（道路与铁道工程专业论文）稀浆封层耐久性评价指标研究.pdf

大连理f l ：人学硕十学能论文 摘要 随着交通事业的迅猛发展和公路使用中不断出现的严重早期破坏，公路预防性养护 已经越来越受到关注。虽然稀浆封层在我国公路养护应用中以其技术成熟性和使用经济 性被广泛应用，但是其在使用中的易损性，以及相比国外稀浆封层的使用寿命大大缩短 等现象，使其耐久性的研究被广泛关注。 稀浆封层耐久性不足是影响路面使用性能、缩短路面使用寿命的重要因素。由于稀 浆封层在路面养护中主要起到防水、抗滑等的作用，本文选择稀浆封层的水稳定性和抗 滑性两个指标进行耐久性研究。 本文首先从原材料选择、设计和施工等三个方面分析了稀浆封层耐久性的影响因 素。在原材料选择时，不仅要选择优质基质沥青、乳化剂等生产高性能乳化沥青，在集 料的选择上也要从集料粒径，用量，质量以及填料作用等方面进行考虑。根据稀浆封层 在工程中的主要作用选择级配，并严格按照施工规范进行施工。 根据稀浆封层的特点，本文从水稳定性和抗滑性两个方面评价稀浆封层耐久性，在 指标选取上区别于普通的沥青路面。水稳定性的评价指标是选用不同浸水时间的湿轮磨 耗值的变化率大小来评价；稀浆封层是一种细集料级配，且根据其特殊的结构特点选择 构造深度为评价抗滑性的评价指标。同时通过改变试验条件来研究不同的环境温度和水 环境对稀浆封层水稳定性和抗滑性的影响。 试验研究结果表明：水泥含量和油石比对于稀浆封层耐久性有很大的影响。l 2 的水泥含量是比较理想的水泥含量，在寒冷地区，为避免沥青含量过大引起沥青脆化， 尤其要注意根据级配合理选择油石比。冻融循环的湿轮磨耗试验表明了稀浆封层能在剧 烈的温度条件的变化中保持良好的耐久性。 关键词：稀浆封层；耐久性；路面养护；评价指标；水稳定性；抗滑性能 稀浆封层耐久性评价指标研究 s t u d yo nd u r a b i l i t ye v a l u a t i o ni n d e xo fs l u r r ys e a l a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ta n di n c e s s a n ta p p e a r a n c eo fs e v e r l ye a r l yd a m a g m e n ti nt h e u s eo ft h eh i g h w a y s ，i th a sb e e np a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt o h i g h w a yp r e v e n t i v e m a i n t e n a n c e a l t h o u g ht h ep r o v e nt e c h n o l o g ya n de c o n o m i c a lm a d es l u r r ys e a li su s e d e x t e n s i v e l y ，i t sl i f e s p a ni nd o m e s t i ci ss h o r t e rt h a ni ti nf o r e i g nc o u n t r i e s s ot h ed u r a b i l i t yo f s l u r r ys e a li sb e e na b r o a d l yc o n c e r n e d i n a d e q u a t ed u r a b i l i t yo fs l u r r ys e a li sav e r yi m p o r t a n tf a c t o rw h i c ha f f e c t sp a v e m e n t p e r f o r m a n c ea n ds h o r t e n st h ep a v e m e n ts e r v i c el i f e a st h ef u n c t i o no fs l u r r ys e a li nt h e p a v e m e n tm a i n t e n a n c ei sm a i n l yw a t e r p r o o fa n ds k i d - r e s i s t a n c e ，t h et w oi n d e x so ft h ew a t e r s t a b i l i t ya n ds k i dr e s i s t a n c ea r es e l e c t e da sp r i m a r yi n d e x so fs l u r r ys e a ld u r a b i l i t yi nt h e p a p e r f i r s t l y ，t h ea f f e c tf a c t o r so fs l u r r ys e a ld u r a b i l i t ya r ea n a l y z e df o r mt h r e ea s p e c t so f c h o o s i n gm a t e r