（土木工程专业论文）藏东高寒区沥青混凝土路面应用技术研究.pdf

摘要 近年来，随着西部大开发热潮的不断高涨及国家对西部诸省份投入力度不断 增加，西部地区的公路建设得到了飞速发展。西藏自治区地处我国的青藏高原， 地域辽阔，自然地理环境极其复杂，优质的地产石料匮乏，使西藏地区沥青路面 呈现复杂性。另一方面该地区气候条件不同于内地，紫外线、高寒、风沙等自然 环境的综合作用，使得路面裂缝、坑槽、剥落严重，影响了沥青路面的使用性能。 路面质量的好坏对道路建设的质量是至关重要的。因此十分有必要了解藏东地区 的沥青路面在寒区的破坏原理，为提高路面的使用性能和使用寿命提供科学依据。 论文旨在针对藏东地区的地理气候特点，利用地产材料进行沥青混合料配合 比设计及其对混合料的路用性能进行研究在满足路用性能的基础上，提出改善抗 紫外老化，改善水损害性能的技术措施。主要得到如下研究成果： ( 1 ) 针对西藏地区的地产石料提出了合理的配合比设计，根据该地区沥青路 面常见病害提出了沥青混合料性能评价指标； ( 2 ) 针对地产矿粉进行胶浆性能研究，提出了最佳的粉胶比范围，以优化沥 青混合料的性能； ( 3 ) 通过分析紫外老化破坏机理，提出沥青及沥青混合料紫外老化评价方法 以及防治措施； ( 4 ) 提出了提高地产石料与沥青粘附性的技术措施。 关键词：藏东地区；寒区路面；沥青路面；紫外老化；沥青胶浆；配合比 a b s t i 认c t s t a b i l i t ya n a l y s i so fh i 曲s l o p ea l o n gh i g h w a ys u b g r a d ei st h ep r e r e q u i s i t ef o rt h e d e s i g no fh i g hs l o p eo fr o a ds u b g r a d e ，r o a dh i 曲s l o p es t a b i l i t yp r o b l e mc a r lb e d e c o m p o s e di n t ot w oa s p e c t s ，o n ei st h ew h o l es t a b i l i t yp r o b l e mo fas e c t i o no fh i g h w a y l l i g hs l o p e ，t h eo t h e ri st h el o c a ls t a b i l i t yo ft h es p e c i f i cw e a kp a r to fat a r g e t e dh i g h s l o p e h i g h w a yh i 曲s l o p es t a b i l i t ya n a l y s i sa saw h o l ei st h eu n d e r s t a n d i n go ft h es t a t e o fs t a b i l i t yf o ras e c t i o no fh i g hs l o p ew h o l l ya n df r o mt h eo v e r a l lp e r s p e c t i v e ，w h i c h h a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ef o r t h ed e s i g n 、c o n s t r u c t i o n 、m a i n t e n a n c ea n dl o c a ls t a b i l i t y a n a l y s i so fh i g hs l o p e i nt h i sp a p e r ，t h eh i g hs l o p es t a b i l i t ya n a l y s i sa saw h o l ei sr e s e a r c h e d ，f r o mt h e 1 1 i g hs l o p es t a b i l i t ye v a l u a t i o nc r i t e r i a 、t h el o a d so f t h eh i 【g hs l o p eo f h i g h w a y r o a d b e d 、 t h er o c ka