（道路与铁道工程专业论文）乳化沥青稳定基层试验研究.pdf

摘要 国内目前大量使用半刚性纂层沥青路面，结构单一，劳且存在麓一些自身难 以鼹决的阀题，因此，有必要探索叛型的鼹面结构。本文在参考国内外相关的理 论试验螅基础上，对孚l 诧沥青稳定基盛熬路耀性能进行了磺变。 苕先，在充分认识孥l 佬沥青混合料强震形畿特点黪基磴上，分轿了琴l 化沥青 稳定基层韵永久交形懂能和疲努毪能。蓬点强调了乳化沥青稳寇基瀑磋纯溺内的 变形特性，并提出了符合乳化沥青混合料特点的疲劳设计方法。 然后根据基层的性能要求，确定了适用于乳化沥青稳定基朦的级配类型和罄 层材料的设计指标。并参考已有的试验舰范，采用修正马歇尔稳定度设计法和最 大粘结力设计法，对不同的级鹦己进聋亍了配比设计。 针对攀b 化沥青混台料饕遍夺在的强度形成缓慢、早期强度偏低驰特点，分缨 了晷终在乳纯沥青漫会料中掺热本混的试验戏暴，势逶过娶歌尔王交试验弱冻黻 劈裂试验獒俸分褥了农基瀑孚l 纯溺青滟合辩中掺麓东溅的优点。 最后，对予襞栊沥青稳定基层豹施工注意攀瑗酾经济效益特毪，本文帮佟了 较为详细的阐述。 关键词：孚k 健溜毒稳定基层，永久变形，疲劳，级配，旱期强度，最佳巍滚耀 量 a b s t r a c t n o w a d a y st h ea s p h a l tp a v e m e n tw i t hs e m i - - - r i g i db a s eh a sb e e nw i d e l y u s e di no u rc o u n t r y , b u ti ts e e m st ob es om o n o l i t h i ci nt y p ea n ds o m es t u b b o r n p r o b l e m sc a l l tb es e a l e dd o w ne a s i l y , s o ，i t sq u i t en e c e s s a r yt op r o b i n gs o m e n e wt y p ep a v e m e n ts t r u c t u r e t h i sp a p e ri st or e s e a r c ht h ec h a r a c t e r i s t i c so f e m u l s i f i e da s p h a l t - t r e a t e db a s eb a s e do nt h et h e o r ya n de x p e r i m e mb o t hw i t h i n t h i sc o u n t ya n do v e r s e a s 。 f i r s t l y , t h ed e f l e c t i o na n df a t i g u ec a p a b i l i t yo fe m u l s i f i e da s p h a l t t r e a t e d b a s ei sa n a l y z e du n d e rt h ec o n d i t i o no f k n o w i n g t h es p e c i a l t yo fi t s s t r e n g t h f o r m a t i o nv e r yw e l l t h i sp a p e re m p h a s i z e so nt h ed e f l e c t i o n c a p a b i l i t yo f e m u l s i f i e da s p h a l t - t r e a t e db a s ei nt h ep h a s eo fh a r d e n i n g a n db r i n g sf o 曲a f a t i g u ed e s i g n m e t h o dw h i c hi ss u i tf o r t h ec h a r a c t e r i s t i c so fe m u l s i f i e d a s p h a l t - t r e a t e d b a s e s e c o n d l y , a c c o r d i n g t ot h e p e r f o r m a n c er e q u e s to f b a s e , i ti sd e c i d e dw h i c h g r a d a t i o n sa n dd e s i g ns t a n d a r da l es u i tf o re m u l s i f i e da s p h a l t - t r e a t e db a s e + t h i s p a p e ra d o p t st h em a r s h a l la n dt h em a xa g g l u t i n a b i l i t yd e s i g nm e t h o d st o d e t e r m i n et h ef i tr a t i oo fd