i a l ，d e s i g n i n ga n dc o n s t r u c t i n g i ti sc o n s i d e r e dt h a tc h o o s i n gt h ee x c e l l e n t a s p h a l te m u l s i f i e ds h o u l dc h o o s et h eg o o db i t u m e na n de m u l s i f i e r , a n da g g r e g a t es i z e ， q u a n t i t y , q u a l i t ya n dt h ef u n c t i o no ff i l l e ra l ls h o u l db ec o n s i d e r e di nc h o o s i n ga g g r e g a t e s a c c o r d i n gt ot h em a i nf u n c t i o no fs l u r r ys e a lc h o o s ea g g r e g a t eg r a d a t i o na n ds t r i c k l y a c c o r d i n gt os p e c i f i c a t i o nc o n s t r u c t i nt h ep a p e r , c h o o s i n gw a t e rs t a b i l i t ya n ds k i dr e s i s t a n c et h et w op a r t se v a l u a t e ss l u r r y s e a ld u r a b i l i t y ，a n dt h ei n d e x ss e l e c t e da r ed i f f e r e n tf r o ma s p h a l tp a v e m e n t t h ee v a l u a t e i n d e xo fw a t e rs t a b i l i t yi st h ev e l o c i t yo fv a r i a t i o no fw e ta b r a s i o nv a l u ed u r i n gd i f f e r e r t s o a k i n gt i m e ，a n dt e x t u r ed e p t ha st h ei n d e xo fs k i dr e s i s t a n c e m e a n w h i l e ，t h r o u g hc h a n g i n g t e s tc o n d i t i o nt h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e m tt e m p e r a t u r ea n dw a t e rc o n d i t i o no nw a t e rs t a b i l i t y a n ds k i dr e s i s t a n c eo fs l u r r ys e a li sr e s e a r c h e di nt h ep a p e r t e s tr e s u l t ss h o w st h a tc e m e n tc o n t e n ta n db i t u m e na g g r e g a t er a t i oh a sag r e a ti n f l u e n c e o ns l u r r ys e a ld u r a b i l i t y i nc o l dr e g i o n s ，i no r d e rt oa v o i da s p h l a te m b r i t t l e m e n tr e s u l t e df r o m e x c e s s i v ea s p h a l tc o n t e n t ，a c c o r d i n gt oa g g r e g a t eg r a d a t i o nt oc h o o s er e a s o n a b l eb i t u m e n a g g r e g a t er a t i os h o u l db ep a i da t t e n t i o nt of i r s t l y w e ta b r a s i o nt e s tu n d e rt h ec o n d i t o no f f r e e z i n ga n dt h a w i n gc y c l es h o w st h a ts l u r r ys e a lc a nk e e pg o o dd u r a b i l i t yi nd r a s t i c t e m p e r a t u r ec h a n g e 大连理工大学硕： ：学位论文 k e yw o r d s ：s l u r r ys e a