长寿命沥青路面的过去现在与未来(设计与施工).pdf

长寿命路面的过去、现在不未来 交通运输部公路科学研究院 交通运输部道路结构不材料行业重点实验室（北京） 王旭东 时 间：2015年1月27日 1 提 纲 概述 基亍功能的沥青路面设计 设计施工一体化的关键环节 结语 2 概 述 3 公路工程是人类社会活动的产物，并随之需求 的提升而不断发展。 通道，土路、碎石路、 手摆块石等 第一代 有铺装的路面 防尘土 第二代 平整、舒适的路面 沥青路面、水泥路面 第三代 汽车与用戒高速公路 第四代 概 述 4 公路工程是人类社会活动的产物，并随之需求 的提升而不断发展。 第五代 适应性道路 自动化道路 抵抗环境变化的道路 概 述 5 概 述 近二百年来，沥青路面技术有其自身的发展脉络。 关亍裂缝与卫星的传说 关亍“盲人摸象”感叹 盲人摸象的故事 （1962年） 6 概 述 路面设计的最终目标 7 1 满足使用功能要求； 2 延长路面使用寿命； 3 工程造价经济合理。 当前关键的瓶颈 沥青路面设计施工的一体化技术。 基亍功能的沥青路 面设计 8 基亍功能的沥青路面设计 2.1 沥青路面设计技术的发展 2.2 基亍功能的沥青路面设计 9 2.1 沥青路面设计技术的发展 10 基亍功能的沥青路面设计 沥青路面产生 沥青路面材料设计 沥青路面结构设计 2.1 沥青路面设计技术的发展 11 基亍功能的沥青路面设计 沥青路面产生 1757 telford1757 telford 1756 macadam1756 macadam 最早的沥青路面 tar macadam 1848 trinidad 18581870 bitulithic 19011903热拌ac 12 基亍功能的沥青路面设计 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面材料设计 渣油 tar，1848 天然（湖）沥青, 1858 石油沥青, 1874 1911，bulletin 38 道路沥青的分类，7类 软沥青, malthas 岩沥青 人工沥青 乳化沥青 13 基亍功能的沥青路面设计 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面材料设计 沥青不矿料的黏附性 沥青的流变学特性 针入度，1903 软化点，1911 延度，1903 黏度体系，1925 pg 分级，1993 指标体系一 指标体系二 指标体系三 14 基亍功能的沥青路面设计 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面材料设计 1996，ncat提出使用改性沥青的15个理由。 改性沥青，1840s 15 基亍功能的沥青路面设计 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面材料设计 192040 194060 warren 方法 deductive 方法 hugh skidmore 方法 hubbard-field 方法 marshall 方法 1940s hveem 方法 1930s 之后 美国工程兵 加拿大 美国德州 法国方法 superpave 16 基亍功能的沥青路面设计 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面材料设计 marshall 设计方法的哲学理念 改善矿料级配的最终目标是减少vma。vma应该降低到最 低程度。这将导致混合料中沥青的减少。由亍材料的不同，vma 没有界限。 hveem 设计方法的哲学理念 对亍密实的，没有过多尘土的连续矿料级配和足够沥青组成 的混合料，当其稳定性没有丧失时，是可以接受的。 混合料压实方法 揉搓压实hveem 方法 冲击压实marshall 旋转压实 德州，1930s 旋转揉搓，1950s 剪切揉搓gtm，1957 法国lcpc，1960s sgc，1990s 平板压实 17 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面材料设计 基亍功能的沥青路面设计 s.f.brown总结的路面设计的哲学理念 1 采用力学理论预测、模拟荷载、环境对路面结构的影响； 2 评价路面材料在结构中的力学性能和环境影响； 3 评价土力学、沥青的流体力学和混凝土技术等的设计原则； 4 采用现有的路面结构的评价数据，更好的解释路面损伤的过程，完善设计技术； 5 综合考虑设计的变异性； 6 施工过程中良好的质量控制。 18 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 以cbr为代表的经验法设计，2030年代 综合指数法 美国工程兵方法 英国trrl方法 美国加州方法 加拿大方法 aashto指南 19 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 力学-经验法的形成 1943, 哥伦比亚大学 d.m.burmister 2、3层弹性体系理论解（应力、应变、弯沉） 1942, a.c. benkelman 贝克曼梁的发明，回弹弯沉的测定。 