i f f e r e n tg r a d a t i o n sr e f e r e n c et ot h ee x p e r i m e n tn o r m e x i s t i n ga l r e a d y , a i m i n g a tt h ef a c tt h a te m u l s i f i e da s p h a l tc o m p o u n df o r m s s t r e n g t hs l o w l y a n di t s e a r l i e rp e r i o ds t r e n g t hi sl o w , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ee x p e r i m e n to f o v e r s e e sa b o u tt h ec e m e n tm o d i f i e db i t u m e ne m u l s i o nm i x t u r e s ，a n dt h r o u g h s o m eq u a d r a t u r et e s ta n a l y z e st h eb e n e f i to f u s i n gt h ec e m e n tm o d i f i e db “u m e n e m u l s i o nm i x t u r e si nb a s e 。 f i n a l l y , i te x p o u n d sc l e a r l ya b o u tt h ew o r ki t e m sa n de c o n o m i c p r o p e r t yo f e m u l s i f i e da s p h a l t - i r e a t e db a s e k e yw o r d s ：e m u l s i f i e da s p h a l t - t r e a t e db a s e ，d e f l e c t i o n , f a t i g u e , g r a d a t i o n ， e a r l i e r p e r i o ds t r e n g t h ，t h eo p t i m u ma m o u n to f b i t u m e ne m u l s i o n l i 学位论文独创性声明 y s 6 1 2 8 q 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的磷究成巢。尽我聪知，蜍了文中转别女# 以标注秘致淤瓣地方外，论文唾，磋i 包含 其他人已经发表或撰写过的研究成采，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 瀚学能鼓涯书蕊搜翔过豹耪糕。与我一嗣工炸救嗣恚对本磅究联傲数拯憾荧蛾均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：塑鱼 日期：垒2 1 圣：i ：呈i 关予学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电予文档，可以采掰影印、缩印或其他复翻手段谦存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允 许论文被查阅藕借阅，可戳公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公稚 ( 包括剁登) 授权东南大学研究生院办理。 签名： 塑生 镢魏迨 嬲期：釜堕：i ：生 第一章绪论 1 1 我国路面结构的发糕历程及现状 灏中国成立娃来，馥辩我国经济、交通的逐渐麓碰，我国鹣公路绪构也糯藏的发生着变 化火体上分为三个阶段。 第一隆段为勰羧褪。在这个输段，公整交逶鼙，j 、，率赣载臻量拳l 辘鼗小，嚣竣魏露囊等 级低，以中级路面解决睹雨通币问题。有代激性的正舰路面魁溉结碎石和级配砾石路面，同 时，也采用所谓的手摆片石做基层。由于交邋量小以及是岛色的透气路疆- 不少跆段路面议 厚 0 0 辩友右，却憝承担当霹一建豹交逶羹。 粥二阶段，在公路璺攫快速增长的同时，以改善路面行率质量，增加车速。减轻养护为 特薤。在这个阶段，公路变通量鸯蟋显豹增长，推广巍趣渣渣装疆处治路覆。但邀星器露出 一个严霾豹同繇，渣油表面处治鼓楚种 蕊缀静沥青蕊层，它却能阻止貉面材科艨和基中 水分的蒸发。随精渣油袭筒处治路面的推广，含土多、塑性指数大的泥结碎石和绒配砾石基 基越寒忿臻曼遗黎嚣窭窀销拳稳健誉簿懿鞴意。在渣油表蚕齄漕下嚣，这些含主鞍辩屡孛农 分不仅不能蒸发，反而还会增加，导致材料强度急蒯下降而且下土麟的强度也明显降低。 不少原先能承挝一定交邋爨共不发生破坏的彝色路谣，一经镶了渣油袭礞处治，葳丽很快嫂 坏。霹就为了罐强基罄瓣承羲缝扇现了藐获箍碡磊帮缓配砾磊掺获。寿蟹建区采鼹了新谓躺 无土砂砾和干服碎石。程个别道路上也开始试用水泥稳定砂砾和水泥稳定碎石。 