l ：d u r a b i l i t y ：p a v e m e n tm a i n t e n c e ；e v a l u a t i o ni n d e x ；m o i s t u r e s t a b i l i t y ；s k i d r e s i s t a n t i i i 人连理：l ：人学硕十研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩f p 、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题 作者签名： 导师签名： 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：箍鏊封屋耐么性迁盆撞拯珏究 作者签名：二弛l 蔓辱i 日期：珥年拟巫日 火连理下大学硕十学位论文 1绪论 1 1 问题的提出和研究的意义 改革开放3 0 年来，随着经济的繁荣，我国高速公路的发展创造了举世瞩目的速度， 截至2 0 0 8 年，中国公路总罩程已增至3 6 8 万公里，覆盖中国近9 0 的城镇。其中高速公 路里程已达到了6 0 3 0 0 公里，仅次于美国，居世界第二。而且高速公路还在以每年新建 4 0 0 0 5 0 0 0 公里的速度在继续发展。公路交通的迅速发展，使交通量和轴载也迅速增长， 同时使用者对行车速度和舒适性的要求也在不断提高，这对公路路面结构的强度和稳定 性提出了日益增高的要求。与此同时，路面早期破坏严重成为了路面损坏的重要原因之 _ 。 有调查研究表明 1 】：沥青路面的早期损坏的发生形态是不一样的，有其各异的个性， 同时其中又有普遍的共性。我国沥青路面存在两种性质不同的早期损坏。第一类早期损 坏一般是指通车后短时间发生的早期损坏。这种损坏一般发生在局部的点或段落，由外 界因素导致的，如雨季和春融季节较常出现的包括坑槽、松散、掉粒、网裂等水损坏。 这些损坏通过及时的局部性的维修和铣刨加铺可以得到缓解。第二类早期损坏是沥青路 面在管理、设计、施工、材料、维修养护等各个方面更深层次的原因导致的早期损坏。 它是全局性的路面损坏，但是这种损坏在路面开始损坏时如果做到及时养护，或者进行 预防性养护，是可以延长路面使用年限的。随着公路路面养护问题逐渐引起公路养护部 门的关注，可以预计今后一个时期，我国公路将由建设为主转化为建设与养护并举。所 以说，路面养护及预防性养护在提高路面的耐久性能方面具有很重要的作用【2 4 1 。 “建养并重、协调发展、深化改革、强化管理、提高质量、保障畅通”是我国公 路工作的方针。加大公路预防性养护技术的投入已经是当代公路建设中一项迫在眉睫的 大事。预防性养护可节省大量的养护资金，保持路面的良好性。有系统地实行预防性养 护是延长路面使用寿命、降低公路使用费用行之有效的方法。美国亚利桑纳的公路部门 曾就预防性养护和修补性养护的工程费用做过调查比较：修筑完沥青混凝土路面后， 不做任何中间的维修和养护，行车2 0 年后进行大翻修；铺筑完沥青混凝土路面在行 车1 0 年后做修补性养护，然后做一次沥青混凝土罩面；按预防性养护的要求，对于 已铺沥青混凝土路面，根据路面检查结果，及时定期地作预防性养护。根据以上三种维 修养护方式，从工程所用直接工程费方面作比较，第一种修补性养护工程费比第三种预 防性养护的费用高出6 3 ；第二种比第三种高出5 5 。整个路面使用周期内进行3 4 次预防性养护，可节约养护费用4 5 5 0 。美国犹它州交通局发现实施有效的预防性 稀浆封层耐久j i 生评价指标研究 养护可大大减少坑洞的形成和裂缝的进一步发展，预防性养护后的路面坑洞和裂缝出现 扩展的仅为1 ，而未加预防性养护的路面则达到7 5 8 0 。可见，进行预防性养护可 使路面经常保持良好的服务状态和运营效率，由此而产生的社会效益更为突出【4 1 】。 预防性养护作为一个完整的概念于2 0 世纪8 0 年代被提出，是一种周期性的强制保 养措施，是在路面结构强度充足，仅表面功能衰减的情况下，为恢复路面表面服务功能 而采取的一种养护措施。预防性养护虽然需要投入一定的费用，但是一种费用效益比最 优的养护措施。主要有两个观点【8 】： ( 1 ) 将状态良好的道路系统保持更长时间，延缓未来的破坏，在不增加结构承载能 力的前提下改善系统的功能状况； ( 2 ) 在适当的时间，将适用的措施，应用在适宜的路面上，有多种可以在预防性养 护体系中采取的措施。 2 0 0 0 年a a s h t o 在描述预防性养护时对其的定义是：“公路预防性养护是一种有成 本效益的处置计划策略，它针对已建的公路系统及其附属设施，延缓其发生破坏的时间， 并保持或提高系统功能性状况，但不增加结构承载力。通俗地讲，预防性养护实质上 就是早期防御性养护，它的作用只是通过路面表面的修复，使道路及其构造物内部和外 部的病害隐患与不利的条件得到遏制、改善，保证其在正常的运营条件下，实现或延长 设计使用寿命，但不能解决结构上已经存在的问题【9 1 0 】。 我国沥青路面预防性养护的定义是：通过定期的路况调查，及时发现路面轻微破损 与病害迹象，分析研究其产生原因，对症采取保护性养护措施，以防止微小病害进一步 扩大，减缓路面使用性能的恶化速度，使路面始终保持良好的服务状态的一种养护方法。 