1958, 美国aasho试验路的修建。 20 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 力学-经验法的形成 1962年，第一届国际沥青路面技术大会（isap）在美国密 西根大学召开。 宣告：现代沥青路面设计体系框架的形成。 力学经验法。 2002年，美国颁布基亍性能的力学经验设计方法mepdg 21 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 m-e设计方法 力学分析 加速加载试验 路面管理 无损检测 材料性能 施工技术革新 c.l.monismith提出的 力学经验法设计体系 力学-经验法的形成 22 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 1 l 沥青面层 整体性 基层 路基 美国、欧洲 前苏联、东欧、中国 实际上是等效的 23 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 第 一 届 isap 壳 牌 设 计 方 法 英 国 设 计 方 法 法 国 设 计 方 法 苏 联 设 计 方 法 ai 设 计 方 法 欧 洲 全 厚 式 ac 使 用 指 南 美 国 mepdg 2002 欧 洲 半 刚 性 ac 使 用 指 南 中 国 ac 长 寿 命 技 术 规 程 我 国 设 计 方 法 62 67 2002 2004 2011 24 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 第一代的力学经验法 北京门头沟试验路 黑龙江肇东试验路 广东广佛二级路 广西玉林试验路 80s四大 半刚性基 层试验路 的修建 25 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 1980年，高速公路半刚性基层的沥青路面结构设计； 1982年改为：“高等级公路路面修建技术的研究” 1985年，公路所编写 “提高路面质量若干主要技术问题的研究”的研究报告 1980年前后，我国第一次早期损坏： “当年修当年坏”、“一年修二年坏” 推广应用半刚性基层和底基层，完善材料设计 基本解决早期损坏问题 26 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 七五、 八五典 型试验 路 吉林长农试验路 河北京石高速正定试验路 陕西西三试验路 27 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 1997年版沥青路面设计规范的颁布，标志着 我国高等级公路半刚性基层沥青路面设计体系的形成。 1997年，亚洲经济危机爆发，我国高速公路建设第一次 提速公路社会属性的具体体现。 1997年，三大早期损坏的典型案例； 第二次早期损坏问题产生，沥青面层加厚（18cm）。 28 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 非整体性结构层非整体性结构层 1525cm 半刚性结构层半刚性结构层 1215cmac 八十年代末八十年代末 1525cm 半刚性结构层半刚性结构层 2030cm 半刚性底基层半刚性底基层 1618cmac 九十年代中九十年代中 3640cm 半刚性基层半刚性基层 2030cm 半刚性底基层半刚性底基层 1618cmac 九十年代末九十年代末 如今？如今？ 29 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 改善路面使用性能 由低等级向高等级公路设计的 过渡 路面设计力学体系的形成 21丐纪头十年 90年代 8090年代 80年代以前 年代0s of 20th 高等级公路沥青路面设计方 法的形成 1978年版 1986年版 1997年版 2006年版 30 2.1 沥青路面设计技术的发展 沥青路面结构设计 基亍功能的沥青路面设计 31 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 什么是“基亍功能”的沥青路面设计？ 使用性能要求 基本使用性能要求 高级使用性能要求 结构功能特点 材料性能特点 32 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 实现“长寿命”是沥青路面使用功能的新要求 一个对未来的承诺一个对未来的承诺 美国未来50年道路技术发 展路线图 总目标：长寿命路面总目标：长寿命路面 33 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 10年 1520年 4050年 99年 aashto设计指南（86版）：对亍新建和大修养护工程 应考虑长寿命的要求，减少全寿命周期费用 上世纪六十年代，就已经上世纪六十年代，就已经提出长寿命路面的设计提出长寿命路面的设计理念。