（道路与铁道工程专业论文）中、下面层沥青混合料抗车辙性能的研究.pdf

摘要 随着公路交通量的增加、汽车轴载的加火及渠化交通的形成，我国公路沥青路面的车 辙问题也越来越突出。 在以住的车辙研究中往往侧重于上面层沥青混合料的抗车辙性能，但是力学分析结果 表明面层以下5 - t o c m 的区域( 中面层) 受剪应力作用最大：研究和车辙病害调查也表明 中面层的车辙变形占路面总车辙变形的比率最大，因此它的抗车辙性能对整个路面的抗车 辙性能有着至关重要的作用，有必要针对中面层沥青混合料的抗车辙性能作深入的研究。 本文对江苏省公路建设常用的a c - - 2 0 1 、a c - - 2 0 i 改进型、s u p 2 0 三种中面层以及 a c - - 2 5 1 改进型、 s u p 2 5 两种下面层沥青混合料进行改进车辙试验、汉堡车辙试验，研 究级配类型、空隙率、沥青用量、沥青种类对混台料抗车辙性能、杭水损害能力的影响 井分析了我国现有沥青混台料高温稳定性指标的缺陷，提出了减少沥青路面车辙的方法。 研究表明，s b s 改性沥青混合料的抗车辙性能鼹优，a h 一3 0 淀台料性能比a h 7 0 略好： 对于改性沥青混合料，采用略高最佳沥青用量并不危及混合料的高温稳定性，并且有助于 抗浸水车辙能力的提高；s u p 2 0 与a c - 2 , 0 i 改进型豹抗车辙性能均优于a c - - 2 0 i ；沥青性质 对混台料漫水条件下的抗车辙性能有着决定性作用，空隙率过大将导致混台料浸水抗车辙 性能的急刷降低；我国现有抗车辙性能指标有其不足，建议引入1 0 0 0 0 次荷载作用后的相 对变形率加以补充，并明确对中面层沥青混合料抗车辙性能韵要求。 关键词：中面层，故进车辙试验，汉堡车辙试验，动稳定度相对变形率，空隙率 a b s t r a c t w i t ht h eg r o w i n go ft r a n s p o r t a t i o n ，i n c r e a s i n go fh e a v ya n dc h a n n e lt r a f f i c s ，t h ea s p h a l t p a v e m e n tr u t t i n gh a sb e c o m ear e m a r k a b l ep r o b l e m a n c i e n t l yt h er u t t i n gr e s e a r c hf o c u s e do nt h em i x t u r eo ft h eu p p e rc o u r s ea s p h a l t ，b u t a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so f m e c h a n i c a la n a l y s i s ，t h em a x s h e a rp r e s s u r ei sf o u n du n d e r5 - 1 0 c m o fp a v e m e n ts u r f a c e ( t h em i d d l ec o u r s e ) t h er e s e a r c ha n di n v e s t i g a t i o no na s p h a l tr u t t i n g p r o b l e ma l s os h o w e dt h a tt h em o s tp a r to fd e f o r m a t i o n i na s p h a l tp a v e m e n to c c u r r e di nt h e m i d d l ec o u r s et h em i d d l ec o u r s ep l a y sv e r yi m p o r t a n tp o l eo f t h ep e r f o r m a n c eo fa n t i r u t t i n g o f t h ew h o l ep a v e m e n t ，i ti sn e c e s s a r yt os t u d yt h ep e r f o r m a n c eo f m i x t u r eo f t h em i d d l ec o u r s e t h r o u g has e to fm o d i f i e dr u t t i n gt e s ta n dh a m b u r gr u t t i n gt e s to nt h et h r e et y p eo f m i x t u r e su s e di nt h em i d d l ec o u r s ea n dt w ot y p eo fm i x t u r e su s e di nl o w e rc o u r s e ，w h i c h i n d i v i d u a l l y i