国内外在总结预防性养护技术经验和材料开发的基础上，总结出了许多不同的预防 性养护措施，本文在参照沥青路面养护技术规范和美国f i - i w a 的养护技术手册并查阅相 关文献的基础上，概括国内外应用的预防性养护技术主要有裂缝填封类、表面封层类、 薄层罩面类和沥青再生类等四种类型【1 1 。12 1 。见图1 1 。 大连理工人学硕士学位论文 图1 1公路沥青路面预防性养护措施分类图 f i g 1 1 c l a s s i f i c a t i o nc h a r to fa s p h a l tp a v e m e n tp r e v e n t i v ec o n s e r v a t i o nm e a s u r e s 裂缝填封是常用的养护措施，能有效实现裂缝填封，防止因水的渗透导致路面裂缝 扩大，避免造成更加严重的唧浆、坑槽等病害，从而减缓道路使用功能的退化，防止路 面状况指数( p c i ) 迅速下降，提高路面的使用耐久性。它主要是针对原路面的局部裂 缝，是最经济的养护方式之一。 表面封层技术根据实施的材料不同可以分为：雾封层、石屑封层、还原剂封层、稀 浆封层、微表处等。 雾封层和还原剂封层主要是采用喷洒( 涂刷) 的施工方法，在沥青路面表面增加一 个薄层来达到防水、封缝、抗老化等预防性的目的，因此也称它们为表面涂刷( 喷洒) 型封层技术。这种表面涂刷( 喷洒) 型预防性养护材料目前有很多品种，比如美国的沥 青面层养护再生剂，简称沥再生；t l - 2 0 0 0 聚合路面强化剂：深圳魁道公司的魁道沥青 复原剂c a p ；常州东泰交通公司代理的e r a c 沥青再生剂；上海敬诚公司代理的美国 s t a r - s e a l 公司生产的s u p r e m 。 e 牌路面封涂层( 又称美国一号) 、沥青再生剂p d c 、添再生、沥青路面养护剂p s 等，这类产品具有一些共同特点就是：抗老化性、防渗水功能、耐油污性能以及抗滑耐 磨耗性能。 薄层罩面按实施方法的不同可分为冷薄层罩面和热薄层罩面两类。目前使用的冷薄 层罩面技术主要是乳化沥青或改性乳化沥青混合料。热薄层罩面主要是普通沥青混凝土 ( a c ) 薄层罩面、沥青马蹄脂碎石结合料( s m a ) 罩面、超薄橡胶粉改性沥青罩面等。 稀浆封层耐久性评价指标研究 乳化沥青在公路预防性养护中的应用方式主要是雾封层、石屑封层、同步碎石封层 以及稀浆封层和微表处。 ( 1 ) 雾封层是利于专用雾封层洒布机在沥青面层上喷洒一层薄薄的、高渗透性乳 化沥青或改性乳化沥青，形成一层严密的防水层，封闭道路表面的孔隙以及微裂缝，防 止水分和空气进入路面结构中而引起路面结构的破坏，加大沥青路面集料间的粘结力， 对3m m 以下的裂缝有自动愈合的作用；此外，雾封层还能稳住道路表面松散的骨料以防 止其进一步的松散，可以保护或修复路面因老化所损失的粘结料，减少路面的老化和风 化作用。由此达到延长路面使用寿命和节约养护资金的目的。但是雾封层一般只用于轻 度到中度细料损失或松散的道路，应用范围比较窄【l 引。 ( 2 ) 单层的石屑封层是最早出现的预防性养护技术，它是一种铺设简单易行、价 格低廉的养护方式。但是它的缺点是要有较长的初期养护时间，高速行驶时噪声过大， 路面上的松散集料还会被高速行驶的车轮带出而撞击、粘附在车身和挡风玻璃上，集料 的损失还会导致抗滑能力的衰减，所以一般很少用在大交通流量和高速行驶的道路上。 ( 3 ) 同步碎石封层技术是石屑封层的在材料和工艺方面上改善后的新发展。它是 将碎石及乳化沥青同步铺洒在路面上，通过自然行车碾压形成单层沥青碎石磨耗层，主 要作为路面表面处理层使用。同步碎石封层实质是靠一定厚度的沥青膜粘结的超薄沥青 碎石表面处置层，能增加路面抗裂性能、治愈路面龟网裂、减少路面反射裂缝、提高路 面防渗水性能，用于道路养护和预防性养护可延长路面使用寿命u 4 d5 。 ( 4 ) 罩面类作为预防性养护技术可以使原沥青路面的平整度大大增加，减少了行 车的振动，减少了行车对路面的激振破坏并增加了行车的舒适性，恢复了表面粗糙度， 使抗滑能力提高，增加了行车的安全性。乳化沥青用于薄层罩面的预防性养护中主要是 冷薄层罩面。它是将乳化沥青或改性乳化沥青和砂石材料在常温下拌和均匀、摊铺、压 实的一种工艺。但是其路用性能较差，只适合于低交通量的道路上，不能用于高等级公 路 1 6 1 。 评价预防性养护方式好坏的一个重要方面就是成本效益，它是决定选用何种养护方 式的关键点。我国某省公路养护统计资料表明：国产改性稀浆封层厚度为1 c m 时，其成 本为1 3 1 元m 2 ：而对路面维修时其上、中、下及补强层的铣刨成本分别为4 6 元m 2 、 6 5 元m 2 、6 6 元m 2 和1 6 1 元m 2 ，合计为3 3 8 元m 2 ；这些数字从另一个侧面说明了 重视预防性养护的经济意义【1 7 】。表1 1 中列出了各种预防性养护措施的一般使用年限和 单位费用。 