n ds o i lp a r a m e t e r so fh i g hs l o p e 、l i m i te q u i l i b r i u ma n a l y s i sa n ds t r e n g t h r e d u c t i o nf i n i t ee l e m e n tm e t h o dt oe a r l yo u tac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sa n dr e s e a r c h , a n d o b t a i n e ds o m eu s e f u lc o n c l u s i o n s ，a sf o l l o w s ： n l i sp a p e ra n a l y z e st h ed i s a s t e rs i t u a t i o n sa n dt h es t a t u sq u oo fc h i n a sc o l l a p s e , l a n d s l i d e ，d e b r i sf l o wa n do t h e rg e o l o g i c a ld i s a s t e r s ，f o c u s i n go na n a l y s i so ft h es l o p e s t a b i l i t yp r o b l e m si nh i g h w a yp r o j e c t s ，t h i n k st h a ti nt h ew a k eo fc h i n a sp r o g r e s si n h i g h w a yc o n s t r u c t i o n , h i g h w a yr o a d b e ds t a b i l i t yo fh i g hs l o p eh a sb e c o m eo n eo ft h e k e yt e c h n i c a lp r o b l e m si nt h ec u r r e n th i g h g r a d eh i g h w a yc o n s t r u c t i o n , t h er o a dh i g l l s l o p es t a b i l i t ya n a l y s i so ft h eo v e r a l lh i 曲s l o p ei so fg r e a ts i g n i f i c a n c e0 1 1t h eh i g h w a y d e s i g n 、c o n s t r u c t i o na n dm a i n t e n a n c e ；i nt h i sp a p e r , t h et r a d i t i o n a lm e t h o df o r c a l c u l a t i n gs l o p es t a b i l i t y , i n c l u d i n gt h er i g i db o d yl i m i te q u i l i b r i u mm e t h o d ，l i m i t a n a l y s i sm e t h o d ，f i n i t ee l e m e n t a r cs e a r c hm e t h o di sd o n ea n dam o r es y s t e m a t i c a n a l y s i s a n ds u m m a r yi s c o m p l e t e d ，i n t r o d u c e st h e b a s i cp r i n c i p l e so fs t r e n g t h r e d u c t i o nf i n i t ee l e m e n tm e t h o ds p e c i a l l y , b yc o m p a r i s o nw i t ht h et r a d i t i o n a lm e t h o do f c a l c u l a t i o nd e s c r i b e di t sa d v a n t a g