s a c 一2 0 i 、m o d i f i e d a c 一2 0 i 、s u p 2 0 、a c 一2 5 1 、s u p 2 5 ，n o to n l y t h ee f f e c to f t h e t y p e o fg r a d e ，a i rv o i dp e r c e n t b i t u m e nc o n t e n ta n dp r o p e r t i e so fb i t u m e no nt h er o t t i n gr e s i s t a n c e s o ft h em i x t u r ei na j ra n dw a t e rb a t ha r es t u d i e d b u ta l s ot h es h o r t a g eo fi n d e xo fa n t i r u t t i n g a p p l i e di nc h i n aa r ea n a l y z e d s o m es u g g e s t i o n sa r ep r e s e n t e dt or e d u c et h er u t t i n go fa s p h a l t p a v e m e n t a st h ep e r f o r m a n c eo fa n t i - r u t t i n gi sc o n c e r n e d ，s b sm o d i f i e db i t u m e nm i x t u r ei sm u c h m o r ee x c e l l e n tt h a na h 一3 0a n da h - 7 0b i t u m e nm i x t u r ea n dt h ea h 3 0m i x t u r ei sb e t t e rt h a n a h 一7 0m i x t u r e i f t h em o d i f i e sb i t u m e ni sa p p l i e d ，al i t t l em o r eb i n d e rc o n t e n t ( 4 14 0 v m a ( ) 1 3 91 2 0 v f ( )7 0 5 6 5 7 5 dpi 1 90 6 1 2 g m m ( 最韧) 8 778 9 g m ( 设计) 9 6 19 6 5 2 2 6 马歇尔试验结果汇总表 依据s u p e r p a v e 设计方法得到的级配和设计沥青用量采用马歇尔试验方法成型试件并 进行马歇尔试验，结果如下表5 - 1 1 所示。 衰5 - 1 1s u p 2 0 马戢尔试验技术指标表 试验项试验结果我国规范要求 击实次数( 次) 7 57 5 稳定度( k n ) 95 7 5 流值( 0 1 m m ) 2 752 0 5 0 空隙率( )3 7 3 5 5 5 v m ( )1 3 91 4 v f a ( )7 3 46 5 8 0 根据s u p e r p a v e 混合料设计方法确定的级配和最佳沥青用量能满足我国沥青混合料技 术标准，可用于后续的试验研究。 5 2 3s u p 2 5 的配合比设计 5 2 3 1 试验级配的初选 首先选出粗、中、细三种级配，如表5 - 1 2 所示。估算出三个级配的初始沥青用量如 表5 一1 3 所示。 衰5 - 1 2s u p 2 5 初次选用级配的通过百分宰 级配类型通过下列筛孔( 方孔) 的质量百分率( * ) 3 1 52 6 51 91 61 3 29 54 7 5 2 3 61 1 8o 60 30 1 5o 0 7 5 级配1 1 0 09 88 87 75 75 73 92 61 71 1865 级配2l o o 9 8 8 3 7 2 56 4 55 33 72 41 81 2875 5 级配3 1 0 09 88 16 66 04 63 42 31 71 17 45746 2 0 第5 章原材料选择及配合比设计 表5 一1 3 三种级配的体积特性及初始沥青用量汇总表 试验缎配毛体秘相对密度表观相对密度混和物的有效密度沥青含量( ) ( g , b )( g 。)( g s e ) l2 7 0 22 7 1 9 2 7 1 13 9 22 7 0 42 7 2 42 7 1 43 9 32 7 0 42 7 2 42 7 1 43 9 5 2 3 2 试验级配的评价 三种级配在初始沥青用量下进行旋转压实试验，其结果如下表5 1 4 所示。 表5 一1 4 三种试验缀配旋转压实试验结果汇总表 压实次数级配1级配2级配3 试件1 试件2试件l试件2试件l试件2 f 。