在零阶段，嚣灰土在全国不同地区褥到了接广藏爝。渣漕袋霪处溃翘石灰主篡基踺嚣罴 奉簖段路嚣豹代农。 本阶段路谢结构破坏的一个盘要原因魁由于基层失去承载力，通过痰殴发现，不同的蕊 罄应蒋挺应熬基攫与之配台，君麓攮侯建好瓣镬臻牲辘，这建憝一个不赣探索不鳜戗囊静过 程。 爨三阶段，随着改革开放，公路建设遴入飞速发展期，此阶段以建设毫速公路为特槎。 囊予交通爨夫，势盈攀戆鞍载鳃盈增大，敬及鬟率浇翻增夫，拜始采霜潺鬻铺襞较浮的 和厚的贯入式磷层、沥青碎石面屡和沥青混凝土面联。正如上面指出的那样，与商级面艟相 瘟的鏊屡选择戏了一令缀丈的阏藤。在这个蹬段据黧，盎于采鼹弱基蘑材料不含逶或基熙材 料缺少一些臻确的菝术捂标和标壤，一些离等级路话曾发生过一些严霞的早期损坏现象，髂 面使用质量和使用寿命普遍达不到应有的水平。 实黢谨鹗，在这些较离等级公路主，鞭肖一些萋搽襞接邑幂辘逵巍耍隶，魏戆，半剐瞧 基层麻运而生。进入9 0 年代以后，我国新建的高等缀公路的结构形式主要为半削性基屡沥 青路磷。厦层采用三层式绌构，总厚度在1 2 1 8 c m 之间，基鼹般采粥无枫结念料稳定糠 辩，器度在1 5 2 5 c m 之褥，熹萋艨簸采耀无圣 毛臻台鞲稳定主，簿囊在1 5 4 0 c m 之阂( b 。 据统计，我国9 0 以上的高速公路沥青路筒的基层或底基层采用半刚性材料。 暴黠半剐谯基层，霹娃舂效的增挺黯瑶承载力，巍瑟爱提供稳定麓支承。麓瘃硬洼络食 辩处浓橱瓣， 甜戳往用蘸先不能健爝躬蕊爨较次的石料，甚至使用就| 甄的士，这样就可 三【节 约投资。 毽楚，随着半联淫基层蘸大餮采鼹，像随之窭魏了不少阏趣，毽为拳弼犍萋藤的予缡特 性，闲此，防止瓶层的葳射裂缝的产生也就成了设计的重点。初期的设计方法主霹为下面胺 采用沥青碎石瞪l i 点减轻发射裂缝，但因为测膏碎磊塑隙率较大，一般趣避t 0 ，使求分糗 聚在、l j 刚性基臌发面，m 现基层唧淝，产生严重的水损坏，塌外，沥谮碎石的商漏稳定性不 足，翳产生车辙，函贱，1 9 9 7 颦姒最高速公路就不鼹翔这秘姑构屡了。现在的棼遍做法链 增粕渤青瑶浮瘦，早期麓隶津糍蔫速公路熨际沥青蕊瑶浮度为2 0 2 3 c m ，嚣热带地蕊黼j _ 深珠、干佛、深汕等高遄公路也设计了厚艘为1 5 c m 的沥青面层，实践证明，厚沥青层列 丁 酶 i 疑瓣裂缝酌产生莛行之有效的， 髓楚，沥青艨厚度增加，造价黼之增加，也不能肖效体现半刚性基瓣抗压强发高韵优点。 中国蟠员辽阔，环境变化报夫，却儿乎都使用单一的结构形式，这种情况是否经济羊恰肖烛 畜持巍穗翡，囡娆，探索逶鹿予蔫等级灏带路覆魏耨篷基罄瑟枸形式，敬交我晷赢等级公赣 结构过于单一的现状，成该作为现阶段的一个迫切任务。 1 2 国外沥青路面及乳化沥青基层的使用状况 鞠终在黍健路覆的设计施工中，较多的使耀了沥青基爱( 包括乳纯沥青基藤) ，。- f 掰就 简单介绍一下备国的具体规范及现状。 德嚣( 摄骚雾德萤) 在溺毒黯嚣施工中，盏鹫s o 年钱，方箨建撞瘸煤潺鬻猝石踌。在 这一阶段，由予交通量的急剧增加，引起路面沉陷、变形甚登碎坏。葵主要原因是麦克驻当 设计原理不当撩成的，这一原理对随后交邋受荷进一步压实作用的敏感性考虑不羼，因此为 了鼗慧沥青瑟最裙竣谤簧泉魏撬变形缝交帮稳定毪，罩在秘车我已致褒了藩含辩戆鬣裁成 分，使用连续缀配混合料。 德国的规藏将交遥受蕊量分了5 个等缀，每一个游缀叉授擐整令路颓厚度巍餐屡厚度磐 袋标维结构。主要结构蒜为瘩耗艨，结合撩，沥青鏊层，抗凉材料簇，有豹还憩括碎石屡， 砾石基层等。熟中对予沥青基层中掘合料的要求见下表1 1 及表1 2 0 ) 。 袭j 1 溪青鏊藩混台辩靛要求 1234 漏食料种擞a be 交逶量类剿多藕穰多串努攘夫多鞠禳多串弼疆大多帮狠痧孛飘徽太 马歇尔试验： 6 0 c 醛的稳定发最小 2322 3 f 。0 1 ( 2 ，6 ) 一1 0 9 所班，嗣素a 麓高度盈薯的。出筑可褥，方差分析的结果与巍观分析相同 试验说明一密实度增长期内的变形是个不容忽视的问题，选用不同的级配可以产生不 同的蹙澎效果，为了防基屡在健翅期闻发生永撰塔，应尽鹫建翔较密麓缀嚣，餐这又会导 致在硬化期间产生较大的变形，因此，在设计施工时，应权衡利弊，做好预防工作，如预先 确定可能产生的变形量，或采用空隙率较大的粗级配，并采取定的防水损坏的措施。努外 在镶筑熊拐赣，必矮有一定量静率载疆形成篷实作翔。侄翔暴行车过予渠纯戳疑荷载过麓， 极有可能导致魇实不均匀而产生车辙，这是施工管理中需要注意的问题。 综上所述，乳化沥涛稳定基鼷硬化蜃瓣手车辙形成鲍影响较小，慰于楗瓣的要求基本 l o 与热拌汕青混激十相似，但必须蛩注意基胺级配的选择以及嗽度形成初期的行1 i 压实问越， 处理不蚶极订可能影响蹴旺的使心性能，随蓿行车的l i 断压实，g l 化测诲稳定基层最终达到 完金缦纯强痤，鞋能与臀遂热溺奇稳定基臻糯近。 f 面介纠一r 国外计算1 ：辙的公式。隙了以1 ：艇廊变米控制车辙外，各国还尝试j j 其 它撑椽采计算车辙，如埘单轴应力( 瘴变) 、三轴应力、剪癍力以及应变l 来计舞车辙，铰 简单的是采弭j 犟轴压力霓复加衙试验和轮谶车辙试验，比利时j j j 相对湖弹弯沉e 。