（材料学专业论文）水泥混凝土路面沥青混合料功能层研究.pdf

摘要 水泥混凝土路面是高等级路面的重要结构型式，具有使用寿命长、养护工作量小、 能源消耗少、施工简便以及对交通等级和环境适应性强等优点。但是由于各种原因，我 国早期修建的水泥混凝土路面使用寿命大大低于设计使用年限，断裂和脱空等早期病害 十分普遍。为了延长混凝土路面使用寿命，本文进行层间加铺沥青混合料功能层的研究， 该研究对减少水泥混凝土路面的早期破坏，改善混凝土路面使用性能，建设节约型社会 具有重要理论意义。 本文基于混凝土路面层间作用机理和过渡层理论，分析了水泥混凝土路面常见破坏 形式，针对刚性基层水泥混凝土路面基层与面层之间的刚度协调问题和半刚性基层水泥 混凝土路面的基层冲刷问题，指出水泥混凝土路面设置层间功能层的必要性。依托室内 试验，自行开发试验装置测试功能层混合料累积变形，优选常用混合料a c - 1 6 、a c - 1 3 、 a c - 1 0 进行试验，分析混合料累积变形影响因素以及增长规律，对试验前后试件进行体 积变形分析，得出层间功能层产生累积变形更重要的原因是剪切推挤，而不是压密的结 论。根据试验结果得出功能层产生的累积变形小于3 5 m m ，不会影响混凝土面层的平整 度。此外，进行了功能层混合料室内抗剪试验和水稳定性试验验证。在试验研究和理论 分析的基础上提出了水泥混凝土路面层间功能层沥青混合料设计方法。 关键词：水泥混凝土路面，脱空，断板，层间作用，过渡层，功能层，累积变形，沥青 混合料设计 a b s t r a c t c e m e mc o n c r e t ep a v e m e n ti sa ni m p o r t a n tr o a ds t r u c t u r ef o r mo fh i g h g r a d ep a v e m e n t w i t h l o n g s e r v i c el i f e ，l o wm a i n t e n a n c ew o r k l o a d ，l e s se n e r g yc o n s u m p t i o n ，s i m p l e c o n s t r u c t i o n ，a sw e l la ss t r o n ga d a p t a b i l i t yt ot r a f f i cg r a d ea n de n v i r o n m e n t h o w e v e r ，d u et o v a r i o u sr e a s o n s ，o u rc o u n t r y se a r l yc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tl i f es i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a n d e s i g nl i f e ，e a r l yd i s e a s es u c ha sf r a c t u r ea n dd i s e n g a g i n ga r ew i d e s p r e a d i no r d e rt oe x t e n d c o n c r e t ep a v e m e n ts e r v i c el i f e ，t h ed i s s e r t a t i o nm a i n l ys t u d y e ds e t t i n ga s p h a l tm i x t u r e f u n c t i o n a ll a y e rf o rc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t t h es t u d yp a l y si m p o r t a n tt h e o r e t i c a l s i g n i f i c a n c et or e d u c ee a r l yd a m a g e ，i m p r o v ec o n c r e t ep a v e m e n tp e r f o r m a n c ea n db u i l da c o n s e r v a t i o n - m i n d e ds o c i e t y t h ed i s s e r t a t i o nb a s e do nt h ec o n c r e t e p a v e m e n ti n t e r l a y e r e f f e c tm e c h a n i s ma n d t r a n s i t i o nl a y e rt h e o r y , a n a l y z