( 9 次) 高度( m ) 1 4 9 51 5 0 8 1 5 l 1 5 0 5 1 5 1 81 5 2 4 | v m ( 1 2 5 次) 高度( ) 1 3 6 31 3 6 91 3 6 91 3 651 3 731 3 7 6 毛体积相对密度2 4 3 3 2 4 3 42 4 5 82 4 6 52 4 5 32 4 4 9 最初压实度( ) 8 78 78 7 28 7 58 6 8 8 6 6 设计次数压实度( ) 9 5 3 9 5 3 9 6 29 6 59 6 9 5 9 理论最大相对密度 2 5 5 22 5 5 52 5 5 5 根据i 二表计算出三种级配在设计旋转压实次数下达到4 空隙率所需要的沥青用量及相 应的体积特性，结果如下表5 - 1 5 所示。 衰5 - 1 5 三种级配达到“空i 囊率时估算的沥青用量及体积特性 级配抽空隙率沥青 v m a ( ) v f a ( ) 粉胶比( d p )初始次数压实 用量( )( 设计次数)( 设计次数)度( ) 1 4 11 3 47 0 11 2 48 7 23 71 2 56 81 5 58 7 4 33 91 2 86 8 81 2 48 6 7 s u p e r p a v e 标准 1 26 5 7 50 6 1 2 8 9 注； 表示当级配通过禁区下方时，粉胶比可增加到0 8 1 6 依据表中的评价指标，选择级配1 作为设计级配。 5 2 3 3 选择设计级配的沥青用量 东南人学硕上学位论文 为了确定在设计旋转压实次数下空隙率达到4 的没计沥青用量，采用4 、3 5 、4 5 、 5 四种沥青用量在进行确定旋转压实试验t 压实次数设定在设计压实次数j v h ，试验结果 如f 表5 一1 6 所示。 表5 一1 6 设计级配四种沥青用量旋转压实试验结果汇总衰 沥青用萤( )3 5 4 4 5 5 理论昂大相对密度 2 5 6 72 5 4 52 5 2 72 5 0 7 试件编号1 2l2 l2 1 2 高度( )9 次1 5 1 8 1 5 1 21 5 1 21 5 1 6 1 5 0 9 1 4 96 1 4 6 61 5 0 9 1 2 5 次1 3 8 1 3 7 41 3 6 81 3 7 31 3 7 31 3 6 51 3 2 91 3 6 t 毛体积相对密度 2 4 0 9 2 4 1 9 2 4 4 i2 4 52 4 5 62 4 6 12 4 3 72 4 5 7 初始压实度( ) 8 5 38 5 68 688 7 28 8 18 8 98 8 18 8 6 设计压实度( )9 3 8 9 4 29 59 9 6 39 7 29 7 49 7 29 8 根据表中的数据确定设计沥青用量为4 0 。 5 2 3 4 验证 依据所得到的级配和设计沥青用量4 o ，进行旋转压实试验，压实次数设定在最大压 实次数n 。( 2 0 3 次) 时，试验后混合料的体积特性如下表5 - 1 7 所示。 裹5 1 7 设计沥青用量验证试验结果衰 沥青用量( )在压实次数 粉胶比 初始压实度悬大压实度 压实度( ) v m a ( ) v f a _ ( )d p( )( ) ( 设计次数) 4 o 9 5 7 1 3 56 8l 1 2 98 7 59 7 1 s u p e r p a v e 标准 1 26 5 7 5o 6 1 2 牛8 99 8 5 2 3 5 设计结果 通过以上的试验确定级配i 为设计级配，设计沥青用量为4 碱，其体积性质如f 表5 1 8 所示。 ，2 2 第5 章原材料选择及配台比设计 表5 - 1 8 混合料体积性质表 混台料特性设计结果s u p e r p a v e 标准 y a ( )394 0 v 砒( ) 1 3l1 2 0 v f a ( )7 0 26 5 7 5 d p1 - 2 90 6 l - 2 十 g m ( 最初) 8 78 9 9 6 g m ( 设计)9 6 19 6 5 2 3 6 马歇尔试验结果汇总表 依据s u p e r p a v e 设计方法得到的设计级配及设计沥青用量4 o ，采用马歇尔试验方法成 型试件，并进行马歇尔试验，结果如下表5 一1 9 所示。 表5 1 9s u p 2 5 马歇尔试验技术指标表 试验项 试验结果我国规范要求 击实次数( 次) 7 57 5 稳定度( k n ) 1 05 7 5 流值( 0 1 m 2 8 72 0 4 0 宅隙率( ) 3 93 5 5 5 v m ( )1 3 11 3 v f ( )7 0 2 6 5 “8 0 根据s u p e r p a v e 混合料设计方法确定的级配和最佳沥青用量能满足我国沥青混合料技术 标准，可用于后续的试验研究。 5 3a c - 2 0i 及a c - 2 0i 改进型配合比设计 按照公路沥青路面设计规范和“江苏省高速公路建设指挥部沥青路面施工技术指导 意见汇编”，通过马歇尔试验确定最佳沥青用量。相关试验结果见表5 2 0 至5 - 2 3 。由试验 结果确定的最佳沥青用量汇总于表5 2 3 。 