大连理i ：人学硕士学位论文 表1 1 各种预防性养护措施使| j 年限和单位费_ h j 划1 8 】 t a b1 1s e r v i c el i f ea n dc o s tt a b l eo fk i n d so fp r e v e n t i v em a i n t e n c e 预防性养护虽然具有成本低、施工期短的特点，但从表1 1 中可以看出这些措施的 使用寿命都不长。如何提高预防性养护措施的耐久性，如何评价这些措施的耐久性是本 文研究的重点。本文首先以稀浆封层为例对预防性养护措施的评价指标进行研究。 预防性养护在延缓路面恶化速率及延长其使用寿命方面具有重要意义。有研究结果 表明：有计划作预防性养护路面的费用比不保养使用2 0 年再重建的费用要低6 3 9 6 ， 比每1 0 年加铺一次的费用要低5 5 ，而且路面性能还要好得多。根据1 9 8 7 年美国战 略公路研究计划( s h r p ) 研究，在整个路面寿命周期内进行3 4 次的预防性养护可以 延长使用寿命1 0 - 1 5 年，节约养护费用4 5 5 0 。加拿大安大略交通部门的研究表明， 有效的预防性养护可延长道路的寿命至少4 年。实践充分证明了预防性养护是一种有效 的养护方法，其带来的收益延长道路使用寿命，大大超过实施预防性养护的成本【l 引。 如图1 2 所示。 稀浆封层耐久性评价指标研究 弦 隧 并 。 隰 盼 溉 懿 使用年限 图1 2 路面使用性能和养护费用的关系 f i g1 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e np a v e m e n tu s a b i l i t ya n dm a i n t e n a n c ec o s t 稀浆封层作为预防性养护最经济有效的施工工艺之一。被公路部门迅速推广。它无 论是对低等级道路还是高等级道路，无论是对城市道路还是郊区道路，都可以产生显著 的经济效益和社会效益。稀浆封层可以使磨损、老化、裂缝、光滑、松散等病害，迅速 得到修复，起到防水、防滑、平整、耐磨等作用。在我国主要应用与以下几个方面【2 0 。2 2 】： ( 1 ) 旧沥青路面的维修养护。 旧沥青路面长期在自然环境和车辆重复荷载作用。路面经过一段时期的使用后，会 出现疲劳，路面会呈现开裂、松散、老化和磨损等现象。如果在没有破坏前就对路面采 取必要的预防性养护措施乳化沥青稀浆封层。将会使旧沥青路面焕然一新，维修后 的路面具有更强的防水、抗滑、耐磨的特点，延长了路面使用寿命。 ( 2 ) 新铺沥青路面的封层。 在新铺双层路面第二层嵌缝料撒铺碾压完毕后，其最后一层封层料可用稀浆封层代 替。由于稀浆流动性好，可以很好地渗入嵌缝料的空隙中去，能与嵌缝料牢固地结合。 在新铺筑的粗粒式沥青混凝土路面上，为了增加路面的防水和磨耗性能，加铺稀浆封层 保护层，其厚度仅为热沥青砂厚度的一半，可以节省资金，并且具有施工简便和工效高 的特点。 ( 3 ) 在砂石路面上铺筑磨耗层。 一6 一 大连理工人学硕士学位论文 在平整压实后的砂石路面上铺筑稀浆封层，可使砂石路面外观具有沥青路面的特 征，提高砂石路面的抗磨耗性能，防止扬尘、改善行车条件。 ( 4 ) 水泥混凝土路面和桥面的维修养护。 由于稀浆封层对于水泥混凝土具有良好的附着性，使用它对水泥路面进行维修养护 可以改善路面的外观，提高平整度，延长水泥路面的使用寿命。当路面的抗滑性降低到 某一限度，已经不能满足基本的车辆行驶要求，就要采取一定的措施来使路面全部恢复 或部分恢复抗滑性能。一般在抗滑性恢复方面的养护中，预防性养护方式选择如图1 3 所示。并且梁的行车面层采用乳化沥青稀浆封层处治不仅起到罩面作用，而且很少增加 桥面的自重【2 3 1 。 图1 3 抗滑不足预防性方式的选择 f i 9 1 3 p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e sf o rs k i dr e s i s t a n c ei n a d e q u a c y 虽然稀浆封层在我国公路养护应用中以其技术成熟性和使用经济性被广泛应用，但 是其在我国公路应用中比较容易损坏，有的地方甚至出现了当年铺当年坏的情况。同样 的路面形式和养护方式，在国外应用效果很好，使用寿命长达l o 年甚至2 0 年，而在国 内却通车3 5 年就会出现较严重的早期病害。与国外稀浆封层的应用相比，我国稀浆封 层的使用寿命大大缩短。因此，对于稀浆封层的耐久性的研究逐渐成为人们关注的焦点。 而耐久性确实是沥青使用性能方面一个十分重要的综合性指标，如何提高沥青路面耐久 性，延长沥青路面的使用寿命，在国民经济中占有相当重要的地位，如何提高养护技术 的耐久性也是公路养护部门面临的一个十分迫切的课题。 稀浆封层耐久性评价指标研究 1 2 国内外研究状况 在荷载与自然因素长期作用下，路面结构的使用性能在不断变化，就总体而言是个 衰减过程。为了保证使用寿命，无论设计、施工还是养护都应该概括这个衰减过程。就 高等级公路而言，不仅巨额投资要求确保使用寿命；而且作为经济命脉，也不能容许经 常修复甚至中断交通大修，因此除了要提高路面的耐久性，路面养护方式的耐久性的研 究也是势在必行。目前，国内外对稀浆封层耐久性并没有直接的研究，都是从材料的性 质或级配等方面对耐久性各个研究方面的影响进行的。 