e s i nt h i sp a p e r , t h eh i 曲s l o p es t a b i l i t ye v a l u a t i o nc r i t e r i ah a v e b e e ns t u d i e d ，t h e s l o p es t a b i l i t yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nc r i t e r i ab yr o a d b e de n g i n e e r i n gg e o l o g i c a l e v a l u a t i o na n dt h eq u a n t i t a t i v ec r i t e r i ao fs t a b i l i t yo fr o a d b e dh i g hs l o p ef o rh i g h w a y w e r ea n a l y z e d i nt h i sp a p e r , t h em a i nl o a d sa n dr o c k - s o i lm e c h a n i c sp a r a m e t e r sf o rh i g h w a y s u b g r a d eh i g hs l o p ew a sr e s e a r c h e d ，t h ed e t e r m i n a t i o nm e t h o d sf o rh i 曲s l o p el o a d s 、 l o a dc o m b i n a t i o n 、r o c k - s o i lm e c h a n i c sp a r a m e t e r sw a sa l s or e s e a r c h e d t h i sp a p e ra n a l y s e dt h eo v e r a l ls t a b i l i t ya n a l y s i s o fr o a d b e ds l o p e ，t h ea r c m 以1 0 d s i n g l e - p l a n es l i d i n gs u r f a c em e t h o d ，t r a n s m i s s i o nc o e f f i c i e n tm e t h o do ft h e l i m i te q u i l i b r i u ms l o p ea n a l y s i sm e t h o di s d i s c u s s e dt h e o r e t i c a l l ya n de x a m p l e s d e m o n s t r a t e st h ec a l c u l a t i o n i nt h i sp a p e r , t h ec u r r e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no ft h es t r e n g t hr e d u c t i o nf i n i t e e 1 锄e n tm e t h o da r ea n a l y z e d ，a n do nt h ef i n i t ee l e m e n ts t r e n g t hr e d u c t i o nf o rj o i n t e d r o c ks l o p es t a b i l i t ya n a l y s i sw a sd i s c u s s e d ，o nt h ef i n i t ee l e m e n ts t r e n g t hr e d u c t i o nt o t h eo v e r a l lh i g hs l o p eo fh i g h w a yr o a d b e ds t a b i l i t ya n a l y s i sa l le x a m p l ew a s c a r r i e do u t k e yw o r d s ：e a s t e r nt i b e t ；c o l dr o a ds u r f a c e s ；a s p h a l tp a v e m e n t ；u va g i n g ；a s p h a l tm a s t i c ； s t r e n g t hr e d u c t i o nf i n i t ee l e m e n tm e t h o d 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 众红葛 日期： 少p 年￥月多日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、 复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：磁墩艺指导教师签名：彳 日期：劢l 。年驴月日日期：幽7 并够月易日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据 库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 益。 学位论文作者签名：衫冷乏 日期：7 0 l 。年华月6 日 指导教师签名：砺 日期髟知绰月石日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 近年来，随着西部大开发热潮的不断高涨及国家对西部诸省份投入力度不断 增加，西部地区的公路建设得到了飞速发展。仅以西藏自治区为例， “九五 和 “十五”前3 年，西藏公路建设投资突破1 0 0 亿元，大幅提高了国道公路技术等 级。2 0 0 3 年底，西藏公路通车里程达到4 1 3 0 2 公里，其中黑色路面3 0 0 0 多公里； “十五”期间，计划西藏公路建设总投资1 2 0 亿元，实现全区5 0 的县通油路，到 2 0 0 5 年，全区公路总里程达到4 5 万公里，川藏公路( g 3 1 8 线) 西藏境内8 0 以 上的路段实现黑色化；“十一五 期间，西藏自治区公路建设计划总投资36 0 亿元左右，到2010 年末，西藏自治区公路通车总里程达5 万公里，高级、次 高级路面里程达9oo0 公里( 占18 ) ， “三纵两横、六个通道 骨架公路 网基本建成，85 的县通油路。由此可见，西藏地区公路建设投资大，工期长、 而且路面质量的好坏对地区的政治经济影响大，因此道路建设的质量是至关重要 的。 优良的沥青路面是由合理的结构、优质的建筑材料和合理的配合比组成设计 以及施工质量作依托的。若材料本身性能差或配合比设计不合理，再好的路面铺 装都会不可避免的产生病害。在我国近年来，许多高速公路在通车卜2 年甚至更 短的时间，就会出现由于种种原因而发生损坏，从而失去了许多优良的特性，最 终导致道路的使用寿命降低。甚至有些高速公路在运行1 年或更短的时间就因病 害而完全铲除的工程实例并不在少数。 西藏自治区地处我国的青藏高原，地域辽阔，自然地理环境极其复杂，优质 的地产石料匮乏，使西藏地区沥青路面呈现复杂性；另一方面该地区气候条件不 同于内地，紫外线、高寒、风沙等自然环境的综合作用，使得路面裂缝、坑槽、 剥落严重，影响了沥青路面的使用性能。 可见如何针对西藏地区的具体特点，提出相应的技术措施以提高路面的使用 性能和使用寿命是亟待解决的问题。因此，本研究一方面针对藏东地区地产材料 的技术性质，采用合理的设计沥青混合料的方法，以达到优化混合料使用性能的 目的。同时，考虑到藏东地区强紫外线作用对于沥青路面的老化和破坏情况，提 2 第一章绪论 出沥青与沥青混合料抗紫外老化的评价方法和防治措施，为今后西藏地区大规模 修建沥青路面提供理论和技术支持。 论文以西藏自治区交通厅下达的科技项目藏东高寒区沥青混凝土路面应用 技术研究项目为依托。开展针对藏东地区的地理气候特点，利用地产材料进行 沥青混合料配合比设计及其对混合料的路用性能进行研究，在满足路用性能的基 础上，提出改善抗紫外老化，改善水损害性能的技术措施。 1 2 本文研究方法 对藏东高寒区地产材料进行调查； 搜索现有的研究成果； 调查目前该地区沥青路面破坏情况并分析原因； 对所采用的改性沥青进行性能测试和研究； 对所采用的级料、矿粉等的性能进行测试和研究； 对沥青混凝土的配合比进行研究，并确定沥青混凝土的配合比； 研究紫外线对沥青路面稳定性的影响，并提出改善措施； 对花岗岩沥青混合料抗水损害性进行基础研究； 通过实验路段验证沥青混凝土配合料的配合比设计； 沥青混凝土混合料的路用性能评价。 