为变鼙得 山路面材料永久戍变与加荷次数的关系q j ，沥青层为e 。= ，4 4 9 n o ”。 美国垒簿式灏毒滋凝圭路蠢艟税绥车辙滚验总缝了戳弯流d 摹德：) 为萃参数静车 辙- ) j h 荷次数荚系式： l g r r = 一3 4 0 + 6 、2 7 1 9 d - i 4 7 1 i g n ( t o _ l m 次) ( 2 - 3 ) 强上两式的n 均为标准辅载仵蠲次数。 g l 沙霍夹根据a a s h o 试验赡资料总绱了f 式： 泌专混凝二乏 葶度h 1 5 c m ， i g r r = 一2 7 - - 4 4 9 6 1 9 d 1 6 7 1i g n 一3 6 5 0 1 9 ac ( 2 - 5 ) 戒中： oc 压应力( m p a ) n 8 1 k n 轴嫂作用次数； 黼车辙速攀，l o 一m 次 2 。4 乳他沥青稳定基层的疲劳健链要求 2 4 1 适用于巍化沥青稳定基层的疲劳方程 飘纯沥毒稳定基基京霞震蘩麓要在气滋环境影响下经受车轮蕊载豹重复终矮，既承受疆 应力也承受拉成力，长期处于应力应变交选变化状态，基层缋构强度将逐渐下降。当荷载震 复作用超过一定次数以展，在荷载作用下产生的应力就会超过强度下降厢的的结构抗力，丽 产生疲劳精裂簸坏。在美国，主要金簿式籍疆最重要的损坏癸壅一般燕疲劳丽不是车辙，因 此，在限制车辙不超过容许值的阐时，应该甄强调把沥青混凝士基层混食料的疲劳寿命增至 最大限度。通鬻混合料的疲劳性裁嫠够通过疆剁混合燃的空藏鸯4 5 跬及健嗣足够裹 豹沥脊含量加馘缀好的控制。 为了保证路面的良好使用性质和耐久性，就必须采用合适的疲劳设计方法，使乳化沥青 稳定基痿内的疲劳骧坯按裴l 在一定浆范基痰。下嚣裁缝合g l 纯沥毒稳定蓉层懿穗缝避 i 其体 分析。 我i 虱沥青路丽设计规范中提出的层底投应力验算指标，考虑了结构层材料的疲劳性能。 弱蔫结构强度麓数趸- 写耱辩静劈装强度褥磁结构屠赢面酌容许拉应力，如果按照弯沉设计 的路掰结构验算的层底挝应力on 小于或等于该容许拉应力o 。，则厚度满足，褥则，需要 重新 冀，壹到满足。鄂： 玎女：粤( 2 - 7 ) k 式中：of 沥青稳定莲层材料的容许拉应力( m p a ) ； o 。洲青稳定撼层材料的蝣裂强度( m p a ) ； 蔗摭拉强度结构系数。 对j 二沥青稳定基层谢青路面，根据规范有： k = 0 0 9 a 。n 。o 2 2 ( 2 8 ) 式中：a ，沥青稳定基层利料级配类型，细、中粒式澌青滟凝十为1 0 ，粗粒式沥青淞凝 土为1 1 n ，一一设计年限内一个车道上的累计交通轴次( 次) 。 邋过上式绺出在一定的标准轴载作用次数f 的抗拉强瘦结粕系数挺，然后剩心式( 2 7 ) 得出窬许拉癍力or ，撒据。r 进行路面翁襁厚瘦诗簿。 囡内的疲劳设计方法并不适j ； j 于乳化沥青稳定基层，正如上面所述。乳化沥青混合料 的撵，羧楼量睫溺毒疆饱辩阉的延长嚣增长，甥凝期一羧蠢半譬，有时l 表一年或秘年，这期淘 荷载作j _ f j 下基朦内产生的应力应窝并非一个定值，而在不断变化，相瘛的疲劳规律也处在不 断变化之中，不可能用一固定的抗拉强度结构系数k 来表示，需要寻找一种受合适的疲劳 设计方法。 国外在大量试验研究的基础上，提出了一系列的沥青混合料的疲势规律，通常表示为： n _ k ( ， ( 2 - 9 ) 式中：n 设计的标准轴载作用次数； k ，n 通过疲劳试验并经过修正得出的参数； e 疲劳漩验孛藏撩麓应变窳平。 由于疲劳试验方法的差异以及外在条件的不同，不同韵设计单位使用的疲势标准并不相 同。下表2 7 剁出国外所采用的部分疲劳设计标准( 7 j 。 表2 。7颡寄麓疲劳穷程 设计部门沥青层疲劳方程 黄翟建沥誊协会 麓= 0 0 7 9 6 ( 若, 尸“翟) ”“ 尧牌石油公司 m = o 0 6 8 5 ( 8 , ) - 5 “陋尸6 3 伊利诺伊州迢输局 m = 5 1 0 “0 。) - ” 比利时道路研究中心 v = 4 9 2 1 0 。4 g ，) 。4 ” 英国运输帮遂路骚究搿 甄= 1 酾。l 。如r ” 从上表可以看出，备个疲劳方程相差很大，但也都表示为某一应变和荷载量的固定关系。 其孛，美国致沥毒蛰会帮壳薅石演公司静疲舅方程考虑了不蕊弹性模餐对疲劳特性的影晌， 可| 三l 用来分析乳化沥青稳定基层不同强度时对结构疲劳破坏的影响，但必须在设计方法上作 一定的改进。因此，考虑到地理气候的相似性，本文将采用美国地沥蠢协会提出的材料参数 型疲劳方程，它的疲劳设计准剐觅下式： n r = o 0 7 9 6 c ( c 口) 。2 ”瞳l “”4 ( 2 一l o ) 式中： 0 疲劳寿命 1 2 1 e + l 沥青混合判动态模 r k s i ； c 修l l ：系数有 c = 1 0 ”( 2 一1 1 ) s 。( 熹一o a ，) 式中：屹沥青混合料空隙率，； k 洲青= | ! 合料澌青体积率，。 上式( 2 1 0 ) 中的轴载作h 次数为轴重8 0 k n 的作用次数，要按照4 次方的原则换算 为我国的i o o k n 的标准轴载作用次数，换算后为： ，= 0 , 0 3 2 6 c ( 6 c ) 。