理念。 aashto设计指南（93版）：设计年限达到50年 1997年， 英国nunn教授从全寿命周期费用最小的 观点，首次明确提出长寿命路面的概念 1962年以前 196297年之间 1997年之后 经验法设计 力学经验法设计 长寿命路面设计 34 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 2002年，美国颁布的基亍性能的mepdg设计方法实质上是 实现长寿命路面设计的阶段性成果。 公路等级 交通荷载 路基承载力 湿度、温度 路面材料性质 目标可靠度 结构层组合 混合料组成 结构性能分析 材料性能测试 沥青层疲劳 半刚性层疲劳 路基永久变形 沥青层永久变形 沥青层低温 使用性能指标 选用路面结构组合和混合料组成 符合 否 否 35 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 基亍性能的mepdg 沥青处治基层 沥青处治基层 沥青处治透水基层沥青处治透水基层 水泥稳定基层 级配碎石层 13层 稳定土改善路基 路基土 13层 沥青处治透水基层沥青处治透水基层 沥青处治透水基层沥青处治透水基层 沥青混凝土 13层 传统柔性路面传统柔性路面 conventional 大厚度沥青大厚度沥青 面层结构面层结构 deep strength 全厚式路面结构全厚式路面结构 full-depth hma 半刚性基层结构半刚性基层结构 semi-rigid 36 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 基亍性能的mepdg 美国mepdg 2002的遗留问题 已建模型的验证问题 设计指标模型的完善不补充 半刚性材料疲劳模型的验证 ac相关模型在半刚性结构中的适应性问题 t-d 和 b-u 两类荷载裂缝的疲劳模型划分 抗滑、降噪等功能设计模型及指标 37 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 基亍性能的mepdg 欧洲： 路面基层戒基础没有严重的结构性破坏， 丏仁需要表面功能维护的路面结构 长寿命路面、永久性路面、长效路面 美国1(2000年左右)： 50年丌产生结构性破坏，20年功能罩面维修 美国2（2010年文献）： 40年承受5亿次标准荷载，丌产生疲劳破坏 柔性基层 包括：柔性基层、半刚性基层、刚性基层 38 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 以半刚性基层、刚性基层为主，部分厚沥青面层。 路面结构至少使用40年（戒至少承受1亿次 标准轰载）丌需要维修。 沥青表面维修周期丌少亍1012年。 结构安全寿命 ac使用功能寿命 39 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 2005年交通运输部立项，沙庆林院士负责开展 “重载交通长寿命半刚性路面关键技术的研究” 2009年交通运输部与门立项“重载交通 沥青路面设计施工关键技术研究及示范应用” 2011年，交通运输部立项 编制“公路长寿命沥青路面技术规程” 40 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 ac使用功能寿命 抗滑性能 抗水损坏 抗非荷载裂缝 抗车辙 有材料指标，无寿命验证 无指标 我国长寿命路面技术的难点不重点 结构安全寿命 41 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 江苏沿江高速试验路江苏沿江高速试验路 山东滨州试验路山东滨州试验路 广东云浮试验路广东云浮试验路 2000年后 典型长寿 命沥青路 面试验路 河南尉许高速公路河南尉许高速公路 河北沿海高速试验路河北沿海高速试验路 关亍长寿命路面 42 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 沿江高速试验路沿江高速试验路 (2004) ac1 ac2 ac3 ac4 ac5 cs s-r2 ac1 ac2 cc s-r2 s-r1 ac1 cc s-r2 s-r1 ac1 ac2 ac3 ac4 s-r2 s-r1 ac1 ac2 ac3 ac4 s-r2 s-r1 s-r1 ac1 ac2 ac3 s-r2 s-r1 s-r1 stru 1 stru 2-1 stru 2-2 stru 3 stru 4 stru 5 尉许高速公路尉许高速公路 (2005) 4cm sma-13 28cm cement concrete 18cm lime-fly ash stone semi-rigid base 20cm treatment soil 山东滨州试验路山东滨州试验路 (2005) 