1 3 本文主要研究的内容 为满足以上的研究目标，具体研究内容如下： ( 1 ) 针对西藏地区的地产石料进行合理的配合比设计及相应的路用性能分析 首先对地产石料进行调查，对地产石料取样分析，按骨架密实性原则进行 配合比设计： 针对藏东地区的气候特点，结合该地区沥青路面常见病害对沥青混合料 进行性能评价； ( 2 ) 针对地产矿粉进行胶浆性能研究，以优化沥青混合料的性能 研究矿粉的组成对沥青胶浆的使用性能的影响； 优化地产矿粉的使用性能，提出最佳的粉胶比范围； ( 3 ) 紫外老化破坏机理、评价方法以及防治措施的研究 第一章绪论3 分析强紫外光照射下沥青老化机理； 提出沥青及沥青混合料紫外老化的评价方法； 提出防止紫外线老化的评价方法； ( 4 ) 提高地产石料与沥青粘附性的技术措施的研究 针对地产石料的岩相组成，分析石料与沥青相互作用机理； 在此基础上，提出改善石料与沥青粘附性的具体措旋； 以上研究内容采用现场调查、室内评价和试验路铺筑相结合的研究方式完成。 4 第二章藏东地区地产石料及沥青路面的使用性能 第二章藏东地区石料性能及沥青路面的损坏模式 2 1 藏东地区石料性能 沥青混凝土路面的使用性能受到许多因素的影响，其中组成材料的性能和气候 条件是最主要的影响因素。因此，保证组成材料的技术性质是至关重要的。 针对西藏地区的具体特点以及交通运输上的限制，在组成材料中，集料和矿粉 尽量本着就地取材的原则来选取，因此，有必要对西藏地区的地产材料进行调查。 藏东地区为高山峡谷农林牧区，总土地面积约2 6 1 8 8 8 2 万亩，占全自治区土 地面积的1 4 1 9 。其中耕地面积仅占0 3 ，砂地、冰川、沼泽占的比例比较大。 由于高山，峡谷，河流比较集中，该地区地质构造复杂多变，石灰岩和玄武岩蕴 藏量很少，多为风化的页岩和花岗岩，周边地区仅有的一处石灰岩料场距施工工 地1 6 0 k m ，并已经被昌都水泥厂占用，不具备开采条件。部分料场是当地的神祗， 不便于开采。因此，可以开采的料场多为风化严重的页岩和花岗岩。由于沥青路 面对于集料的选择比较苛刻，由风化严重的页岩和花岗岩制备的集料一方面不能 满足集料的强度要求，同时集料的规格( 如扁平料等) 不宜保证，这样将造成骨 架嵌挤结构的沥青混合料强度等方面满足不了规范要求；另一方面，由于花岗岩 属于酸性石料，极易造成沥青混合料出现水损害现象。 因此，经过多次调查，本课题采用的集料取自玉曲河中段一处河滩地的河卵 石，从表面上看该集料中砂岩含量较高，色泽呈褐色，取样进行岩相分析，其各 部分所占的比例及其相应的s i 0 2 含量见表2 1 表2 - 1 藏东地产石料岩相组成分析结果 t a b l e2 - 1t h ea n a l y s i sr e s u l t so f s t o n el i g h t f a e e si ne a s t e r nt i b e t 分析结果( ) ( b ) 1 0 吨 序号 样品原编号 s i 0 2 ( )各类含量( ) 1 含灰质细粒石英砂岩 4 9 9 62 4 6 4 2 中粒长石石英砂岩 7 2 0 21 8 6 5 3 含球粒泥晶灰岩 6 3 81 6 2 9 4花岗岩7 0 8 21 2 8 5 第二章藏东地区地产石料及沥青路面的使用性能 5 5粉砂质板岩6 1 2 8 9 0 2 6方解石脉岩 1 0 2 47 9 4 7 细粒长石石英砂岩 7 1 8 15 2 7 8角砾岩 2 0 0 02 5 3 9 石英岩 9 0 0 0 1 7 2 1 0 含球粒泥晶灰岩 1 0 0 01 0 9 从结果中可以看出该石料由1 0 种岩相组成，按在集料所占比例的大小依次为 含灰质细粒石英砂岩、中粒长石石英砂岩、含球粒泥晶灰岩、花岗岩、粉砂质板 岩、方解石脉岩、细粒长石石英砂岩、角砾岩、石英岩、含球粒泥晶灰岩。同时 我们可以看到含灰质细粒石英砂岩含量最大，而且尽管它属于砂岩的一种，但是 其s i 0 。含量较低：含球粒泥晶灰岩占总体比例也较高，且其含有的s i 0 。含量仅为 6 3 8 ，这两部分岩相构成会对整体的石料酸碱性有重要的影响。 根据各种石料的含量及其相应的s i 0 。