3 2 ”i e + r “ ( 2 - 1 3 ) 美国的le s a n t u c c i 也曾经提出乳化沥青修建全厚式沥青路面的疲劳设计法，基本公 式与a i 相同，但它采用诺谟图进行计算，疲劳规律可按乳化沥青的弹性模量和应变值查图 得到。考虑到各地区的乳化沥青混合料的疲劳方程不尽相同，但疲劳设计方法要有一定的适 用性，这里没有采用。 通过a i 公式，可得出乳化沥青稳定基层处在不同弹性模量时相应的疲劳方程，现在的 主要问题就是提出一种疲劳设计方法，以适应于乳化沥青稳定基层疲劳方程不断变化的特 点，为此，下面将首先介绍基于迈纳尔积累损坏定理上的疲劳设计方法，然后将通过具体设 计示例来介绍其使用方法。 2 4 2 基于迈纳尔积累损坏定理上的疲劳设计方法 路面疲劳的设计方法很多，我国的拉应力验算是一种工程简化计算，此法采用一年一 个标准的平均温度，确定沥青混合料一个弹性模量，将各类汽车换算为一种标准轴载，并采 用一个简单的疲劳关系式进行验算。正如上面所述，乳化沥青稳定基层的结构强度处于变化 之中，不能用单一的疲劳关系式来表达，如何量化变化的强度对结构疲劳破坏的影响，是乳 化沥青稳定基层疲劳设计的关键问题。 上世纪6 0 年代以来，公路上引用了迈纳尔( m i n e r ) 疲劳积累损坏定理，并成功地验 证了它的适用性。利用它能足够精确地预测路面的疲劳寿命，现在己成为路面疲劳设计所依 据的重要法则。 迈纳尔假说始于1 9 4 5 年，它被用来预测金属在复合应力作用下的疲劳寿命，现在已在 飞机、轮船和钢铁等结构设计中得到了广泛应用。迈纳尔疲劳积累损坏的三个假定是：疲劳 损坏的积累是直线性的；它与作用应力的大小无关：而且应力之间没有相互的作用。迈纳尔 疲劳积累损坏定理的定义是：若材料承受第i 级荷载作用，直至达到破坏时的疲劳寿命为 n ，则该级荷载作用n i 次造成的损坏率为n i n - ；若材料承受k 级混合荷载的作用，则各级 女 荷载造成的积累损坏率为蚤“1 7 “1 ；若积累损坏率达到1 时，材料即出现疲劳破坏： 蚤n - n 山丁气候与水文条1 ，| ：的北响，公路路而的状态会发生变化，冈而路面材料强度 i i 疲劳 性能也会跟麓变化。为此就要分别 算各种路蕊状态f 备级行车蕊载的巫复作删对路殛造成 的疲劳损坏。若将路面分成m 秘状态，公路上的季亍1 孳荷载分为k 级，| i ! f j 在第j 种状态fi 级荷载作州选到破坏的疲劳寿命为m 。作h jn 。次的损坏率为n n 。显然，备级荷载在各 l* 种状态下造成桶总损坏率为n , j n m 嚣以一年为单能计算，各菁串状态下各级荷载造成 仁l ，。1 女m 的总损坏率为肛yyn 。，n 。此时路面的疲劳寿命即为i d 年。 t = i j = l 乳纯沥寄稳定基滋的材料强度和疲势性能不断发生变化，为此要分别计算不同材料强 度。r 行车荷载的重复作川对路面造成的疲势损坏。这里首先将基层分为初凝期和初凝期后两 秘状态，按照拟定戆路囊结构霸路蠹瀑瘦裳出凝固期每令舞懿弹性摸爨，盎莲势穆歪褥刭疲 劳次数，将之盏加得到初凝期肉的积累损坏率，然届再求出韧凝期后设计年限肉的积累损坏 率，如果两者相加大于i ，则说明拟定的路面结构在设计寿命期限内就已产生疲劳破坏，就 必矮瓣路瑟蘩秘避行修敬并重赣进行疲劳设诗，壹劐符合设计要求魏斑。 2 4 3 设计示铡 下蕊通过一个示倒来说明冀疲劳设 t 方法，先了简化，假设匿艨基瑶均使用朝嗣的襞 纯灏肖混合辩，其最终颦骧率为5 ，施工第一个月豹初期空隙率为1 0 ，沥青体积含量 v b = 9 ，凝固期为6 个月，设定就厚度为2 5 c m ，下层士基弹性模量e s = 5 0 m p a ，土基和沥青混 合辩豹泊松 e 分别为0 ，3 5 蟊o 3 0 。每天交逶量兔l o o o 辆+ 设诗寿愈为年。 设计步骤： 1 初凝期分析 1 ) 基层溢发确定：嗣为巍纯滔青澹台辩的弹性模鼙受溢寝影晌较大，蠢藏先必 须确定温度。根据实测的资料。在面层的7 c m 范围内，温度随蜉度的降低速 发较大，当达至4 路鞭下l o c m 深度后，降温速度明显减，、，当气溢避赢时，i o c m 下的温魔可能高于气温，健不会相整太大，因此，可以认为，较高温度下的 沥青稳定基层的平均温度可以近似用气温来裁示，这里我们设煮基层温度变 像范嚣为2 0 3 0 c ，平均瀑度为2 5 ，壹图褥瓣为4 0 0 0 m p a ，疆为4 0 0 m p a ； 2 ) 计算得凝匍期六个月的列于下表2 8 ： 3 ) 由每月的烁、e s 应用b i s a r 程序算得每月的乳化沥青稳定基层层底拉应变$ 。 4 ) 由孙和稳应靛e ；代入式( 2 1 3 ) 褥每个月酶疲势次数n ，并进 亍修正，这擞第 一第二月的修正系数c 采用空隙率为1 0 计算，得c = o 0 8 9 7 ，其余的c 采用 窟隙率为5 诗算，褥c = o 5 9 1 3 ，叠拥蜃得到钢凝甥蠹的积累损蝽率。 表28乳化沥青稳定基联疲劳计筇汇总表 一妇_ _ - 熨三担四月聂月六爿 弹性模培 4 0 02 6 6 83 1 9 03 5 1 03 7 0 53 8 2 0 ( m p a ) ；( 1 0 1 )l l ?5 3 54 7 + 84 4 ，54 3 ，54 2 6 n | 4 1 车1 0 。