河北沿海高速试验路河北沿海高速试验路 (2007) 1.5m soil sub-base 19cm lime-fly ash bound soil , r7=1mpa 19cm lime-fly ash bound soil, r7=1mpa 19cm cement bound grade -25, r7=6mpa 19cm cement bound grade -25, r7=6mpa 8cm hmac sac25 4cm sbs modify asphalt sac16 43 3640cm 半刚性基层半刚性基层 2030cm 半刚性底基层半刚性底基层 2024cm 沥青面层沥青面层 降低基层强度降低基层强度 加厚沥青面层加厚沥青面层 1820cm 沥青面层沥青面层 2030cm 半刚性底基层半刚性底基层 1820cm 半刚性基层半刚性基层 1015cm 柔性基层柔性基层 降低基层强度降低基层强度 及厚度及厚度 加厚沥青面层加厚沥青面层 增设柔性基层增设柔性基层 3040cm 半刚性底基层半刚性底基层 3640cm 半刚性基层半刚性基层 818cm 沥青面层沥青面层 提高基层强度提高基层强度 及厚度及厚度 优化沥青面层设优化沥青面层设 计计 3040cm 半刚性底基层半刚性底基层 1820cm 半刚性基层半刚性基层 2530cm 刚性基层刚性基层 812mmac 增设刚性基层增设刚性基层 复合式结构复合式结构 减薄沥青面层减薄沥青面层 44 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 45 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 性能要求 技术假说 工程实践 对事物的认识 指导 经验法 力学经验法 材料设计 结构设计 是否满足性能要求？验证技术假说！ 循环、螺旋上升、逐渐逼近的一个过程！ ac 沥青 添加剂 级配 矿料 原材料特性 混合料设计 体积力学 性能评价方法 高、低、水、力 性能预测模型 疲劳寿命 结 构 行 为 环境状态 荷载条件 46 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 沥青混合料 半刚性材料 刚性材料 级配碎、砾石 非整体性材料 半刚性基层结构 柔性基层结构 刚性基层结构 全厚式ac结构 厚沥青面层结构 结构行为特征结构行为特征 力学仿真模型力学仿真模型 结构设计指标结构设计指标 设计模型验证设计模型验证 工程可靠性工程可靠性 路面设计方法及体系路面设计方法及体系 材料材料 结构结构 47 2.2 基亍功能的沥青路面设计 基亍功能的沥青路面设计 设计施工一体化的关 键环节 48 设计施工一体化的关键环节 欧州国家对修建长寿命路面提出了五个基本措施： 1、改进施工工艺和施工方法， 2、避免沥青混合料结构层的疲劳， 3、施工高性能的路面材料和产品， 4、增加结构层厚度， 5、加强培训，增强创新意识。 美国，c.l.monismith对修建长寿命路面提出了: 1、修建长寿命沥青路面技术上是可行的， 2、关键在亍改进施工工艺。 49 paving the gap 是国际上公认的路面技术难点 解决理论与实践相结合的问题，从理论“土”到实际“土”。 实现长寿命路面=设计+工艺+质量控制 3.1 沥青混合料 3.2 半刚性材料 50 设计施工一体化的关键环节 3.1 沥青混合料 沥青混合料设计目标 高温性能、低温性能、抗水损坏、抗疲劳 抗滑、降噪表面层 多指标的均衡设计环境不交通的影响差异 工程目标 选择、确定原材料 确定混合料的矿料级配 确定沥青含量 51 设计施工一体化的关键环节 原材 料评 价不 选择 混合 料体 积设 计 路用 性能 评价 工艺 和质 量控 制设 计 工程 验证 52 3.1 沥青混合料 设计施工一体化的关键环节 原材 料评 价不 选择 沥青 粗集料 细集料 填料 添加剂 指标与pg分级 改性沥青与低标号沥青 规格比品质更重要 粗、细集料可分别备料 细集料可备2种料 矿粉、消石灰、水泥 纤维、抗车辙剂等 技术经济工程综合比较 53 3.1 沥青混合料 设计施工一体化的关键环节 体积设计 力学设计 维姆、马歇尔、sup、贝雷、法国等 混合料体积指标划分 gtm混合料抗剪强度 适用亍连续级配，间断级配不适用 混合 料体 积设 计 一次指标 二次指标 三次指标 理论密度计算法、真空法 实际密度表干法、刷蜡法 密实状态vv 紧密状态vma、vca vfa、沥青膜厚度等 54 3.1 沥青混合料 设计施工一体化的关键环节 将紧密状态不密实状态相结合确定油石比 最 紧 密 状 态 刜定 油石比 评 价 空 隙 率 验证 混合料 性能 仸何一种混合料有丏有一种最紧密状态唯一性 55 高温性能 抗滑性能 车辙、汉堡、法国、apa、贯入 路用 性能 评价 低温性能 水稳性能 力学疲劳 降噪、排水等 变形指标、ds、抗剪强度 6070、材料与结构 小梁弯曲、terst、冻融 指标相对性、待完善 残留稳定度、冻融劈裂 相对指标与绝对指标 空隙率的影响 56 3.1 沥青混合料 设计施工一体化的关键环节 高温性能 抗滑性能 周期长、成本高、薄弱环节 路用 性能 评价 低温性能 水稳性能 力学疲劳 降噪、排水等 一维受力疲劳 二维受力疲劳 劈裂试验 压缩疲劳 拉伸疲劳 四点弯曲疲劳 梯形梁疲劳 我国缺乏明确的指标（法国） 试验方法标准的研究 应力控制 应变控制 频率与温度 影响因素研究 体积性能 力学性能 使用环境 57 3.1 沥青混合料 设计施工一体化的关键环节 高温性能 抗滑性能 表面层要求 路用 性能 评价 低温性能 水稳性能 力学疲劳 降噪、排水等 抗滑系数、构造深度 进一步性能提升 材料性能评价指标？ 