含量，我们将集料综合s i o z 含量作为该 集料的评价指标，其计算公式如下： 集料综合s i o ，含量= e 石料i 含量其s i o ，含量 t 经过计算得到该集料的综合s i0 2 为4 8 1 7 ，位于5 2 - 6 4 之外接近于碱性和 中性界限值5 2 ，属于碱性偏中性石料，这说明该石料尽管砂岩含量较高，但是 在砂岩中夹杂了部分灰岩，使得在集料内部存在部分碱性物质，有利于沥青与集 料的粘附，因此，这类河卵石在藏东地区的特殊地质条件下，是较为理想的料场。 2 2 藏东地区常见的沥青路面损坏模式 沥青路面的使用性能受着沥青混合料性能，气候条件以及施工质量的制约。 因此，分析混合料的损坏原因也应从以下几方面入手。 2 2 1 藏东地区的气候特点 藏东地区地处青藏高原东侧，深居内陆，远离海洋，属于高原大陆性气候， 它的特点是： 太阳辐射强，光照充足。藏东地区多属于高海拔地区，紫外线强度与海拔 第一章藏东地r 地产石料及沥青路面的使h 性能 是线性关系( 见图11 ) _ 人部分地区太阳总辐射量高达5 1 5 5 兆焦平方米，年同照 时数在3 0 0 0 h 以上，因此藏东地区是我国日照时问，总辐射量最大的地区之一。 平均气温低，属高寒地区。根据我国气候分区( 八五攻关沥青与沥青混合 料路用性能的研究成果) ，该地区属24 区，年平均气温9 c ( 高海拔地区，低海 拔区8j 。冬季时间长。 降水量较大。境内绝大部分地区年降水量超过6 0 0 m m 。 气象灾害多，危害较大。如干旱、冰雹、霜冻、雪灾和大风，尤其是山区 霜冻持续时间较长，危害较重。 气温的日温差比较大。由丁藏东地区地处高原，太阳辐射强白天地面受 热强烈近地层气温变化趋于极端，因而气温r 差非常大。年平均气温日温差大 部分地区在1 5 以上。 沥青是一种高分子材料，极易受温度和紫外光的影响。因此由于藏东地区 的气候特点，沥青路面极易出现病害。 2 2 2 沥青路面的损坏类型 藏东地区常用的沥青路面结构形式有三种 c 一2 0i 型，a c 一1 6i 和沥青碎石 如图21 、22 和2 - 3 所示。 圈2 - 1 c 一1 6 l 型 f i 9 2 1a c 1 6 is t y l e 第二章藏哥= 地睡地产石科及沥青路面的使用性能 图2 - 2a c 一2 0 i 型 f i 9 2 2 a c 一2 01s t y l e 固2 - 3 沥青碎石 f i 9 2 - 3a s 砷a l t m a c a d a m 沥青混合料的使用性能优劣依赖于材料的良好设计和施工质量的控制。特别 是对于大粒径的沥青混合料，如果设计不好或施工不当，极易出现离析现象或局 部的空隙率过大。较大的空隙率，方面使沥青混合料受太阳照射的面积增大， 增加了紫外老化的可能，致使面层沥青层剥离或出现由表面引起的开裂。另一方 面，空隙率增大，造成水进入l 路面结构层内部，时f 面层或基层受到水的冲刷， 出现坑槽和水损害。 第二章藏尔地区地产石料及沥青路面的使用性能 由于气候特点和施工水平的限制，减东地区的沥青路面早期损埘、比较严重， 其使用寿命很低。该地区沥青路面常见的典型损坏形式有以下几种： 0 龟裂 龟裂不同于传统的荷载型损坏。传统的龟裂是由于路面承载力不够，造成面 层 图2 - 4 传统的损坏形式 f 1 9 2 - 4t r a d i t i o n a lf o r m so f d a m a g e 藏东地区的沥青路面出现的龟裂现象不同，裂缝首先是从表面j 1 = 始，如图2 - 5 所示。 匿2 - 5从表面开始的裂缝 f i 9 2 5c r a c k sf r o mt h es u r f a c e 第二章藏彖地z 地产石料及沥青路面的使用性能 慢慢向下发展形成网裂，如图2 - 6 所示。这类损坏是在表面层泛白以后，慢 慢开始的。 b ) 圈2 - 6 衰面开始的网裂 f i g2 - 6n e t w o r kc r a c k ss t at i n gf z o ms u r f a c e 由于龟裂的存在，水极易进到路面结构层内，影响了路面的使用品质，加速 了沥青路面的损坏，特别是在荷载作用i - ，进入到结构层内的水将会对基层产生 冲刷，使基层软弱，造成整个路面的大面积损坏，如图2 7 所示。 】o 第二章藏东地区地产石料及i 5 青路面的使性能 图2 7 大面积损坏 f i 9 2 7e x t e n s i v e d a m a g e 岛泛白 藏东地区沥青路面虽常见的损坏形式是泛白。泛白本身对路面使用性能并没 有影响。