1 1 1 旷8 7 1 0 61 o * 1 0 l 。0 术1 0 1 1 1 0 7 1 ， 2 舭1 0 6 9 1 1 0 7 1 1 1 0 1 o l o 1 0 1 0 9 1 1 0 8 5 ) 将辆凝潮肉豹i n ，进行叠加得3 7 4 1 08 ，计葬初凝期肉趵鬃积损坏率 d e = t ( ：l n f ) = 1 0 0 0 1 8 0 * 3 7 1 0 6 = 0 4 8 t 2 初凝期后设计年限内分析 1 ) 豁于初凝期后强度基本没有变化，鼢此采用单一的弹性模量4 0 0 0 m p a 来计算 设计年酸内累积籁坏率，由和相成船e ，代八式( 2 - 1 3 ) 得，为1 1 6 1 0 2 ) 计算初凝期后设计年限内累瑕损坏翠为 d r = t ( ：i ，) = 1 0 0 0 3 6 0 9 + 5 * 0 ，8 6 2 1 0 - = o 2 9 5 3 设计年限疲势破坏分析 1 ) 将d t 耧d i 翱翔，褥到设计年疆蠹惑匏积累撰舞率： d f d e d f 一0 4 8 1 + 0 2 9 5 = 0 7 7 6 5 5 蒸发残壁 针入度( 1 0 0 9 ，2 5 ( 2 ，5 s ) ( 0 a m m ) 秘2 0 0 耪延镩度眈( 2 5 ) ( ) 8 0 溶解度( ) 9 7 5 靛套稳建缝镶s( ) 5 c h l ( ) 2 3 糖级配静辩拌和试验均匀 密缀配骨料拌和试验 均匀 隶淀棒秘试验( )5 球黻稳定度茺糕颓粒 矿辩攘翔_ 芏嘉法鄹黢魏足专嚣誉鞫，冒势两穰费辩、蠲嚣牵辜、壤瓣3 释。糖曹辩寄；碎 石、# 割砾石、簿选砾石；鲴臀籽裔：砂、石羼：填辩膏：矿粉等。 1 ) 粗毋料 嚣纯溺鬻稳定基趱中衡用静程沓籽趟捂靛较大子2 5 m m 的瓣菇、s l n 砾嚣、筛选戳。 租骨料由于谯基盛中起着骨架的作用，一般鹿采用符裔公路工穰粝料技术标准( m 0 2 0 1 一鳞) 审三缀鞋主熊磊瓣，其葫是够懿强度。 粗费越埘鞋慕瑗$ l 胄4 碎石躐砾露。酸性蠢辩、鹱谯磊摹毒等郝可戳镬黪。茺论戮类嚣瓣， 都威表面干净、粗糙、无风华、无杂质，扁平细长颗粒( 长边与短边之比太予3 ) 豹禽鳖少 予1 5 * ；l 裁豹醛磊在5 r a m 虢蘸籁粒，冀孛7 5 疆上疵至多夺个破碎黼。采鞠黼形 酶爵对，应掺a 帮分碎石或破碎静砾石。 2 ) 细骨料 缩管辫楚指粒径小于2 s r a m 、大于0 , 0 7 4 r a m 的砂辫l 西璃。遮静：| 渣辩要求鹱地坚硬、溃 洁、无杂质，并其有邋当的级黼。q 采翊秘静、海砂、山砂及_ i 璃a 3 ) 填举 为提高乳化沥青稳定基层舱稳定度，泄合料中婴加入一定数挝的填燃。一般是心小- i ： o 0 7 4 r a m 的碱性i 料的矿粉作填料，具体技术要求为亲水系数不入于1 通过o 0 7 4 r a m 颗 粒不少丁i8 0 。也可班粟硝其它粉料( 如承泥或消石灰粉等) 做填料。这种矿粉填料主要 的佟璀楚与沥青交互住心，趣强袋睾毒闼豹鹣络力井填充其审豹空隙。翔承滗做填辩，霹戳提 高乳化洳青稳定旗层的早删强度，因之在低激季二i ! f 与湖湿愤况f 旌一时，可取锝较好的效果。 3 2 乳化沥青稳定基层材料级配选择 3 2 1 级配的类型及设计原则 由于路面结构的抵抗塑性变形的能力和耐久性( 抵抗疲势) 的能力均与矿料的级配组 成套关，矿辩级辩的设计是国内外路面设计新考虑的燕要的闯麓之一。所有的组成设计均必 须以规范的级配弛基础，逑当避霉调整。 矿料的缎配组成主要有三种典型情况”： 第一种是矿料中各级粒径的颗粒，由大到小逐级按一定的比例组成的一种矿质混合料， 鄂_ | 舞谓的连续缀鬣。这种级配豹特点是葵级配曲绫平顺圆滑，其有连续髋质。其设计的主导 思想是按照擐大密实嶷进褥螅，理论基础是魏茅搬毂颞粒千涉学说8 。程结梅土属于一种惫 浮密实结构，强度主要是由粘结力构成并且具有最佳的密实度。在早期交通量不大的情况下， 按这种级配设计的道路具商较好的耐久性。髓随着现代重型汽车交通荷载作用下，路谣可能 因熟穗牲不艇磊产生率辙、波滚、摊移等变形，澎响正常使用。 第二弛缓配形式的壤集牲含量摆对地寒鹱增艇，特剽橡漤毒碎石港台糕，缎集料含量 较少甚至没有，所以不能充分填充糨集料之间的空隙蕊有较大的空隙率，鼓懿形成为秘骨 架空隙结构。这类材料的强度主要取决于内摩阻力，粘结力相对是次要的。因而箕热稳定性 可娃得到显蔫静提高，毽由于空豫大，璐面的耐久往往往受到很大澎晌。 稳定性靼耐久性在上述甄秘级聚 殳毒专孛是矛磊鹩，毪茬爰能考惠醋菸中一点。路霭韵 使用性能要求两者能够兼具，在这种要求下，一些国家提出了一静间断缀配遐台辩。即在矿 科缀成中，大小颗粒不是连续存在，而在某一个或某几个粒径范围内没有或有很少矿料颗粒 静缀或的矿震混会耨。这稚混含料不经有足够数蛩的糨集料可以形成空间骨架，而且又有必 要数量的鳃毂填充手爨絮姆蛉空黢，使混会糕毫较高熬密蜜度嚣鼯藏钓一种酱絮密实结构， 故其内摩阻力和粘结力均较高。 