1 2 1国外研究状况 国外对稀浆封层耐久性的研究都是通过对集料性质、级配、乳液质量等各方面因素 对稀浆封层路用性能的影响来实现的。国际稀浆封层协会( i s s a ) 1 9 8 4 年的技术报告 集中刊登了有关集料级配对稀浆封层抗滑性能影响的论文，1 9 9 0 年的技术报告则集中刊 登了关目依阿华州立大学土木工程系的l e ed y 和o r d e m i r o 对4 7 种级配的稀浆混合 料的构造深度、摩擦系数以及它们与沥青用量、沥青膜厚度、稀浆封层的铺层厚度、集 料最大粒径等因素的关系的实验室评估结果。同时i s s a 对乳液性质及混合料各项性能 都有详细的研究，例如，i s s a 的c r o b e db e n e d i c t 详细研究了乳液破乳的性质。认为 有时候乳液的破乳性质可能会发生改变，快裂快凝的乳液放置一段时间后会变成快裂慢 凝型乳液，之后随着时间又会变成慢裂慢凝性，这就会影响到混合料的拌和特性。乳液 性质的改变主要是由于p h 值的增大引起的【5 】。m i k a e le n g m a n 认为沥青微粒大小会影 响n - * l 液的物理性质，如粘度。微粒粒径越小，粒径分布越单一，n * l 液粘度越大，微 粒不易发生沉降。粒径分布决定了沥青与水的界面膜；粒径越小，成型速度越快。通过 限制粒径大小和分布可以提高混合料的路用性能【2 4 1 。 p e t e re g i b e la n ds t e p h e nf a i s o n 对不同级配和同级配不同沥青含量的混合料的体 积指标进行了比较，分析了不同的集料种类对混合料空隙率的影响，以及细集料和粗集 料含量对体积指标的影响。试验研究表明：给定一种集料则混合料的空隙率也存在相对 应的一个值，即使级配发生变化，空隙率也不会随之有较大的改变。同时，集料的吸水 率和集料形状也会影响混合料的空隙率。而级配只会影响到混合料的拌和特性【2 5 1 。 c r o b e db e n e d i c t 揭示了混合料乳液含量对混合料密度的影响规律：级配和液体总 量对未压实的混合料的空隙率有影响。对于细集料含量高的级配，密度曲线随液体总量 呈v 型；对于细集料含量少的级配，更接近线型。此外，液体总量对湿轮磨耗值也有影 大连理工大学硕士学位论文 响。液体含量减少时，湿轮磨耗值显著增大。密度增大时，磨耗值减少。可能时由于较 多的乳液使得表面形成坚固的硬壳，从而磨耗值小。乳液含量小时( 1 0 ) ，混合料的 密度随着液体总量的增加而线性增加；乳液含量高时( 1 6 ) ，混合料的密度随着液体 总量的增加而非线性减小。乳化剂用量和p h 值对密度计划没有影响。较低的p h 值会 增加湿轮磨耗值。空隙率越小，粘附砂越多。存在一个最佳的乳液用量，若乳液较多， 则多余的乳液就会残留于混合料的空隙，当空隙填满时，乳液就会停留在表面，就会粘 附砂。 h a w a i i 等人研究了在不同设计方法确定最佳油石比的差异，研究表明用比表面积法 确定的油石比最大，用i s s a 试验法确定的油石比最小，改进马歇尔法居中。对马歇尔 设计法和i s s a 设计的对比，研究表明改进马歇尔法适合热拌沥青混合料或一些特殊的 稀浆混合料，不适合对稀浆封层的油石比的设计。试验再现性和复现性差，不稳定，与 实际条件不符合【2 6 1 。 西班牙的f e m a n d e zd e l c a m p o 和法国的v i v i e r 研究认为采用间断级配的混合料可以 获得很好的排水功能和抗滑能力。加入有机纤维( 集料的0 1 0 2 ) 提高混合料的性能。 a n d r e wb i c k f o r d 研究了水泥类型对混合料的影响。认为水泥类型会影响到混合料的拌和 时间及性能。 1 2 2 国内研究状况 我国最早应用稀浆封层是在2 0 世纪8 0 年代初，目前已经广泛的应用于普通公路养 护和预防性养护以及新建公路下封层工程，成为一项重要的公路养护技术。自“七五 推广乳化沥青应用和“八五 推广稀浆封层技术以来，现在全国大部分省、市、自治区 的公路部门都已在应用稀浆封层技术方面取得明显的经济效益和社会效益。 目前，我国还没有完整的稀浆封层和微表处技术规范，建设部颁布的路面稀浆封 层施工规程( c j 6 6 - 9 5 ) 内容不够全面，交通部公路沥青路面施工技术规范( j t g f 4 0 - 2 0 0 4 ) 第6 5 条仅对稀浆封层和微表处的矿料级配、混合料技术要求、配合比设计 作了规定，对施工技术、施工质量检测等内容没有提到。因此，对稀浆封层和微表处的 研究都只是探索性的进行。 福建南平公路局选择以废旧轮胎磨细橡胶粉作为改性剂，用于稀浆封层，通过调整 配合比，使稀浆的和易性和粘结性得到改善，同时在抗滑和耐磨方面优于普通稀浆封层。 我国还研究开发了复式微表处，它是细级配底层和粗粒径断级配表层的叠合，具有 良好的密实防水性和抗滑性，还具有应力吸收作用。 稀浆封层耐久性评价指标研究 2 0 0 2 年，长安大学对乳化沥青水稳定性进行研究，参考j t j 一2 0 0 0 中沥青混合料马 歇尔稳定度试验方法，并对其进行修正，提出t - * l 化沥青混合料马歇尔稳定度试验方法， 由于乳化沥青的流动性，试件成型时采用先拌合摊铺，然后将混合料加热加速乳化沥青 破乳，之后再进行马歇尔试件成型。