但是，发白的原因足由于沥青在紫外线照射下发生了老化，致使沥青材 料的使用性能发生了变化。紫外线将会造成沥青变硬，变脆，与集判的粘附性变 差，因此，极易发生水损害和裂缝。图2 8 为刚刚铺筑投入使用三个月后，沥青 路面的情况。由图上可以看出，整个路面均匀发白，和刚刚铺筑的沥青段对比， 极为明显。说明该地区紫外老化比较严重。 图2 8 新旧沥青路面对比 f i g2 - 8c o m p a r i s o no f o l da n d f l e w “p h a l t p a v e m e n t 第二章藏东地区地产石料及枥青路面的使用性能 固2 - 1 0 粗集辑开始糨动 h g2 - 1 0s t a r t l o o s e c o a n e 8 9 9 r 铝a 在调查中发现，有些路段的沥青路面中没有添加矿粉，使得沥青混合料没有 形成必要的网络结构，也是剥离和耐久性差的主要原因。 1 2 第二章藏东地区地产科及沥青路面的使用性能 坑槽 大面积的局部坑槽也是普遍损坏的路面形式。出现坑槽的原因比较复杂，由 于没有施工过程的原始记录，很难分析清楚原凶。 但是，路面局部的离析，可能会引起坑槽损坏，如图2 1 1 所示。 图2 - 1 1 沥青混台料局部离析 f i g2 - l is e g r 。g m l o a t l o c a la s p h a l l m i x t u r e 因为离析后的沥青混合料，局部的空隙率增大，使材料接受紫外线照射的面 积增大，加速了沥青的老化，使沥青与石料的粘附性变差，因此，损坏将会从相 集料含量高的地方jf 始：同时，由于局部的空隙率较大，水分将会通过空隙直接 进八路面结构层内，使路面基层内的含水量增大，在荷载的作用f ，材料受到了 水的冲刷，基层承载能力降低，将会出现坑榴的破坏，如图21 2 所示。 图2 - 12 沥青路面的坑槽 f i g2 - 1 2p i t so f a s p h a l t p a v e m e n t 第二章藏东地区地产石料及沥青路面的使用性能 1 3 2 3 本章小结 根据以上的分析可以看出，对于藏东高寒地区的沥青路面可以得到如下结论： 研究沥青混合料性能时，须考虑到气候因素和紫外线的影响； 针对特殊的地产集料进行合理的配合比设计，集料和矿粉可选择的空间 小，可利用现有条件优化混合料性能； 针对具体的集料性能，应就如何抵抗材料剥离和抗紫外老化进行研究： 严格控制施工质量也是关键问题。 1 4 第三章采用地产石料进行沥青混合料配合比设计 第三章采用地产石料进行沥青混合料配合比设计 沥青路面具有良好的行车舒适性和优异的使用性能，而且施工速度快，维修 方便，使之成为高速公路主要的路面类型。藏东地区地形地质条件复杂，公路自 然灾害严重，抗灾能力弱，加上汽车超载严重，沥青路面存在着一定的早期损坏 现象，主要表现为纵缝、横缝、网裂、龟裂局部路段存在坑槽、松散、泛油等。 因此提高沥青路面的使用性能是重要的研究课题。沥青路面的质量受着结构，组 成材料的性质，合理的配合比以及施工质量和气候条件等多种因素影响。本研究 首先综合考虑藏东地区特殊的气候条件、因地制宜采用地产材料、进行沥青混合 料配合比设计，优化藏东地区沥青路面的使用性能。 3 1 配合比设计方法和级配类型的选择 3 1 1 级配类型的选择 按现行沥青路面施工规范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 规定，选择沥青混合料的类型应 根据道路等级、路面类型、所处的结构层位选定。 作为高等级公路沥青面层可选择的混合料类型很多，a c 类和s m a ，s a c ， s u p e r p a v e 等。考虑藏东地区的气候特点和施工条件，本课题推荐采用a c - 1 3i 型 沥青混合料，除了考虑路面厚度的等因素以外，还有以下几个原因： a c 类沥青混合料多为密实的结构，与s m a 和s a c 等混合料相比，粗集料含 量相对少，路面的构造深度小，这样材料暴露在太阳照射的面积减小，有利于延 缓紫外老化的速度；对于藏东地区的气候特点，紫外线强度大，因此，材料的密 实是比较重要的因素。 细粒式a c 类沥青混合料便于施工。从施工的角度看，a c 类混合料由于中档 集料( 1 1 8 或2 3 6 m m ) 含量高，施工和易性好，不易出现颗粒离析现象， 特别 是在运送材料过程中，路况差造成的颠簸很容易使得高温下的沥青混合料出现离 析。