对于乳化沥青稳定基层来说，因为所处的环境没有面层严峻，对于稳定性的要求可棚 对降低，丽基爱肉应力应交交彳乇复杂，潮诧，对耐久眭的要求就必须相对较商。一般来说， 国 i ；l 现在大辍使嬲数簌然是连续型缀嚣，巍铯沥篱稳定基层摇梅在保挎连续整缀鬣骑基础 上，增加级配的嵌挤能力，从而提趣其抗变形能力，是级配设计的关键闯题。 3 2 2 乳化沥青稳定基层级配的确定 乳他沥青漉合料卡爷为道路酌基艨，由于面临的荷载状况和气候状况不如面层沥青混合料 严峻，它对燃料强度稳定性各方蠢的要求都较嚣蘑簧低，其缓磊髂要求也胃班不必苏面屡那 样严格，具体表现为一般颗粒大于面层所用的粒料颗粒，相应的混合辩的空骧率较疆屡混台 料火，而沥青用量相对较少。考察国外沥谮稳定基朦的级配，从沥青碎石到连续密级配毫! i j 青 潍缀 ：都有采 _ ，具体采腿何种级配类拟，需要结食荷载状况、气候状况以及使蹦寿命莉i 经 济评价等综台考虑。不髑等级麓公路对予蒸馐的要求也是不阏的，美阐沥青协会豹冷沥费混 合料技术手册( 1 9 7 7 年版) ( 8 ) 建议对于冷沥青混合料修建基层，可“泛利用市场供应的机 乾碎瓠、砾瓠秘矿渣。通过美国标准7 5 微米筛魄糙料惫0 1 0 ，最大尺寸为5 0 毫米或为屡 厚2 1 3 ( 二者鞭其料小省) 的机轧碎, f i - l i 料，通常可全部加以利用，因此较为缀济。如选h j 适当的沥青材料并采墩蕻它施工措施，很澎级配不良雨1 中断级配的矿料可使州n 丁基层。由此 霹弦，美国对于冷替溺赘瀑台睾毒基瑶的箨。辩级配熬要求跫缀熨翁，这瞧谇现了经济懿要求。 r 表3 2 列出了有关国家的澌青稳定基层的级配组成。 袭3 2 备国有关级璐织成范嘲 筛孔( r a m )5 03 7 53 52 5 ，01 9 09 ，54 7 52 ，3 60 6o30 ，0 7 5 j 本i 型1 0 09 5 - 1 0 07 0 - 1 0 06 0 - 1 0 05 5 ，9 03 0 * 7 01 7 5 51 0 4 25 2 83 2 21 1 0 l 二 _ ：奉= i l 型1 0 09 5 1 0 07 0 ，l 6 0 - 1 0 05 5 - 1 0 03 乳1 0 01 7 * 1 0 01 0 - 1 0 05 4 03 2 5l 1 0 俄亥俄州 1 0 08 5 - 1 0 08 0 - 9 06 8 8 85 6 墙o3 7 - 6 02 2 4 51 4 3 5 6 1 84 1 32 6 英国4 0 l o o9 5 一1 0 08 0 - 9 66 8 蜕6 2 - 8 45 0 坩g 3 8 - 5 42 9 d 21 4 心88 2 l2 - 8 英国2 01 0 01 0 01 0 08 8 7 0 - 9 45 2 23 8 * 5 42 8 - 4 21 4 - 2 88 - 2 l2 - 8 由表3 2 可以看出：- 国外沥毒稳定基艨的级配藏围较宽，各国的沥青稳定簇层级配桷对 于我强的碎石级配来讲，细集辩燕多。参考国羚的级配，对g l 纯沥青稳定基层的材瓣组确定 材料级配时，不适宜采用碎石级陬，而应燕要采用连续级配，并保证照够的细料数量以增加 轱缝力。 相对于熟沥青混含料来说，乳化沥青混合料对缀配的要求基本柏似。在国内的各个技术 手册中，对于热拌和冷栉沥青混合料的级粥的要求其实是差不多的。遨是因为擘l 化沥青中的 沥毒冬善逶熬溺毒实震主是弱一种麓辩，最终可取褥程羁豹旗荻作瑙效栗，r 不过襄蔽鸯一 个粘附，脱水与蒸干的澈程，因此，它的材料组成及技术要求也与普通沥青混合料基本相同。 例如，公路游青路面施工技术l i ) 中，乳化沥青碎石混合糕采用的缀配和热摔沥青完众摆 两，阻离子巍纯沥青辩面中建议豹酉种乳亿灏膏撬凝缀配组成和热拌沥青混凝土静级 配相差不大，主要的差别在于矿粉用量的不同，这是因为当采用o t 瓣季铵盐类乳化剂制备 的巍优涯毒撵铡混合睾萼时，当器睾墨含量多孵，由予绷辩，特是矿粉翘毙表嚣积耀当大，与 乳液接触后，暇水性很强，促使乳液过早破乳，使沥青较多地吸附于绷料的表蕊，会出现不 同粒径矿料裹覆不均匀的现象。因此，应根据实际情况控制矿粉用量，一般限带4 矿粉的爿j 量 蓬固为o 7 ，班2 5 较为会适； 对于集料最大颗糨的选择需疆考虑三个方面的问题：一是沥青稳定基层的厚度，沥青 稳定基层的厚度在1 0 1 5 c m 左矗，一般认为层厚与最大颗粒的尺寸应该袁一个4 ：1 的比 铡。二是施工中离辑黼题，当缀配豹足寸级差较大时，在施工中容茹发生粗细熊料豹分离， 难以保证施工质量，因此颗粒尺寸不宜太大；三是蜜内试验的可再现性，当颗粒尺寸过大时， 虫予试 孛静尺寸有限，一般没蠢趣过1 5 e m 戆，薮扶试验结果懿稳定羧角度讲+ 颗粒足寸甭 宜过大a 当颗粒过小时，由于基层厚度较厚，容易发生颗粒的重新定位，易引起稳定性韵问 题，因此，下褒3 3 列出几种适台于乳化沥青稳定基层的级配，图3 1 是各级粼的中值，但 建予本次试验，综合考惠鞋上番种因素，舞考虑到试验器材静实际穗况，决定实际试验采用 级配的晟大颗粒尺寸为2 6 5 3 1 , 5 r a m 。 1 9 表3 3 l 纯渣青稳定基瑶缀鬻 邋过：斑筛jl ( r a m ) 躲溪量舀分奉( ) 级配 3 7 53 1 52 6 ，5 1 9l s1 329 54 。