依次貫穿中部瀝青層和上部混凝土層，最后破壞時(shí)試塊下部混凝土層斷成三部分。經(jīng)過(guò)低溫環(huán)境后，上下部的水泥混凝土層和中部瀝青層先后發(fā)生斷裂，試塊在荷載作用下發(fā)生脆性破壞，試塊下部混凝土層和中部瀝青層之間發(fā)生了層間位移，試塊表現(xiàn)出明顯的分層斷裂現(xiàn)象。

凍融循環(huán)作用下試塊的上中下三層在同一位置先后產(chǎn)生貫穿裂縫而破壞，中部瀝青層和上部混凝土層幾乎同時(shí)斷裂，與理論破壞形態(tài)相同。經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用后，試塊破壞后斷面附近有松散的瀝青混合料掉出。

2.2.2 應(yīng)變時(shí)程曲線分析

夾心型復(fù)合道面試塊上下表面應(yīng)變時(shí)程曲線如圖6所示。

圖6 夾心型復(fù)合道面試塊上下表面應(yīng)變時(shí)程曲線

從圖6(a)中可以看出,1號(hào)試塊上下表面應(yīng)變?cè)?～30 s時(shí)很小，30 s后上下表面應(yīng)變逐漸增加，38 s時(shí)應(yīng)變發(fā)生小幅度突變是由于試塊瀝青層吸收能量發(fā)生局部破損，隨后應(yīng)變繼續(xù)增加，在65 s時(shí)試塊上下表面應(yīng)變達(dá)到峰值后迅速降低，表明試塊已經(jīng)破壞。將常溫環(huán)境下的1號(hào)夾心型復(fù)合道面試塊與2號(hào)傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊的應(yīng)變時(shí)程曲線進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，兩種試塊基本都在同一時(shí)間發(fā)生破壞，但1號(hào)試塊的變形比2號(hào)試塊減小20%左右。

由圖6(b)可知，3號(hào)試塊上表面應(yīng)變?cè)?～15 s內(nèi)在0附近基本不變，而下表面應(yīng)變卻一直波動(dòng)，從16 s開始，試塊上表面應(yīng)變逐漸增加，達(dá)到峰值后下降，符合理論預(yù)期結(jié)果，試塊下表面應(yīng)變?cè)?5 s時(shí)降低到0附近，試塊發(fā)生破壞。將經(jīng)過(guò)高溫環(huán)境后的3號(hào)試塊與4號(hào)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，夾心型復(fù)合道面試塊破壞歷程更長(zhǎng)，延性增加約25%。

由圖6(c)可知，5號(hào)試塊在荷載作用下上下表面的應(yīng)變?cè)?.5 s時(shí)發(fā)生突變，下表面應(yīng)變有兩個(gè)峰值。將經(jīng)過(guò)低溫環(huán)境后的5號(hào)試塊與6號(hào)試塊的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，兩種試塊發(fā)生破壞的時(shí)間和最大應(yīng)變值基本相同，但夾心型試塊中部瀝青層對(duì)破環(huán)產(chǎn)生了一定的延緩作用。

由圖6(d)可知，7號(hào)試塊在荷載作用下，上下表面應(yīng)變?cè)?5 s時(shí)達(dá)到峰值后又迅速下降。在經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用后，試塊表面應(yīng)變值增加速率大于高低溫環(huán)境下的增長(zhǎng)速率。比較經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用后的7號(hào)試塊和8號(hào)試塊的應(yīng)變時(shí)程曲線可知，兩種試塊加載下的應(yīng)變變化曲線都比較符合理論預(yù)計(jì)結(jié)果，但7號(hào)夾心型復(fù)合道面試塊的試驗(yàn)結(jié)果表明上下部的破壞同時(shí)發(fā)生，試塊破壞過(guò)程更加穩(wěn)定，表現(xiàn)出更好的整體性。