同时，通过对多条高等级公路调查发现，集料粒径越大，离析越严重，如图 图3 1 所示。因此，采用a c - 1 3 混合料可以减少施工难度。同时，a c - 1 3 混合料在 我国有很好的施工经验，便于施工的质量控制。 第三章采用地产石料进行沥青混合料配合比设计 1 5 3 5 3 0 2 5 摹，n 槲删 藿1 5 l o 5 o a c 2 5s m a l 6a k l 6a k l 3a c l 3 混合料类型 图3 1沥青混合料离析与矿质混合料最大公称粒径的关系 f i g3 1t h er e l a t i o n s h i pa s p h a l tm i x t u r es e g r e g a t i o na n dm i n e r a lm i x t u r en o m i n a lm a x i m u m s i z q 对粗集料的要求较其他集料宽 由于藏东地区优质石料缺乏，所选集料扁平料含量较多，因此，本研究首 分析了集料对不同混合料类型的强度影响。 选取1 # 、2 # 、3 # 三种集料，其规格见表3 1 所示。 表3 - 1三种集料的扁平料含量 t a b l e3 1a g g r e g a t eo ft h r e ef i a tm a t e r i a lc o n t e n t 分别以上三种集料搅拌成沥青混合料，并进行实验，可以得到l # 、2 # 、3 # 种集料对不同混合料类型的影响，如图3 2 所示。 1 6 第三章采用地产石料进行沥青混合料配合比设计 勺 垒 、 赵 爱 称 辐 c 一1 62 a c 一1 63 a c 1 6s i i a - 1 3 2 s i o t - 1 33 s 鼢- 1 3 混合料类型 图3 - 2三种集料对不同混合料类型的影响 f i g3 - 2a g g r e g a t eo f t h r e ed i f f e r e n tt y p e so f m i x t u r e 由图3 - 2 可以看出，s m a 对集料规格的选择是非常严格的。三种集料对s m a 型 混合料影响最大，扁平料含量大的1 # 集料，其混合料的强度仅是3 # 集料的1 3 ，而 对于a c 类混合料强度虽然也有差距，但差距不像s m a 那么大，因此，在集料规格 较差的条件下，推荐采用a c 类混合料。 3 1 2 配合比设计方法的选择 结合本研究的具体情况，一方面马歇尔试验法积累了大量的a c 类沥青混合料 配合比设计的经验，设计方法简便，同时，不需要添加新型设备就可以进行，因 此，a c - 1 3i 型沥青混合料的配合比设计仍采用马歇尔设计法，并吸取其他设计法 的优点，调整设计结果。 由于传统的a ci 型混合料是一种密实型连续级配的沥青混凝土，通常其级配 曲线比较靠近最大密度线，且级配曲线已通过s u p e r p a v e 限制区，导致砂的用量过 多。为此，本研究在吸收高性能沥青路面( s u p e r p a v e ) 技术的基础上，对a c 一1 3 i 型混合料的合成级配进行了调整，使其尽量通过s u p e r p a v e 中规定的控制点，并 绕过的限制区，这种级配可以提高粗集料的嵌挤作用，同时又具有较小的空隙率， 第三章采用地产石料进行沥青混合料配合比设计 1 7 形成密实骨架接受，达到提高混合料路用性能的目的。 3 2 原材料评价 所使用的原材料包括盘锦s b r 改性沥青、藏东地区地产石料和地产石灰石粉 碎得到的矿粉。对原材料进行了基本性质测试和评价，以掌握材料的初步状况。 3 2 1 粗集料 沥青路面表面层应该具有一定的强度和耐久性，粗集料必须使用坚韧、耐磨 粗糙、棱角丰富的优质石料。通过性能测试，粗集料的物理力学性能指标结果， 见表3 2 所示。 表3 - 2 沥青路面用粗集料基本性质试验结果 t a b l e3 - 2t e s tr e s u l t so fa s p h a l tp a v e m e n tc o a r a g g r e g a t e sb a s i cn a t u r e 技术指标规范要求藏东公路粗集料 第一档：0 2 5 含泥量( )不大于1 篦一档：n4 1 洛杉矶磨耗损失( ) 不大于3 01 6 0 2 视密