7 52 + 3 61 ，1 80 60 30 1 50 0 7 5 a t b 3 01 0 09 0 - - 1 0 07 0 8 56 0 8 04 8 6 84 0 6 03 l 5 i2 0 4 01 5 3 2l o 2 5 8 1 85 n3 1 02 8 9 0 a t b 2 51 0 05 5 - - 7 54 8 6 84 2 6 23 2 5 22 0 4 01 5 3 21 0 2 58 1 85 l l3 1 02 8 1 0 0 9 0 a t b 2 01 0 07 5 9 06 2 8 d5 2 7 23 8 5 82 8 4 62 0 3 41 5 2 7i 0 2 06 1 4 8 o o s 型 1 0 08 5 9 57 4 9 45 9 7 95 6 7 63 0 5 01 5 3 5l o 2 48 1 66 1 25 l l4 8 1 0 0 0 0 6 2 5 0 i 2 50 2 50 512481 63 26 4( m m ) 圈3 1 各级配的中使 3 3 乳化沥青稳定基层材料设计指标的确定 毫性a 沥毒路瑟( s u p e r p a v e ) “”按术是美臀公路战略研究计翔( s h r p ) 静一个重大研究 成果。s u p e r p a v e 提出了一个性能基础上的新的沥青和沥青混合姆体系，这个体系霹瑗有效 的改善路面寿命，现在s u p e r p a v e 已成为美国太多数州运输部的混台料设计的标准。下面将 参考s u p e r p a v e 的试验数据，结合乳化沥青混合料的特性及高等级路面的要求，对混台料的 一些基本搀括提出建议篷。 1 空隙率 在混合辫的设计中，空隙率的确定怒一个重要的指标。空隙率韵大小决定了所选级配是 否满是蘩求，沥袁的嬲量懿否达至# 援定空隙率嚣簧求。对予沥青混合料采讲，空隙率膏一个 台适的范围，过大的空隙枣馒褥沥青混合糕的抗老佳性能和撬疲劳性毙大大降诋。并盛较大 的空隙率使得路面水分较易进入路丽结构内部，在荷载和水分的燕同作用下较易造成沥毒与 矿辩静剥离而严羹影响路面的使用髋能。而过小的空隙率则会使得在夏季高温时，沥青缺乏 黪账鳃空间露遮藏泛池，显过，j 、懿空骧攀易形成率辍。根据美翻s h a p 计弼的调查，认为沥 青蹄面最台理的残留空隙率为4 。 空陡率过小赛易产生车辙，f o r d 通过谶场测试认为，当空隙率犬1 2 ，5 i m 车辙深度 小7 - 8 m m ；b r o w n 帚jc r o s s 认为。当空隙率d , t - 3 h , 3 ，路面会出现车辙闽题，而当空隙率 人j ：3 l 1 j ，市辙不是路面的关键问题；i i u l 3 e 在加鬻人的研究表明，造成车辙的主要原闭趣 空隙搴小予3 。 冀苎隙率火丁一定值可能导致水损坏，z u b e 认为，当空隙率大于8 时t 热拌沥青混合料 ( 1 i m a ) 透水。而当空隙率小1 二8 时，透水不是主耍问题；b r o w n 在研究混台料的离辑时， 认为当空藩率小于孤时，港台辩n 手不逸乐，两当空隙率又t8 “爵，混合辩渗透往增期缓 快。 空隙率与鼹蟊灼嚣毒久性密切榻荚，s a n t u c c i 认为空隙率小于8 越防j t 灏海氧化魄必蜚 条忭。 i 越过以上分析可以得出，对于沥青泓台料合理的空隙率范围应该在3 - - 8 之间。对于 襞纯沥专稳定纂瑶霭舍瓣，虽然援链饔凌没褒嚣鼷严浚，毽为了茨盘拣擒瑟两獠东两产生承 损坏，当达到燎终硬化强度时，空隙率成小于8 。乳化沥青稳定基层内应力较面层小，对 车辙的产生影响不大，可适当降低空隙率下限，但空隙率过小可能导致沥青用爨增加，对于 基瑶并不经济，综合考虑鞋上函索，确定瓣予 l 纯沥膏稳定蒸层滢台辩，瑗场达到最终硬化 强度时的空隙率不大于8 ，对于商温养护的乳化沥青混合料试件，设计目标空隙率为3 8 。斑尽量垮设计窆黧率控制在4 跨左右。 2 矿料间隙率( v l c , a ) 与混台辩戆空隧攀紧密霜美瓣一个墼饔参数楚矿鹳润簸率( v c d , ) 。经验教锈， l i l a 魏特 性对混合料的性能至关照要。在过低的v i i a 时，为丁保证一定的空隙率的要求，则沥青的用 量会减少，此时往往使褥混合睾； 内部的粘结力不足，难于保证沥青混含料的强度和稳定性。 著且，沥青撬念辩对灏脊和矿耪翊董酌镦小变纯较为敏惑，搜褥沥青掰量豹锾小增热都会导 致沥青混合料的高温流动变形和翦切破坏。而过高的v m a 时，则使得一定空隙率时，沥青的 用量过多，使褥覆盖在嶷辩表露霓其是丈颧粒表瑟豹沥专膜避厚。遘浮瓣沥毒膜健褥鑫纛潺 青增多，减小了沥青与矿料问的粘结力，在荷载的作用下，集辩易发斑重定向的运动，对混 合料的稳定性很不利。因此规定混合料的v m a 的合理范围至关重要。研究表明，合理的v m a 款嚣要是矿辩申最丈裁经戆函数，f 表3 。4 碟窭了我国攘藏与美藿s u p e r p a v e 静最低矿瓣 v m a 需要。 表3 4v m a 标准 i集辩最大粒径( r a m ) 3 7 52 5 01 9 01