e sc o m m o nf a i l u r et y p e so fc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t ， a c c o r d i n gt os t i f f n e s sc o o r d i n a t i o np r o b l e m sb e t w e e nb a s ea n ds u r f a c ec o u r s eo fr i g i db a s e c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n ta n dt h eb a s ee r o s i o np r o b l e m so fs e m i - r i g i db a s ec e m e n tc o n c r e t e p a v e m e n t ，t h e np o i n to u tt h en e c e s s i t yo fs e t t i n gf u n c t i o n a ll a y e rb e t w e e nb a s ea n ds u r f a c e c o u r s eo fc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t b a s e do nl a b o r a t o r yt e s t ，t e s td e v i c ei sd e v e l o p e dt ot e s t a c c u m u l a t e dd e f o r m a t i o no ft h ef u n c t i o n a ll a y e rm i x t u r e p r e f e r r e dc o m m o nm i x t u r ea c - 16 ， a c - 1 3 ，a c 一1 0 ，a n a l y z et h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so f c u m u l a t i v ed e f o r m a t i o no f m i x t u r e sa sw e l l a st h ei n c r e a s i n gl a w a c c o r d i n gt os p e c i m e nv o l u m ed e f o r m a t i o na n a l y s i so fp r ea n d p o s to f t h et e s t , w ec a nm a k eac o n c l u s i o nt h a tm o r ei m p o r t a n tr e a s o no fd e f o r m a t i o ni ss h e a r p u s h ，r a t h e rt h a np r e s s u r ec o n s o l i d a t i o n b a s e d o nt h et e s tr e s u l t st h a tt h ec u m u l a t i v e d e f o r m a t i o no ft h ef u n c t i o n a ll a y e ri sl e s st h a n3 5 m m ，w i l ln o ta f f e c tt h ef l a t n e s so ft h e c o n c r e t ep a n e l s i na d d i t i o n ，l a bs h e a rt e s ta n dw a t e rs t a b i l i t yt e s ta r ec a r r i e do u tt op r o v et h e i r e x c e l l e n tp e r f o r m a n c e a n db a s e do ni n d o o rs h e a rt e s ta n dw a t e rs t a b i l i t yt e s t ，t h ed i s s e r t a t i o n p u t sf o r w a r dc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tf u n c t i o n a ll a y e ra s p h a l tm i x t u r ed e s i g nm e t h o d k e yw o r d s ：c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t ；d i s e n g a g i n g ；b r o k e ns l a b ；i n t e r l a y e re f f e c t ； t r a n s i t i o nl a y e r ；f u n c t i o nl a y e r ；a c c u m u l a t e dd e f o r m a t i o n ；a s p h a l tm i x t u r ed e s i g n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 七日南加。