2 3 东南大学硕士学位论文 表5 2 0a c 一2 0i 改进型( s b s 改性沥青) 马歇尔试验结果 级配油石比毛体积相理论最大空隙率 v 姒( )v f a ( )稳定度 流值 类型 ( ) 对密度相对密度 ( ) ( k n )( 0 i m p ) a c 一2 03 52 4 1 02 5 7 76 51 4 45 4 99 3 02 7 6 i 投进4 02 4 3 82 5 5 94 7 1 386 5 8 1 1 2 03 5 6 型 4 52 4 5 72 5 4 l3 31 3 57 57“7 04 2 1 ( s b s ) 5 02 4 7 32 5 2 32 01 3 ，58 51 1 1 04 1 7 5 5 2 4 6 32 5 0 6 1 71 4 28 8 1 0 5 0 4 8 2 规范要求| 3 6 7 0 8 5 7 5 2 0 5 0 衰5 - 2 l c 一2 0i 改进垂( i 一7 0 重交沥青) 马默尔试验结果 级配油石比毛体积相理论最大守隙率 v m a ( )v f ( )稳定度 流值 类型 ( ) 对密度相对密度 ( )( k n )( 0 f a u n ) c 一2 03 52 4 1 02 5 7 86 ，5 1 4 45 4789 03 3 3 i 改进4 02 4 3 82 5 64 81 3 86 5 51 0 9 03 75 型4 52 4 5 72 5 4 23 31 3 57 6 51 1 8 04 5 6 ( a h 一7 5 o2 4 7 42 5 2 42 0 1 3 4 8 4 9i l 0 04 9 9 0 ) 5 ，5 2 4 6 42 5 0 7 1 71 4 28 7 71 0 3 05 9 2 规范要求 3 6f7 0 8 5 7 52 0 4 0 衰5 - 2 2a c - - 2 0 1 ( s b s 改性沥青) 马默尔试验结果 级配油石比毛体积相理论最大空隙率 v 撇( )v f a ( )稳定度 流值 类型( )对密度相对密度 ( )( k n )( 0l m m ) a c 一2 0 13 52 4 1 l2 5 7 76 51 4 65 5 71 0 63 5 1 ( s b s )402 4 3 3z 5 5 84 91 4 36 5 61 3 43 9 8 4 52 4 5 72 5 4 0 3 31 3 97 6 31 3 3 64 7 6 5 02 4 6 92 5 2 3 2 11 3 98 4 71 2 45 3 7 5 52 4 5 52 5 0 52 01 4 88 6 59 7 86 4 7 规范要求 i3 677 0 8 5 7 5 2 0 5 0 2 4 第5 章原材料选择及配合比设计 表5 - 2 3a c 一2 0i ( a h 一7 0 重交沥青) 马歇尔试验结果 级配油石比毛体积相理论最大相空隙率 v m a ( ) v f a ( )稳定度 流值 类型( )对密度对密度 ( )( k n )( o 1 m ) a c 一2 0 i3 52 4 0 72 ，5 7 8 6 61 4 85 5 29 53 9 4 ( i 一74 02 4 3 72 5 6 04 81 4 26 8 81 264 3 2 0 ) 4524 5 72 5 4 2 3 4 1 3 9 7 6 01 2 4 4 88 5o 2 4 7 1 2 5 2 42 11 3 98 491 1 25 56 5 52 4 6 12 ，5 0 71 81 4 78 7 588 86 01 规范要求i 3 6 7 0 8 5 7 52 0 4 0 衰5 2 4a c - - 2 0 i 及a c - - 2 0 i 改进型量佳沥青用量 级配类型 a c 2 0 i ( 改进型)a c 一2 0 i 沥青种类s b s a h 一7 0s b sa h 一7 0 油石比( ) 4 54 54 44 4 5 4a c - 2 5 i 改进型配合比设计 按照公路沥青路面设计规范和“江苏省高速公路建设指挥部沥青路面施工技术指导 意见汇编”，确定a c 一2 5 i 改进型级配，试验级配和配合比试验结果如下表5 2 5 、5 2 6 所示。 袭5 - 2 5 c - 2 5i 改进型的选用级配 i 级配类型通过下列筛孔( 方孔筛，胁) 的质量百分率鹏) 3 1 52 6 51 91 61 3 29 54 7 52 3 61 1 80 60 3o 1 50 0 7 5 a c - 2 5 i 改进型 1 0 09 58 27 5 6 6 5 4 3 82 92 01 4 1 0 75 衰5 2 6 c 一2 5i 改进塑( l i 一7 0 重交沥青) 马骸尔试验结果 级配油石比毛体积相 理论最大相空隙率y f a ( )稳定度流值 类型( )对密度对密度 ( )( k n )( 0 1 ) a c - 2 5 i3 0 2 4 2 52 5 8 96 45 0 61 0 73 1 0 改进型3 5 2 4 4 02 5 7 l5 16 0 i1 1 73 3 2 ( a h 一7 4 02 4 5 32 5 5 33 96 9 3t 2 0 3 6 7 o ) 452 4 7 12 5 3 52 57 9 81 0 33 49 5 02 4 6 52 5 1 82 1 8 41 0 63 6 2 由试验结果，确定o a c * 为4 2 。 