从乳化沥青的粘附机理和剥落机理方面对乳化沥青 水稳定性进行理论分析。并认为乳化沥青水稳定性比一般热拌沥青混合料的水稳定性要 好【2 7 】。 虎增福研究认为微表处及稀浆封层在研究推广中应侧重水稳定性、抗车辙和抗滑 性。 1 3 本文研究的内容 本文借鉴国内外相关研究成果的基础上，从一般沥青路面研究耐久性的方法出发， 通过对沥青路面的水稳定性、抗疲劳性和抗滑性等方面的分析，找出稀浆封层耐久性研 究的目标，进行详细的分析研究，然后对部分性能进行实验室验证。具体如下： ( 1 ) 本文对稀浆封层耐久性的研究方向分为水稳定性和抗滑性两个方面进行。 ( 2 ) 从稀浆封层的原材料性质、级配设计和施工性能三个方面分析稀浆封层耐久 性的影响因素。 ( 3 ) 分别分析稀浆封层水稳定性、抗滑性等的影响因素、试验方法，提出适合评 价稀浆封层水稳定性、抗滑性的指标。 ( 4 ) 通过改变浸水时间和气候条件等进行的湿轮磨耗试验，进行稀浆封层水稳定 性和抗滑性的实验室评价。 大连理：r = 人学硕十学位论文 2 稀浆封层及其耐久性 2 1路面耐久性及路面使用性能 研究稀浆封层的耐久性，首先对沥青路面的耐久性要有全面的认识，同样研究沥青 路面耐久性，首先要了解的就是路面从设计到施工各个环节对于保证路面耐久性的要 求，以及路面耐久性与路面使用性能究竟有着怎样的关系。本节内容将有比较详细的介 绍。 2 1 1 路面设计的基本要求 对路面设计最基本的要求是耐久、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。 路面表面的平整度是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的重要使用性能。特 别是高速公路对路面平整度的要求更高。不平整的路面表面会增大行车阻力，并使车辆 产生附加的振动响应。这种振动响应会造成行车颠簸，影响行车的速度和安全、驾驶的 平稳和乘客的舒适。同时，振动响应还会对路面施加冲击力，从而加剧路面和汽车机件 的损坏和轮胎的磨损，并增大油料的消耗，不平整的路面还会积滞雨水，加速路面的破 坏，使路面不能耐久而缩短路面使用寿命。因此平整性要求不仅是为了保证路面的行驶 舒适性，也是为了减少因动荷载冲击造成路面损坏的可能性，达到延长路面寿命的目的。 这也是保持路面耐久性的一个方面。 抗滑是对路面表面特征的要求，它和平整性的要求是一对相矛盾的特性。路面表面 要求平整，还有保证车轮与路面之间保持足够的附着力和摩擦力。如果抗滑性能不好， 雨天高速行车、紧急制动、突然起动，或爬坡、转弯时，车轮也易产生空转或打滑，致 使行车速度降低，油料消耗增多，甚至引起严重的交通事故。抗滑能力严重降低也会缩 短路面使用寿命。所以抗滑是对路面表面使用功能方面上的耐久性条件的满足。 由于路面工程无论是从规划、设计、施工到建成都是需要较长时间，较大投资的工 程，所以首先应满足的要求就是耐久性。路面在车辆荷载与大气水温周期性的重复作用 下，路面使用功能是逐年下降的，强度和刚度也将逐年衰变，路面材料的各项性能也可 能由于老化衰变而引起路面结构的损坏。因此提高路面结构的耐久性，保持其强度、刚 度、几何形态经久不衰，路面设计首先要保证耐久的要求，同时也要后期的施工、养护、 维修、恢复路用性能等各个方面满足路面耐久性的要求。所以说，耐久、平整、抗滑是 路面设计的基本要求，而耐久是路面设计最基本的要求。 稀浆封层耐久性评价指标研究 2 1 2 路面使用性能 路面使用性能是指路面为保障车辆正常行驶所应具有的品质和能力。使道路路面在 一个较长时间内具有较高的使用性能，是道路设计、施工及养护工作的最终目的所在。 因此，近些年来，对于路面长期使用性能的研究成为了国际道路工程界普遍重视的一项 基础性研究。众多的道路工作者进行了大量的调查统计、理论分析和室内外试验与测试， 希望深入研究行车荷载、自然环境、路面结构、路用材料、施工工艺及养护维修等影响 路面使用性能的基本要素，对路面的长期使用性能有一个全面深入的认识，形成科学、 完整的工程理论，从而对路面的设计、施工、养护管理等方面的实践提供有力的指导和 帮助，为提高路面耐久性提供技术支持。 路面的长期使用性能指标要反映路面在较长的使用期以至整个寿命期内的使用性 能变化情况，因此这种指标应起到以下两个方面的作用【2 8 】： 反映路面性能在长期使用过程中的变化； 反映导致路面性能变化的外界和路面自身因素的影响作用。 路面使用性能，在中国公路养护技术规范中，采用了破损、强度、平整度和抗滑 四项指标。从国内外研究情况来看，能够在路面力学行为和路面使用性能间建立关系的 指标是疲劳和车辙。前者反映了路面结构在车辆荷载的重复作用下所产生的结构损坏， 既反映了路面的损坏状况，又与路面结构层受力状态密切相关；后者则是反映了沥青路 面在环境和荷载共同作用下所产生的永久变形。疲劳开裂和车辙都是可以直接反映路面 使用性能的指标，特别在路面的长期使用过程中，这两个指标既可以很好地反映路面的 使用性能情况，同时也可以反映导致路面性能变化的外界因素( 荷载和环境) 和路面自身 因素( 结构和材料) 的影响作用 2 1 3 路面的耐久性 所谓耐久性，是指结构在化学的、生物的或其他不利因素的作用下，在预定时期内 其材料性能的恶化导致结构出现不可接受的失效概率。