7 年占月上日 i 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：粤荡与荔 渺7 年6 月j 日 刷帷轹彬肛g 净胪日 k 安太学碰十学位论文 翻 豳酸 第一章绪论 大量的研究结果表明【，造成水泥混凝土路面破坏的主要原因是水和温度变化。首 先，温度的变化引起面板的胀缩变形，温度升高引起面板膨胀时，缩缝和胀缝的填缝料 被车辆轮胎粘结带走，造成接缝填缝料缺损；温度降低时，缩缝和胀缝随之变宽，填缝 料变脆，可能引起填缝料断裂或与缝壁脱离，从而为地表降水进入基层与面层之间提供 通道。其次，温度的变化引起面层板的翘曲变形，造成基层与面层的层间过渡层断裂， 损伤面板的使用性能，并在基层与面层之间形成微细空隙，该微细裂缝也为地表水进入 基层与面层之间提供通道。第三，层间过渡层断裂破坏后，面板受基层的约束大大降低， 温度梯度作用下面板容易产生翘曲，由于基层刚度较大，翘曲时面板的四个角项难以产 生沉降，造成面板与基层的部分脱空，导致面板局部位置底部的拉应力变大等。 进入基层与面层之间的地表降水在车辆荷载作用下形成动力水，基层受冲刷后可能 引起板底脱空，接着面板形成“跷跷板”后可能造成板间错台、面板开裂等早期破坏；翘 曲面板在车辆荷载作用下造成面板底部拉应力变大，从而使水泥混凝土面板的使用寿命 缩短。 因此，改善基层与水泥混凝土面层之间的层间性能，减少层间过渡层断裂破坏和层 间脱空，防止地表水进入层间结构，提高基层的抗冲刷性能并及时排除层间结构水，对 减少水泥混凝土面板的早期破坏和改善水泥混凝土路面基层长期使用性能，具有非常重 要的社会和经济意义。 为此，本文将重点研究混凝土基层顶面和水泥混凝土面板之间设置功能层的相关问 题，从材料的角度设计层间功能层，旨在减少水泥混凝土面板的早期损伤，减轻层间 “刚”+ 刚”接触形式带来的弊端，减少面层板脱空情况的发生，以指导水泥混凝土路面 层间处理，并为其他类似工程设计与施工提供参考。 研究成果对于减少水泥混凝土路面的早期破坏，改善水泥混凝土路面的使用性能并 延长使用寿命，建设节约型社会，落实公路建设的科学发展观具有重要的理论意义和重 大的实用价值。 1 2 国内外研究现状及分析 1 2 1 层间相互作用研究现状分析 水泥混凝土路面面层与基层的接触条件对路面结构的影响在国内外尚无定论，对于 层间相互作用的研究目前主要集中在理论分析、试验研究以及实践应用三个方面。 1 国内研究现状 ( 1 ) 认为基层与面层之间存在薄弱过渡层，过渡层破坏导致面板和基层破坏。 2 长安大学硕士学位论文 吴国雄等【2 5 5 5 ，5 6 1 认为在贫混凝土基层与混凝土面层之间存在薄弱过渡层，路面混凝 土凝固初期，界面过渡层将基层与面层结合为一体。随着时间的推移，基层与面层各自 的弹性模量、泊松比和强度以不同的速度增长，同时面层水泥混凝土产生收缩变形和周 期性的温度变形，在面板横缝切割后面层与基层之间存在不等量变形，导致本来融为一 体的基层、过渡层和面层沿过渡层开裂和破坏，造成面层与基层分离，且分离界面处于 一种非光滑的凹凸不平状态。 赵炜诚【3 1 等人也认为混凝土面层与基层之间的结合面是路面体系中的一个薄弱环 节，其界面的剪切和粘结强度都低于两侧的混凝土强度，并从微观角度定性分析了界面 作用的本质和影响因素。 易志坚、唐伯吲4 】从水泥混凝土路面面层与基层相互作用引起的基本破坏形式及重 要影响考虑，指出面层和基层的相互作用会导致以下3 种基本破坏形式：面层与基层 在割缝两端的界面分离，在界面间形成水平裂缝并进一步发展。基层竖向开裂，继 而断开。面层与基层部分分离形成界面水平裂缝，水平裂缝扩展一定距离后偏转侵 入基层，并进一步发展。这3 种基本破坏形式的出现将引起路面结构的进一步破坏，在 第二章中详细介绍。 ( 2 ) 认为水泥混凝土路面的层间接触形式并非规范中假定的光滑接触模型，而是层 间存在巨大的剪应力，该剪应力极大地阻止了混凝土面板的自由收缩和温度变形【5 】。该 理论由易志坚采用断裂力学原理并结合室内试验得出。 从断裂力学角度来看，板底过大的水平摩阻力是造成路面板早期断裂的一个原因。 板底与基层的咬合会使未完全硬化的混凝土受到损伤而出现初始的微小裂纹，从而影响 混凝土的疲劳寿命。 ( 3 ) 认为贫混凝土基层与水泥混凝土板之间具有很高的摩擦作用。该理论最早由 s c o t t mt a r r 等人提出【6 】。他结合试验路对贫混凝土基层水泥混凝土路面结构的层间结合 问题进行了分析，发现不同的层间界面处治方法，会造成路面应力的明显差异，但都处 于半结合状态。 长沙理工大学的张红波【_ 7 】通过大量的室内直剪试验，系统地分析了水泥混凝土面层 与贫混凝土基层界面的位移和力学特性，将层间结合分为强结合和弱结合两种形式。如 图1 2 ，a 表示理想的强结合型，代表水泥混凝土路面板直接铺在贫混凝土透水基层上的 情形；b 表示弱结合型，代表在水泥混凝土路面板与贫混凝土透水基层之间设置隔离层 的情形，并提出综合摩擦系数来反映界面的力学特性。 3 第一章绪论 j 图1 2 剪力一位移简化模型 ( 4 ) 认为水泥混凝土面层与基层之间的部分连续是有利的，它能减少车辆作用引起 的结构荷载应力( 类似双层板的作n ) t 3 1 。 ( 5 ) 认为面层与基层的接触界面应尽可能光滑接触。这是由敖星、周志刚等人通过 现场足尺试验得出的结论 8 1 。通过测定水泥混凝土路面板与不同基层之间的受力、变形， 研究水泥混凝土板与贫水泥混凝土透水基层的界面特性，从混凝土面层与基层接触界面 的破坏试验着手，分析了基层对面板的约束状况，得出结论：必须对面层与基层的接触 面进行专门设计，尽可能使面层与基层的接触界面光滑，使基层与面层的接触界面符合 理论模型。 国内的研究现状表明，半刚性基层或刚性基层水泥混凝土路面层间存在过渡层的意 见是一致的，然而过渡层是否为强度低于面层和基层的薄弱层，仅是理论判断；过渡层 如何形成和层间结合程度如何变化以及过渡层断裂破坏后，层间接触形式又是如何，目 前还处于探索阶段。 2 国外研究现状 国外针对水泥混凝土路面的层间作用机理研究较少，主要通过工程实践来验证。主 要有以下三种层间接触形式。 ( 1 ) 面层与基层连接为一体。以德国为代表，德国的水泥混凝土路面，基层严格按 照混凝土面层的横向和纵向缩缝锯切对应的缩缝，然后对贫混凝土基层表面进行拉毛， 随后铺筑水泥混凝土面层，使加铺后的水泥混凝土面层与贫混凝土基层完全连接成为一 个整体，采用该层间处理形式和路面结构的柏林至慕尼黑高速公路，通车运营了5 0 余年 后路况仍比较好9 1 。 ( 2 ) 基层与面层分离状态。以美国为代表，美国部分州采用基层与面层分离的界面 形式，在贫混凝土基层强度达到设计要求后，若基层表面粗糙，采用磨光机磨光基层表 4 长安大学硕士学位论文 面，随后喷洒憎水性薄层乳化蜡，使基层与面层完全分离，路面使用寿命也较长。 ( 3 ) 半分离半结合状态。以比利时为代表，在贫混凝土基层上直接加铺水泥混凝土 面板，观测结果表明，面板开裂和基层冲刷较严重，而在贫混凝土基层与水泥混凝土面 层之间增设6 c m 沥青混凝土层后，面板开裂明显减少，路面使用性能明显改掣9 1 。 国外的研究现状表明，贫混凝土基层水泥混凝土路面采用层间加固( 如德国) 或层间 分离( 如美国) 的形式，水泥混凝土路面的使用寿命均较长，而介于层间加固与层间分离 的路面结构( 如比利时) ，路面破损严重，使用寿命较短，但在贫混凝土基层与水泥混凝 土面板之间增设沥青混凝土柔性隔离层后，路面使用寿命较长。 1 2 2 层间功能层常用材料及应用现状 1 功能层作用概述 国内外对于功能层的描述并不多，但是各国针对水泥混凝土路面破坏提出的相应措施 较多，类似联结层、隔离层、夹层、应力吸收层、沥青滑动封层，透层等的应用，都属于 功能层的范畴。 归纳起来，这些功能层的作用主要是应力扩散，弹性缓冲，防水防冲刷，保护基层， 隔离混凝土板同基层的粘结，预防混凝土面层产生较大的温度翘曲变形和应力，减轻板底 易出现的同基层顶面的脱空现象等。在基层顶面设置功能层，还可以减小层间的摩阻力， 避免硬化后的水泥混凝土板应力集中而产生断板，达到延长其疲劳寿命的目的。 2 功能层常用材料及研究现状 目前水泥混凝土路面层间功能层的材料应用不一。常用的功能层材料主要有沥青混凝 土、沥青砂、蜡质养护剂、稀浆封层、土工材料等。归纳起来，主要有以下几类。 ( 1 ) 砂垫层。为了减小水泥混凝土路面板底的水平摩阻力，在水泥混凝土面层与基层 之间设置一层砂砾垫层，但由于砂砾垫层是松散结构，在路面使用期内易出现板底脱空、 错台等损坏，且加上水泥浆的下渗，路面板的自由伸缩也不能保证，逐渐被淘汰。 ( 2 ) 沥青混凝土，沥青砂，沥青碎石等。比利时是使用水泥混凝土路面最多的国家， 其修订的水泥混凝土路面设计规范中明确规定必须采用沥青混凝土中间层。奥地利等国在 面板与基层之间设置厚度为4 - - 8 e m 的沥青混凝土中间层，可有效减少基层的侵蚀，对于 确保水泥混凝土路面的长期使用性能非常有效。在日本，水泥混凝土路面的标准结构采用 在面层与基层之间加铺沥青混凝土联结层，如图1 3 所示。 