2 5 东南大学硕士学何论史= 5 5 本章小结 在本章中，根据s u p e r p a v e 和马歇尔设计方法进行s u p 2 0 、a c 一2 0 i 改进型、a c 一2 0 i 、 s u p 2 5 五种试验用级配的配合比设计，确定最佳油石比，结果汀：总在表5 2 7 中。 表5 2 7 不同级配最佳沥青用量总汇 级配通过f 列方筛孔( m的质量百分率( )油右比 类型3 1 52 6 1 91 61 3 9 54 72 3 61 1 8060 3o 10 0( ) 52557 5 a c 一1 0 0 9 5 8 27 5 6 65 43 8 2 9 2 01 41 075a h 一4 2 2 5 i 改7 0 进型 s u p 2 5 1 0 09 8 8 8 7 75 75 73 9 2 6 1 7l l8 6 5a h -4 2 7 0 s u d2 01 0 09 58 7 8 26 54 4 2 9 1 81 31 075s b s4 5 a h 一4 5 7 0 a c - 2 01 0 09 58 67 56 4 4 5 3 l2 11 4 51 0 57 55s b s 4 5 i 改进 a i 卜4 5 型7 0 a c 一2 01 0 09 7 8 2 7 16 24 83 72 72 l1 51 06s b s 4 4 i55a h -4 4 7 0 所有配合比与江苏省内已建或在建高速公路采用的配合比相近，并满足江苏省高速公路 沥青路面施工技术相关要求，将厝于后续试验研究。 2 6 第6 章 中面层沥青混合料机车辙性能研究 第6 章中面层沥青混合料抗车辙性能研究 无论是路面结构的荷载分析还是路面车辙病害的调查结果都表明中而层对于整个路面 结构的总体抗车辙性能有着非常重要的作用，因此本论文针对中面层沥青混合料的抗车辙性 能进行全面、深入的研究。 6 1 中面层沥青混合料抗车辙性能的比较 对s u p 2 0 、a c 一2 0 i 改进型、a c 一2 0 i 采用s b s 改性沥青在不同的油石比条件f 进行了 6 0 ( 2 时的车辙试验并测量其物理指标、动稳定度、1 0 0 0 0 次荷载作用下的车辙深度，结果分 别见褒6 - 1 6 6 ，图6 - 1 - 6 3 。 表6 - 1s u p 2 0 混合料车辙试验结果汇总表 混合料类型 油石比( )空隙率( )v m a 1 0 0 0 0 次车辙深度( m )动稳定度( 次) s u p 2 0 3 57 91 5 31 9 69 6 9 2 s u p 2 0 47 81 6 11 8 4 67 1 5 9 s u p 2 0 *4 5 5 41 5 12 8 7 94 2 2 8 s u p 2 0 54 31 5 12 1 3 57 9 7 5 s u p 2 0553 o1 484 7 l 2 1 1 4 注 号的为晟佳油石比 表6 - 2s u p 2 0 鲁时问点的车辙潦度占1 0 0 0 0 次车辙深度的百分比( ) 4 4 i t 。：= ! ( s ) 6 01 8 06 0 02 7 0 03 6 0 07 2 0 01 0 8 0 01 4 4 0 0 3 52 3 3 75 37 37 68 79 61 0 0 4 01 82 8 4 2 6 4 7 08 49 31 0 0 4 51 22 5 4 06 26 88 29 21 0 0 5 01 82 9 4 26 46 88 28 91 0 0 5 51 3 2 43 86 96 68 09 21 0 0 彖甫大学硕士学位论文 5 4 5 d 3 5 s u p 2 0 不同油石比时车辙发展曲线 o3 0 0 0 6 0 喵间( s ，o o o 1 2 0 0 01 5 0 圈6 - is u p 2 0 在不同油石比车辙发展比较 袭6 3a c - 2 0 i 改进翌车辕试验结果汇总 混合料类型油石比( )空隙率( )v m a ( )i 0 0 0 0 次车辙深度( m )动稳定度( 次m ) 3 5741 4 92 4 2 86 8 4 8 4 0 6 0 1 4 9 2 3 0 6 5 3 3 8 a c 一2 0 改进型4 5471 4 8i 8 8 35 0 0 0 5 04 01 522 6 6 9 5 4 7 8 5 5 2 61 3 18 8 2 l1 3 4 3 衰6 - 4i c - - 2 0 i 改进型各时间点的车辙深度占1 0 0 0 0 次车辙深度的百分比( ) 汰 6 0 1 8 06 0 02 7 0 03 6 0 07 2 0 01 0 8 0 01 4 4 0 0 3 5 2 23 75 47 47 88 89 41 0 0 4 o1 93 04 66 97 48 79 5 l o o 451 62 84 57 l7 8 8 8 9 4 1 0 0 501 93 l 4 66 87 28 49 21 0 0 5 5 71 