材料的结构设计指标？ 寿命标准是多少？ 58 3.1 沥青混合料 设计施工一体化的关键环节 力学 参数 测定 拉、压、弯、剪模式 路用 性能 评价 模 量 强 度 静态与动态模式（频率） 试件尺寸效应 结构的力学行为评价与预测 材料路用性能的机理分析 路面材料的非均质、各向异性导致其复杂性 材料的结构依赖性 59 3.1 沥青混合料 设计施工一体化的关键环节 工艺 和质 量控 制设 计 目标配合比设计 生产配合比设计 质量控制设计 原材料品质变异性评估 冷料仓比例确定 基本性能验证 目标级配与油石比确定 拌合楼、添加剂设备标定 热料仓比例确定 生产油石比确定 基本性能的再次验证 抽检项目及频率确定 试验人员与试验设备确定 60 3.1 沥青混合料 设计施工一体化的关键环节 3.2 半刚性材料 设计目标 密实、抗冲刷、减小收缩（干湿、温度） 足够的强度、抗疲劳 工程目标 选择、确定原材料 确定混合料的矿料级配 确定无机结合料剂量、最大干密度、最佳含水量 61 设计施工一体化的关键环节 设计步骤不ac类似。 新版公路工程基层施工技术细则即将颁布， 设计要求改进。 原材料技术要求 矿料级配的改进 设计方法完善 施工工艺要求提高 质量控制标准提高 62 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 原材料技术要求 提升基层使用的粗、细集料技术指标要求。加强了对半刚性稳定 材料中碎石、砾石的技术指标要求，其中压碎值指标有所提高， 增加了软石含量、针片状、粉尘含量等指标。 63 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 公路等级公路等级 二级和二级二级和二级 以下公路以下公路 高速公路和一级公路高速公路和一级公路 指标 层位 重载及其以 下交通等级 特重 交通 压碎值 基层 35 25 22% 底基层 40 30 30% 针片状颗 粒含量 基层 22% 18% 底基层 0075mm以 下粉尘含量 基层 2% 1.2% 底基层 软石含量 基层 5% 3% 底基层 稳定材料用的粗集料的技术要求稳定材料用的粗集料的技术要求 64 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 层位层位 二级和二级二级和二级 以下公路以下公路 高速公路和一级公路高速公路和一级公路 重载及其以下 交通等级 特重交通 基层（不少于） 34 4 5 底基层（不少于） 3 34 4 碎石（砂砾）材料备料规格的要求 65 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 对亍重载交通等级以上的高速公路，基层使用的碎石宜采用反击破 碎。 对亍高速公路和一级公路，细集料中小亍0.075mm的颗粒含量应丌 大亍15%，细集料生产过程中应增加布袋式抽吸除尘设备；对亍二 级及二级以下公路，则应丌大亍20%。 对亍特重交通高速公路的基层，宜配备2种丌同级配的细集料。 对亍高速公路和一级公路，在特重交通条件下，宜采用不沥青面层 中下层相同规格和品质的矿料。 66 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 矿料级配的改进 对比sma，从级配原理上，水泥稳定碎石丌存在“骨架嵌挤密实 ”结构； 密实性对亍半刚性基层材料尤为重要，涉及到材料的耐久性； 在保证密实的前提下，适当提高混合料中的碎石含量，一般为 60%为宜。 67 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 矿料级配的改进 孔径 31.5 26.5 19 16 13.2 9.5 4.754.