3 分析及討論

3.1 溫度對(duì)復(fù)合道面受力性能的影響

由于試驗(yàn)采用荷載控制的加載方式，試塊發(fā)生破壞的時(shí)間也是試塊承載力失效的反映。其中，混凝土材料剛性大，承擔(dān)著主要的外界荷載。從圖5和圖6可以看出，常溫環(huán)境下兩種試塊發(fā)生破壞的時(shí)間大致相同，說(shuō)明兩者的承載力相差不大，但夾心型復(fù)合道面試塊破壞歷程較長(zhǎng)，表明夾心型復(fù)合道面試塊延性較好。經(jīng)過(guò)高溫環(huán)境后傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊發(fā)生破壞的時(shí)間是夾心型復(fù)合道面試塊的兩倍，說(shuō)明夾心型試塊的承載力受高溫環(huán)境的影響較大。從圖5可以看出，經(jīng)過(guò)高溫環(huán)境后的夾心型復(fù)合道面試塊破壞時(shí)軟化的瀝青層產(chǎn)生了較大變形，上下混凝土層只產(chǎn)生了細(xì)微裂縫，裂縫沒有貫穿試塊，但試塊已經(jīng)處于不適宜繼續(xù)承載狀態(tài)。經(jīng)過(guò)低溫環(huán)境后兩種試塊發(fā)生破壞的時(shí)間比常溫和高溫環(huán)境下提前，這是因?yàn)闉r青混合料中凍結(jié)瀝青的變形能力較差而導(dǎo)致的[18]。從圖6(c)可以看出，夾心型復(fù)合道面試塊在加載時(shí)，受到上下混凝土層的約束使瀝青層的破壞吸收了一部分能量，試塊的破壞歷程變長(zhǎng)，試塊延性更好。

3.2 凍融循環(huán)對(duì)復(fù)合道面受力性能的影響

從圖4～圖6可知，兩種試塊在經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用后承載力都較常溫和高溫環(huán)境下降低。傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊在經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用和低溫環(huán)境后的承載力和延性基本相同，但比常溫和高溫環(huán)境下要降低很多。且從圖4(d)可以看出，傳統(tǒng)型復(fù)合道面瀝青混合料層經(jīng)凍融循環(huán)后，在加載過(guò)程中表面會(huì)出現(xiàn)局部剝落，可能形成危害航空器的飛行區(qū)外來(lái)物(foreign object debris, FOD)。夾心型復(fù)合道面試塊在經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用后的承載力比低溫環(huán)境下大，但是試塊的延性變小，分析原因?yàn)榉磸?fù)的凍融循環(huán)作用使得瀝青集料之間的嵌鎖作用提高，但試塊在經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用后瀝青和集料之間的粘結(jié)性已經(jīng)被破壞，不能在試塊加載時(shí)吸收能量來(lái)延緩試塊的破壞。從圖5(d)夾心型試塊破壞后的形態(tài)可以看到斷面附近有較多的松散混合料掉出，但在實(shí)際道面工程中破壞的瀝青混合料處于上下混凝土層的保護(hù)中，不會(huì)掉落形成FOD。從試塊7和試塊8的應(yīng)變時(shí)程曲線可以看出，夾心型試塊的承載力要高于傳統(tǒng)型復(fù)合道面的承載力，這是因?yàn)閵A心型試塊上下混凝土層對(duì)中部瀝青層的約束作用使得瀝青層與混凝土層形成整體，共同受力。

3.3 基于應(yīng)力變化率法的試塊破壞分析

當(dāng)試塊應(yīng)力變化率(Δσ/Δt)突然跳躍到一個(gè)相對(duì)很大值時(shí)，可判定其發(fā)生破壞[19-20]。根據(jù)試塊的應(yīng)變時(shí)程曲線分別繪制出經(jīng)過(guò)4種環(huán)境后兩種試塊下表面的應(yīng)力變化率圖(圖7)，并結(jié)合試塊材料受溫度變化和凍融循環(huán)作用的影響來(lái)分析兩種試塊的力學(xué)性能和破壞特征。