32 34 24 76 58 31 0 0 2 8 第6 章中面层沥青混台料抗车辙性能研究 1 0 a c - - 2 0 i 改进型小同油石比时车辙发腱曲线 o3 0 0 0 6 0 0 钳问( 8 p 0 0 0 1 2 0 0 01 5 0 0 0 图6 2a c - - 2 0 1 改进型在不同油石比车辙发展比较 衰6 - 5 c - 2 0 i 车辙试验结果 仁总 混合料类型 油石比( ) 窄隙率( ) v m ( )1 0 0 0 0 次车辙深度( m )动稳定度( 次m m ) 3 9 4 11 3 12 3 9 44 5 9 8 a c 一2 0 14 42 51 2 75 1 4 42 1 4 3 4 91 21 2 61 0 0 7 91 1 0 3 衰铲6a c - - 2 0 1 备时间点的车辙深度占1 0 0 0 0 次车辙深度的百分比( ) 泌 6 0 1 8 0 6 0 02 7 0 03 6 0 07 2 0 01 0 8 0 01 4 4 0 0 3 91 42 53 96 26 88 29 2 i 0 0 4 41 22 23 6 6 0 6 6 8 1 9 l 1 0 0 4 981 42 54 65 l7 28 8 1 0 0 一 一碱帏蹦嘴驰一 一 一 一3 4 4 5 5 一 一 一 一比比比比世 一 石石石石互 一 油油油油通 一 _ 一 一 9 8 7 6 5 4 3 2 ， 0 苫e一鲻酶摧* 东南人学硕上学位论文 a c - - 2 0j 杠不同油石比时车辙发展曲线 圈6 _ 3 & c - - 2 0 i 在不同油石比车辙发展比较 6 1 1 中面层三种级配比较 试验研究中采用的级配比较如图6 - 4 所示。 图6 - 4 中面层三种级配通过百分翠不意图 从图6 - 4 可以看出，s u p 2 0 与a c - - 2 0 改进型两种级配在0 0 7 5 m m 9 5 m m 方孔筛的通 过百分率是基本相同的，只是在1 3 2 m m 、1 6 m m 这两级筛孔的通过百分率有所差别，a c - - 2 0 i 比s u p 2 0 改进型级配含有更多的大粒径粗集料。a c - - 2 0 i 型级配与s u p 2 0 和a c - - 2 0 i 改进型 相比则有两个明显特征，即2 3 6 m m 以下的细集料明显比其它两种级配多，同时在1 3 2 m m 、 l 6 m m 两种粒径的集料也明显偏多。通过比较发现，a c - - 2 0 i 是一种两头大( 粗集料、细集料 偏多) ，中间小( 中粒径的集料偏少) 的级配因此这种级配容易压实，但是级配的稳定性 不好。 3 0 第6 章巾面层沥青混合料抗车辙性能研究 6 1 2 沥青用量对混合料抗车辙性能的影响 6 1 2 1 沥青用量对车辙板空隙率的影响 将中面层三种沥青混合料不同油石比的空隙率表示在图6 - 5 中。 h 油石比与空隙率图 ； 苌 二二 磊l 、一s u p 2 0 。、毒i 一a c 2 0 i 改进型 、。 + a c 一2 0 f 。 ： j ： jl 3 544 555 56 油石比( ) 圈6 - 5 中面层三种混合料油石比与空隙率关系图 由罔6 5 可以看出，在相同的油石比条件下，a c - - 2 0 i 的空隙率最小，而s u p 2 0 与a c - - 2 0 1 改进型混合料的空隙率明显高于a c - - 2 0 i 混合料，说明a c 一2 0 i 混合料比较容易压实， 而其它两种混合料中档粒径的集料含量较多因此较难压实。 s u p 2 0 与a c - - 2 0 i 改进型两种级配虽然在9 5 m m 以下粒径通过百分率是基本相同的，但 是a c 一2 0 l 改进型级配含有更多的1 3 2 m m 、1 6 m m 大粒径集料，因此在最佳油石比与较高的 油石比条件下两者的空隙率是相差不大，但是在较低的油石比条件下，s u p 2 0 表现得更难以 压实，空隙率明显高于a c 一2 0 i 改进型混合料。这表明油石比降低对s u p 2 0 空隙率的影响要 比a c - - 2 0 i 改进型明显得多。 6 1 2 2 沥青用量对动稳定度的影响 中面层三种混合料在不同油石比时动稳定度的变化曲线见图6 - 6 。 翻6 _ 6 中面层三种港台料在不同油石比时动稳定度图 从爵6 - 6 可以看出，( 1 ) 在最佳油石比时。h c - - 2 0 i 改进型与s u p 2 0 两种混合料的动稳 定度相差不大并且明显高于a c - - 2 0 i 混合料，当油石比在最佳油石比基础上增加0 5 时， a c - - 2 0 i 混合料的动稳定度迅速降低，而a c 一2 0 i 改进型与s u p 2 0 两种混合料的动稳定度却 东南人学硕士学位论文 有所增加，其中叉以s u p 2 0 混合料的动稳定度增加得吏为显著。 ( 2 ) 当油石比从最佳油石比减少0 5 时，三种混合料的动稳定度都有着不同程度的增 加，其中a c 一2 0 1 混合料的动稳定度增加的幅度最大，s u p 2 0 次之，a c 一2 0 1 改进型最小。 ( 3 ) 从上图可以得出，沥青用量对于a c 一2 0 i 这种悬浮密实型混合料的动稳定度的影响 最为明显，尤其是当沥青用量略微增加时，会导致混合料动稳定度急剧降低。而对于a c 一 2 0 1 及s u p 2 0 这两种沥青混合料，沥青用量在最佳油石比略微增加0 5 时，反而能提高其动 稳定度，但是沥青用量增加过多时同样导致沥青混合料动稳定度的迅速降低。 6 1 2 3 沥青用量对1 0 0 0 0 次荷载作用后车辙深度的影响 i 种中面层沥青混合料在不同油石比时的1 0 0 0 0 次轮载作用下车辙深度见图6 7 。 油石比与1 0 0 0 0 次车辙深度 1 2 1 0， 苎8 ，| - 一s u p 2 0 蕞6 产f ， 一一 c 一2 0 i 改进型 4 一a c 一2 0 i 2 。 8 0 0 次m m ) ，这也从一个方面说明我国关于动稳定度标准偏低，需要适当 的提高。 ( 4 ) 对于普通沥青混合料而言，沥青用量对其抗车辙性能影响非常明显。特别是沥青用 量过多会导致其动稳定度迅速降低以及永久变形显著增加，严重降低沥青混合料的抗车辙性 能。因此，当采用普通沥青时需要严格控制沥青用量。 ( 5 ) 压实度对大粒径沥青混合料的抗车辙性能有着至关重要的作用，如果保证不了压实， 即使设计合理的级配也体现不出较好的抗车辙性能。 7 5 本章小结 通过对下面层沥青混合料进行改进车辙试验发现a c - - 2 5 1 改进型沥青混合料的抗车辙 性能要强于s u p 2 5 ，同时沥青用量对混合料的抗车辙性能有着重要的影响，沥青用量越大， 混合料的抗车辙性能就越差，对于大粒径沥青混合料而言，提高压实度，保证混合料合适的 空隙率能够加强混合料抗车辙性能。 4 5 东南大学硕士学位论文 第8 章沥青混合料抗车辙性能指标研究 我国规范对沥青混合料抗车辙性能的指标提出得较早，它能够适应我国当时的道路交通 状况，但是随着我国高速公路事业的不断发展，交通量的不断增加以及超载问题的出现，我 国原有抗车辙性能指标明显暴露出其不足之处，本文结合试验结果，对我国现有抗车辙性能 指标进行研究，提出有益的补充以适应当今公路的发展。 8 1 我国沥青混合料抗车辙性能指标及其不足 公路沥青路面施工技术规范( j t gf 4 0 - 2 0 0 4 ) 要求用作高速公路路面普通沥青混凝 土的动稳定度应该不小于1 0 0 0 次m m ，即折合最后1 5 m i n 产生i m m 永久形变时荷载轮至少应 该作用1 0 0 0 次，虽然在该规范中规定了动稳定度的标准值是1 0 0 0 次m m ，但是在判断某纯 沥青混凝土是否可用时，它才起作用。当采用改性沥青混凝土或改性沥青s m a 时，它就不能 用了。对于用于高速公路和一级公路的改性沥青混凝土，在不同情况下要求的动稳定度如表 8 - 1 所示( 公路改性沥青路面施工技术规范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) ) 。 表8 - 1 沥青摁合料车辙试验动稳定度技术要求 气候条件与技术指标气候分区与相应的技术要求 7 月甲均最高平均气温( ) 3 0 ( 夏炎热区) 3 0 ( 2 2 0 c ( 夏热区) 2 0 ( 夏 及气候分区 凉区) l l1 - 2l 一31 - 42 12 22 32 43 2 普通沥青混合料不小于 8 0 01 0 0 0 6 0 08 0 06 0 0 改性沥青混合料，不小于 2 4 0 02 8 0 0 2 0 0 0 2 4 0 0 1 8 0 0 s 1 4 h 混合 非改性，不小于 1 5 0 0 料 改性不小于3 0 0 0 o g f c 混合料 1 5 0 0 ( 一般交通路段) 3 0 0 0 ( 重交通路段) 从表8 - l 可以看出，在我国的规范中针对改性沥青混合料在不同气候条件下动稳定度都 有详细的要求，但是我国沥青混合料抗车辙性能指标存在以下一些问题。 ( 1 ) 动稳定度指标本身的一些不足。 动稳定度指标只测量最后1 5 m i n 内的微小形变，其受传感器精度的影响较大，对于一些 改性沥青混合料试验动稳定度很高，在本研究中有的混合料的动稳定度接近1 0 0 0 0 次m ， 也就是1 5 m i n 内产生0 0 6 m 左右的车辙，这样的变形，仪器测量的误差相对较大，准确度 较低。 动稳定度指标取最后1 5 mi1 1 的变形计算，是为了消除由于试件本身的压密变形。一条 新建高速公路开放变通后要有两个月左右的补充压密的过程，在车载的不断作用下路面的空 隙率会减小，这本身就是一种车辙形式。 其次，目前动稳定度试验结果存在的问题是同一组试件的变异性较大，相差3 0 5 0 是 比较普遍的，这既与试验方法本身有关，更与现有的试验设备有较大关系。 4 6 第章沥青混合料抗车辙性能指标研究 ( 2 ) 仅采用动稳定度作为抗车辙性能唯一指标 从以上分析可以看出，动稳定度并不足直观地评价路面抗车辙性能的指标，它只是间接 反映了路而抗车辙性能，因此只用动稳定度作为抗车辙性能唯一指标是不全面的，需要引入 其它的评价指标来全面评价沥青混合料的抗车辙性能。 ( 3 ) 对于不同的沥青混合料提出不同动稳定度要求。 汀苏省属于夏季炎热区，在该规范中规定丁普通沥青混合料动稳定度的标准值是1 0 0 0 次m n ，当采用改性沥青混凝土或改性沥青s m a 时，动稳定度分别要求2 8 0 0 次n 、3 3 0 0 0 次m m 。而在同一高速公路上，气候条件相同，交通量和交通组成不变，作用在沥青面层同 一部位的剪应力不变，因此对其抗车辙性能的要求应该是不变的，但是从我国规范来看如 果采用普通沥青则要求动稳度1 0 0 0 次m m ：采用改性沥青则要求动稳定度3 2 8 0 0 ：用改性 s m a 时要求动稳定度3 0 0 0 次m m ，同一条高速公路上有3 种动稳定度标准，这里存在不合 理的地方。如果动稳定度1 0 0 0 次m 就能抵抗该路段炎热气候条件下交通荷载作用，那么 不沦是用普通沥青混凝土、改性沥青混凝土还是s m a ，只要它们动稳定度满足以上要求，它 们就能满足交通和气候的需要，就不会产生过大的车辙，没必要针对不同沥青种类或级配类 型来提出不同的要求。 ( 4 ) 我国规范抗车辙性能指标没有体现沥青路面不同层次受力特点。 根据力学分析发现，从表面开始往下，剪应力由小到大增加得很快，到某一深度处达到 峰值然后剪应力开始逐渐减小峰值的深度位置随着轴载增大而加深。在面层表面4 c m 范围 内剪应力较小，在表面下4 l o c m 范围内剪应力值，特* 在重轴载作用下撮大。在江苏省内 高速公路的上、中、下面层厚度分别为4 c m 、6 c m 、8 c m ，所以中面层受到剪应力最大，卜面 层次之，下面层晟小。因此在相同的气候和交通荷载条件下，对于中面层抗车辙性能要求应 该晟高，其次是上面层，对于下面层沥青混合料的抗车辙性能的要求可以适当低一些。当用 动稳定度作为抗车辙性能指标时，中面层动稳定度要求应该最大上面层次之，下面层最小， 但是在我国规范中对于沥青混合料动稳定度要求并没体现这种上、中、下面层受力区别。 ( 5 ) 规范没有考虑到在多雨条件下沥青路面的抗车辙性能。 江苏省属于夏季高温多雨的气候，在雨季来临的时候，雨水通过路表或其它部位的空隙 渗入，水进入沥青面层后，在行车造成的动水压力作用下，容易破坏沥青与集料之间的粘结， 使沥青剥落并导致路面产生的早期水损害现象，这种既有水又有交通荷载的双重作用下对沥 青混合料盼抗车辙性能提出了更高的要求，因此提出一种在浸水条件下沥青混合料抗车辙性 能指标很有意义。 8 2 沥青混合料抗车辙性能指标的改进 根据以上对我国规范抗车辙性能指标的分析以及本研究各种车辙试验的结果，我们建议 对于我国的抗车辙性能指标作以下改进。 ( 1 ) 引入1 0 0 0 0 次车辙深度指标( 也即是相对变形指标) 相对变形率指标是法国和美国最早提出的，其意义为在规定作用次数、时间下所产生的 变形与试件总厚度的比值。这个次数根据实际交通荷载和沥青混合料使用要求不同而不同。 计算公式为： 6 = l l 1 0 0 9 b 式中，6 为试件相对变形：l 为试件产生的总形变：l 为试件的厚度。 法国在2 0 世纪9 0 年代规定轮辙试验永久变形的两个等级如下： 等级2 ：作用3 0 0 0 次，相对变形率1 5 ：等级3 ：作用1 0 0 0 0 次，相对变形率1 5 。等级3 常用于高交通量水平的道路。同时，对于用作巾面层的沥青混凝土，在法国要求：荷载轮作 4 7 东南人学硕上学位论文 用i 0 0 0 0 次时永久变形小于1 0 。 从以l ：概念可以看出，尽管相对变形和动稳定度指标都测量了荷载作用r 试件的变形， 但相对变形更直接反映了荷载作用下试件的，变形情况( 即车辙深度) ，而动稳定度仅是一个间 接的评价指标，从而使对混合料抗车辙性能进行更直观，更全面的评价。 而采用相对变形概念对于5 0 m m 厚的试件，即使相对变形达到2 ，实际变形为1 m m ， 对f 一般传感器来说这个精度完全可以满足，避免了由于精度不够而带来的误差。 ( 2 ) 分别对于l 、中，下面层提出不i 司抗车辙性能要求。 根据中面层沥青混台料抗车辙要求晟高、上面层略次之，下面层最低的原则，分别对于 上、中、下面层的动稳定度和相对变形率提出不同的要求，如表9 2 所示。 表8 - 2 混合料高温稳定性技术要求 面层类型抗车辙性能要求( 6 0 c ，0 7 m p a ) 动稳定度( 次m m ) 1 0 0 0 0 次荷载作用相对变形率 上面层 2 5 0 0 1 0 中面层 3 0 0 0 7 下面层 1 0 0 01 5 ( 3 ) 多雨地区引入浸水车辙试验做指标 对于处于高温多雨条件下路面，在满足其它车辙指标的同时，还应进行浸水车辙试验来 评价其在浸水条件下抗车辙性能，在德国，进行中面层混合料配合比设计时，要求中面层沥 青混合料在5 0 c 、水浴、钢轮、2 0 0 0 0 次荷载作用下的汉堡车辙深度不大于3 5 m ，而江苏 省属于高温多雨的气