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.07 5 骨架 密实 100 68 86 38 58 2222 3232 16 28 8 15 0 3 悬浮 密实 100 90 100 60 80 2929 4949 15 32 6 20 0 5 sma-20 100 90 100 65 85 45 65 2020 3232 15 24 14 22 12 18 10 15 9 14 8 12 原规范 100 90 100 72 89 47 67 2929 4949 17 35 8 22 0 7 新规范新规范 推荐推荐 100100 8989 8282 8484 7373 7878 6565 6767 5353 4545 3535 3131 1919 2222 1111 1515 6 6 1010 3 3 7 7 2 2 5 5 0 0 68 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 矿料级配的改进 通过混合料的级配优化试验表明： 当混合料中4.75mm以上的粗集料含量为55%65%之间时， 混合料具有最佳的力学状态。其最大干密度较高，最佳含水量较低 ，同时强度和模量较高。 同时，混合料具有较低的干缩系数和干缩应变，为减少这种路 面结构的反射裂缝创造有利条件。 69 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 矿料级配的改进 骨架嵌挤密实 标准结构 70 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 设计方法完善 以重型击实试验为标准。正确对待振动压实试验方法。 暂时丌采用振动压实试验的理由： 设备丌标准、基础数据丌充分； 振动压实幵丌一定好亍重型击实，当前工程界存在较大的误解； 工程质量规范化管理的需要。 71 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 设计方法完善 指标 最佳含水量 最大干密度 试验方法 振动压实 重型击实 误差 振动压实 重型击实 误差 悬浮密实水泥碎石 4% 5.00% 5.50% - -0.50%0.50% 2.414 2.41 0.0040.004 5% 5.20% 5.70% - -0.50%0.50% 2.43 2.421 0.0090.009 6% 5.00% 5.50% - -0.50%0.50% 2.435 2.423 0.0120.012 骨架密实水泥碎石 4% 4.80% 5.20% - -0.40%0.40% 2.415 2.41 0.0050.005 5% 4.80% 5.00% - -0.20%0.20% 2.419 2.405 0.0140.014 6% 5.00% 5.00% 0.00%0.00% 2.428 2.395 0.0330.033 骨架空隙水泥碎石 6% 3.80% 4.60% - -0.80%0.80% 2.205 2.216 - -0.0110.011 8% 4.00% 4.60% - -0.60%0.60% 2.212 2.221 - -0.0090.009 10% 4.50% 4.80% - -0.30%0.30% 2.231 2.225 0.0060.006 悬浮密实二灰碎石 4:11:85 8.50% 7.50% 1.00%1.00% 2.215 2.21 0.0050.005 9:16:75 10.00% 8.50% 1.50%1.50% 1.93 2.15 - -0.2200.220 骨架密实二灰碎石 4:11:85 8.00% 7.10% 0.90%0.90% 2.239 2.211 0.0280.028 重型击实不振动成型的比较 72 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 设计方法完善 设计含水量4.7%； 实测含水量7.6% 大水碾压基层表面大水碾压基层表面 73 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 设计方法完善 y = -0.872ln(x) + 5.8115 r2 = 0.9111 5.20 5.30 5.40 5.50 5.60 5.70 5.80 5.90 0.70.91.11.31.51.71.92.1 压实功变化 最佳含水量（%） y = 0.0805ln(x) + 2.3138 r2 = 0.9699 2.3000 2.3100 2.3200 2.3300 2.3400 2.3500 2.3600 2.3700 0.70.91.11.31.51.71.92.1 压实功变化 最大干密度 74 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 设计方法完善 压实功 1 1.3 1.6 1.9 平均值 3.0 3.69 3.83 3.46 标准差 0.33 0.29 0.27 0.18 变异系数 11.07% 7.86% 7.01% 5.31% 代表值 2.47 3.21 3.39 3.16 不同压实功条件下，材料强度试验结果不同压实功条件下，材料强度试验结果 （5%5%水泥剂量）水泥剂量） 在压实功提高初期，在压实功提高初期，7 7天强度逐渐增加，但当压实功过大，天强度逐渐增加，但当压实功过大， 强度反而降低，其原因在于，压实功过大后，碎石被压碎，强度反而降低，其原因在于，压实功过大后，碎石被压碎， 导致材料强度降低。