从工程概念上说，足够的耐久性 能就是指路面结构在设计使用年限内，不需要花费大量维修费用保持其行车安全、使用 性能和外观要求的能力。 耐久性涉及两个方面：一是引起破坏的作用力或破坏力；二是材料对破坏的抵抗力。 两种力对抗的结果决定了材料是否耐久。如果抵抗力总是大于破坏力，则材料的耐久性 始终可得到保证。破坏因素有内部因素与外部因素之分。外部因素常常通过内部因素或 进入混凝土内部而起作用；外部因素之间也常常和几个因素先后或同时造成破坏作用。 大连理工人学硕士学位论文 a c l 2 0 1 委员会定义混凝土的耐久性是指对风化作用、化学腐蚀、磨耗或任何其它 破坏过程的抵抗能力；水泥混凝土路面的耐久性是指路面结构在设计使用年限内，不需要 花费大量维修费用保持其行车安全、使用性能和外观要求的能力。混凝土的耐久性通常 不是在单一耐久性因素作用下受到破坏的，而是受到一种以上的侵蚀作用导致破坏加速 的结果。耐久性应该从混凝土材料本身以及所处的环境两方面来考虑。所以水泥混凝土 路面耐久性的分析主要是从水泥混凝土路面材料和路面结构组合设计方法两个方面进 行研究。 沥青路面耐久性的研究一般也是从路面材料和路面结构设计方法两个方面进行研 究。沥青路面除了直接受车辆荷载和大气因素的作用，同时沥青混合料的物理、力学性 质受气候因素与时间因素的影响，为了保证路面为车辆提供稳定、耐久的服务，沥青路 面必须具有足够的稳定性和耐久性，一般高温稳定性和低温抗裂性称为沥青路面的温度 稳定性，水稳定性、抗疲劳性能及抗老化性能称为沥青路面的耐久性。 2 1 4 路面使用性能和耐久性之间的关系 路面的使用性能可分为四个主要方面，分别从不同的角度反映路面状况对行车要求 的适应情况： ( 1 ) 路面表面的行驶质量； ( 2 ) 路面结构的损坏状况； ( 3 ) 路面结构的承载能力： ( 4 ) 路面表面的抗滑性。 耐久性是指路面具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。从路面使用性能的角度分析，耐久性主要是指温度稳定性、水稳定性、耐疲 劳性能及抗滑性能。 从结构系统和功能系统的概念出发，可将路面性能分为功能性能和结构性能。功能 性能指路面完成其功能目标需具备的必要属性及其外部表现，通常指路面的舒适性、安 全性等保证车辆行驶质量的特性；结构性能是路面的强度、稳定性和耐久性。对于路面 结构性能一般从路面承载能力和破损状况两方面进行评价。路面结构承载能力是路面结 构抵抗外部荷载及环境因素作用，保持自身状况完好的能力。通常可描述为路面在达到 预定的损坏状况之前，还能承受的行车荷载作用次数，或者还能使用的年数。在道路运 营期间，路面损坏状况的发展与承载力的下降一般是同步的。 耐久性不仅是路面使用性能的结构性能的一个方面，也是其功能性能的表现形式之 一。路面只要有良好的路面使用性能，就能延长路面使用寿命，提高路面的耐久性。要 稀浆封层耐久性评价指标研究 满足路面使用性能的功能性要求，路面就必须具有足够的耐久性。耐久性和路面使用性 能是不可分割的一个整体。评价路面的耐久性的也要从路面使用性能和功能性能两个方 面出发。 路面使用性能的评价是从行驶质量、路面损坏状况、路面结构承载力和路面抗滑性 能四个方面进行的。 从路面状况的角度看，影响路面行驶质量的主要因素是路面平整度。路面平整度可 定义为路面表面诱使行驶车辆出现振动的高程变化。路面不平整所引起的车辆振动，会 对行车速度、路面损坏和交通安全等多方面产生直接影响。因而，采用平整度作为度量 路面行驶质量的一项性能指标。同时，保证路面平整度，也是为了减少因动荷载冲击造 成路面损坏的可能性，达到延长路面寿命的目的。 路面结构的损坏状况，反映了路面结构在行车和自然因素作用下保持完整性或完好 的程度。路面结构损坏的发生和发展同路面养护和改建工作密切相关。只有很好的了解 路面结构的损坏状况，才能根据损坏情况决定采用何种方式对路面进行修整，及时正确 的养护措施就是延长了路面使用寿命。 只有路面具有足够的承载能力，并解决混凝土本身可能产生的一些早期水破坏和疲 劳开裂，才能保证路面具有更好的耐久性，延长路面使用寿命。 有研究表吲9 】：疲劳开裂和车辙是可以直接反映路面使用性能的最好指标，这两个指 标既可以很好地反映路面的使用性能情况，同时也可以反映导致路面性能变化的外界因 素( 荷载和环境) 和路面自身因素( 结构和材料) 的影响作用。这两个指标也是评价路面耐 久性的非常重要的评价指标。 沥青路面特别是高速公路的沥青路面，一般要求其抗滑性能要好，不溅水，水雾小， 噪声轻。为了达到这个目的，就必须提高路表面的粗糙度，采用构造深度大的开级配或 半开级配沥青混合料。但是这样的混合料空隙率较大，耐久性较差。这是因为一方面空 隙率大的混合料沥青与空气的接触面大，加快了沥青的老化速度；另一方面路表面的水 分容易滞留在混合料孔隙内部，逐步造成沥青膜与集料的粘结力丧失，集料剥落、掉粒， 最后导致松散、坑槽、造成水损害；同时空隙率大的混合料，沥青结合料与矿