圖7 兩種試塊下表面的應(yīng)力變化率比較

由圖7可知，常溫環(huán)境下夾心型復(fù)合道面試塊的延性要略優(yōu)于傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊，但兩者都在60 s左右發(fā)生破壞，說(shuō)明承載力相差不多。經(jīng)過(guò)高溫環(huán)境后的夾心型復(fù)合道面試塊在27 s時(shí)發(fā)生了破壞，傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊在60 s時(shí)發(fā)生了破壞，承載力相差較多，與之前得到的結(jié)論相符。經(jīng)過(guò)低溫環(huán)境后的夾心型復(fù)合道面試塊的應(yīng)力變化率波動(dòng)較大。因?yàn)樵诮?jīng)過(guò)低溫環(huán)境后，溫度敏感型的瀝青混合料變得硬脆，其剛度小于混凝土，在試驗(yàn)加載過(guò)程中，瀝青混合料不斷吸收能量發(fā)生局部的破損直至試塊破壞，再加上其處于上下混凝土層中間，其狀態(tài)的改變對(duì)試塊的強(qiáng)度和穩(wěn)定性影響較傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊大，所以?shī)A心型復(fù)合道面試塊表現(xiàn)出如圖7(c)所示的應(yīng)力變化率波動(dòng)。經(jīng)過(guò)低溫環(huán)境后兩種試塊在7 s時(shí)都發(fā)生了破壞，承擔(dān)主要荷載作用的混凝土材料受低溫環(huán)境影響較大，試塊的承載力變小。經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用后傳統(tǒng)型復(fù)合道面試塊在8 s時(shí)發(fā)生了破壞，夾心型復(fù)合道面試塊在15 s時(shí)才發(fā)生破壞。特別地，經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用后瀝青混合料的結(jié)構(gòu)破壞更加嚴(yán)重，但此時(shí)夾心型復(fù)合道面結(jié)構(gòu)上下混凝土層對(duì)中部瀝青層的保護(hù)使得瀝青層分擔(dān)荷載的能力提高，而且在實(shí)際工程中防止瀝青混合料脫落到表面形成FOD。

4 結(jié)論

為治理寒區(qū)機(jī)場(chǎng)復(fù)合道面跑道入口等待區(qū)的輪轍病害，提出在道面上銑刨部分柔性面層局部加鋪剛性面層的方法，將飛機(jī)荷載分散作用于基層。根據(jù)上述理論，開展了傳統(tǒng)型和夾心型復(fù)合道面試塊經(jīng)過(guò)常溫、高溫、低溫環(huán)境以及凍融循環(huán)作用后的力學(xué)試驗(yàn)，并結(jié)合溫度影響和應(yīng)力變化率法對(duì)試塊加載過(guò)程中的破壞特征和上下表面最大應(yīng)變時(shí)程曲線加以分析，得出以下結(jié)論。

(1)對(duì)比兩種試塊經(jīng)過(guò)常溫、高溫、低溫環(huán)境以及凍融循環(huán)作用后的試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)夾心型復(fù)合道面試塊上下混凝土層對(duì)中間瀝青層起到了保護(hù)作用，使其結(jié)構(gòu)整體性和適應(yīng)性更強(qiáng)。

(2)試塊破環(huán)特征和應(yīng)變時(shí)程曲線分析表明，在經(jīng)過(guò)低溫環(huán)境和凍融循環(huán)作用后兩種試塊承載力和延性都明顯小于常溫和高溫環(huán)境下。但夾心型復(fù)合道面試塊在經(jīng)過(guò)常溫、低溫環(huán)境以及凍融循環(huán)作用后的力學(xué)性能表現(xiàn)更好。

(3)基于應(yīng)力變化率法的試塊破壞分析也表明常溫和高溫環(huán)境下的兩種試塊發(fā)生破壞的時(shí)間比低溫和凍融循環(huán)作用下長(zhǎng)，且低溫環(huán)境下延性最差，承載力降低最多，與應(yīng)變時(shí)程曲線分析結(jié)果一致，最主要的原因是瀝青的低溫抗裂性能較差，提前破壞，影響了試塊的整體性。試塊混凝土層承擔(dān)主要荷載，經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)作用后混凝土材料結(jié)構(gòu)進(jìn)一步破壞，試塊承載力進(jìn)一步降低。

(4)凍融循環(huán)后，兩種道面結(jié)構(gòu)試塊在荷載作用下均出現(xiàn)瀝青集料脫落。在夾心型復(fù)合道面結(jié)構(gòu)試塊中，集料脫落現(xiàn)象出現(xiàn)在試塊側(cè)面，在實(shí)際工程中，因?yàn)橹苓吔Y(jié)構(gòu)的約束作用，集料不會(huì)脫落到道面表面形成FOD，表明夾心型道面結(jié)構(gòu)能夠較好適用于飛行區(qū)的嚴(yán)格管控標(biāo)準(zhǔn)。