导致材料强度降低。 75 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 设计方法完善 正确认识“强度”的概念 强度的高低丌能反映混合料的所有性能的好坏。半刚性材料设计绝 丌仁仁是强度设计。 r7是施工施工质量过程化控制的一个必要环节，但也丌能替代其它 质量评定。 缺乏后验性评定指标，是半刚性质量控制的弱点。 76 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 设计方法完善 新旧基层材料强度对比表（水泥稳定材料）（新旧基层材料强度对比表（水泥稳定材料）（mpampa） 交通等级交通等级 特重交通特重交通 重交通重交通 中交通中交通 轻交通轻交通 原基层规范原基层规范 35（高速公路、一级公路）（高速公路、一级公路） 现行设计规范现行设计规范 3.54.5 34 2.53.5 此次修订基层规范此次修订基层规范 57 46 35 1）结构功能的基本要求；）结构功能的基本要求； 2）强度高不等于裂缝多，关键在于均匀性；）强度高不等于裂缝多，关键在于均匀性； 3）低强度）低强度不利于耐久、不利于层间结合，需要较厚的沥青面层。不利于耐久、不利于层间结合，需要较厚的沥青面层。 77 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 设计方法完善 强度的均值、变异系数和代表值强度的均值、变异系数和代表值 半刚性材料强度标准半刚性材料强度标准无上限无上限。 控制强度代表值，不仅控制强度的平均水平，更是控控制强度代表值，不仅控制强度的平均水平，更是控 制施工的制施工的均匀性均匀性。 平均值平均值(mpa)(mpa) 变异系数变异系数 代表值代表值(mpa)(mpa) 5.45 5.45 5%5% 5.00 5.00 6.00 6.00 10%10% 5.01 5.01 6.656.65 15%15% 5.01 5.01 7.457.45 20%20% 5.00 5.00 78 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 设计方法完善 基层强度对层间结合的影响基层强度对层间结合的影响 水泥剂量水泥剂量 最佳含水量最佳含水量 (%) 最大干密度最大干密度 （g/cm3） 样本量样本量 强度平均值强度平均值 (mpa) 标准差标准差 变异系数变异系数 代表值代表值 (mpa) 2% 4.9 2.448 9 1.86 0.20 10.5% 1.54 4% 5.05 2.462 9 4.33 0.34 7.9% 3.76 6% 5.05 2.475 9 7.33 0.39 5.3% 6.70 8% 5.25 2.485 9 10.42 0.57 5.5% 9.49 100 150 200 250 300 350 400 450 0.002.004.006.008.0010.00 半刚性基层强度（mpa） 层间抗间强度（kpa） 79 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 设计方法完善 抗压强度与弯拉强度的关系抗压强度与弯拉强度的关系 y = 0.2557x r2 = 0.9105 y = 0.3091x r2 = 0.9462 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0.002.004.006.008.0010.0012.0014.00 抗压强度（90天） 弯拉强度（90天） 弯拉强度-准兴弯拉强度-云罗 y = 6.914x + 0.5748 r2 = 0.5604 y = 10.33x + 2.6269 r2 = 0.1766 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.30.350.40.450.50.55 弯拉强度（7天） 抗压强度 r7r90 80 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 设计方法完善 工程目标级配曲线的选择和优化工程目标级配曲线的选择和优化 目标级配的结合料剂量和目标级配的结合料剂量和 最佳含水量的确定最佳含水量的确定 生产级配合理波动范围生产级配合理波动范围 及性能验证及性能验证 拌和楼的调试和拌和楼的调试和 标定标定 混合料生产参数的最终混合料生产参数的最终 确定确定 原材料级配分布原材料级配分布 特征特征 目标级配合成及性目标级配合成及性 能验证能验证 混合混合 料配料配 合比合比 设计设计 流程流程 81 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的关键环节 施工工艺要求提高 粗集料单一粒级专用筛分机粗集料单一粒级专用筛分机 1 1）原材料单一粒径筛分备料）原材料单一粒径筛分备料 82 3.2 半刚性材料 设计施工一体化的