5 第一章绪论 图1 3日本水泥混凝土路面标准结构 国内也有应用沥青混凝土作为层间功能层的实例。为了适应和协调路基不均匀沉降变 形，广东省深汕市高速公路段水泥混凝土路面混凝土板下采用4 , - - 6 c m 的沥青混合料隔离层 以改善路面的支撑状况，同时对防治基层冲刷也很有效。 ( 3 ) 透水滤浆土工布、塑料膜等。同济大学、中交公路规划设计院等单位主持的西部 交通科技项目水泥混凝土路面断板分析及防治技术研究中，提出在半刚性基层或刚性 基层与水泥混凝土面层之间设置透水滤浆隔离层。主要材料为透水滤浆土工布、塑料膜， 沥青封油层等，目的是阻碍过渡层的形成，从而避免和减少由过渡层引起的三种路面结构 的破坏【1 0 】。卷材和土工布目前也作为夹层材料应用于军用机场双层水泥混凝土道面中。 ( 4 ) 稀浆封层、隔离剂( 如乳化沥青等) 。吴超凡在博士论文中分别选用了e s 1 型、e s 2 型、e s 3 型三种级配的稀浆封层，m s 2 型和m s 3 型两种级配的微表处，作为隔离层材料， 并自行开发冲刷仪器，比较不同材料的抗冲刷性能，得出结论：隔离层抗冲刷性能主要受 沥青性能和隔离层局部缺陷的影响，而隔离层的材料级配对抗冲刷性能的影响较小【l 】。国 内湖南一高速公路，在半刚性基层与水泥面板之间增设透层沥青，通车运营5 年后未发现 基层唧浆，板底脱空等现象，路面使用性能较好。设置层间功能层消除了层间过渡层对路 面使用性能的影响，因此建议层间设置隔离层或隔离剂，以消除层问相互粘结，避免层间 过渡层断裂破坏而造成面板的损伤或开裂。 ( 5 ) 蜡质养护剂。是一种用石蜡乳液及复合乳化剂等为原材料，依据工程使用要求( 气 候情况、结构类型、成膜厚度等) 按一定比例合成的复合型养护剂。近年来，蜡质养护剂 广泛应用于美国的堪萨斯州、佐治亚州、韩国和我国台湾等地区，主要用于半刚性基层、 刚性基层和水泥混凝土面层之间的隔离层，已成功修筑了上千公里水泥混凝土路面，并制 定了相应的技术规程【1 。 ( 6 ) 其他材料组合。广东梅河高速公路应用沥青封层在水泥混凝土路面中的施工实 践，分别采用了热沥青，乳化沥青，瓜米石、石屑和砂，铺筑了6 种不同材料组合的封层 6 长安大学硕士学位论文 试验段【1 2 】。通过试验段工程总结了不同材料组合的优缺点，验证了封层沥青的洒布量、 矿料的洒布量、机械洒布速度、平均洒布厚度、材料的供应方案、人员配备、机械配置数 量和组合方式等，提出了标准的施工方法和合理的施工工艺。 但是，对于层间功能层的常用材料，目前尚未形成统一的体系。对功能层材料本身及 其性能，如功能层自身材料的技术性能与要求、适用条件、厚度与指标评价等，尚缺乏深 入系统的研究。路面设计中，对功能层的材料类型、要求、用量及施工要求等也没有进行 详细设计和说明，大部分设计往往只一句话涵盖、并未做专门的陈述，在路面计算中也不 计算功能层的厚度，按施工规范操作即可，这种作法是不科学的。 综上，只有充分认识功能层材料自身的功能，分析材料自身应具备的性能和适用条件， 深入研究和比较不同功能层材料的性能，才能设计出经济合理的层间功能层材料，从而减 少或消除水泥混凝土路面的早期破坏。 1 - 3 目前存在问题 综合国内外水泥混凝土路面层间处理现状，以及贫混凝土基层或半刚性基层与水泥 混凝土面层层间相互作用的研究现状，虽然在层间过渡层以及功能层应用等方面已取得不 少成果，但还有很多问题缺乏系统性研究，尚处于探索阶段，归纳起来有以下几点： ( 1 ) 对层间相互作用机理和层间结合状态缺乏系统研究，设置层间功能层对水泥混凝 土路面的具体影响还处于探索阶段； ( 2 ) 对层间功能层材料性能缺乏系统研究，未见不同功能层材料的性能比较； ( 3 ) 无功能层设计与施工规范，对于不同基层水泥混凝土路面设置功能层的适用性研 究关注较少。 1 4 本文主要研究内容 针对国内外研究的不足，本文着重分析现有水泥混凝土路面的主要破坏形式及层间作 用机理，指出水泥混凝土路面层间功能层设置的必要性，研究在水泥混凝土路面面层与基 层之间设置柔性功能层，从材料角度对功能层进行设计，并提出水泥混凝土路面层间功能 层沥青混合料的设计流程。主要研究内容包括以下几点： 1 水泥混凝土路面层间作用机理与主要破坏分析 基于过渡层理论分析层间界面特性与作用机理，针对水泥混凝土路面常见的结构破 坏，分析断板及脱空产生的原因。指出加铺层间功能层的必要性。 2 功能层材料设计及性能试验研究 7 第一章绪论 ( 1 ) 功能层混合料设计 根据国内外沥青混合料设计方法，参照规范各级配范围及中值，优选三种混合料 a c 1 6 ，a c 1 3 ，a c 1 0 进行性能试验。 ( 2 ) 功能层累积变形试验 模拟实际路用状况，自行开发设计试验装置，在m t s 上进行功能层混合料累积变形 试验。根据试验结果，分析油量、级配、空隙率对于累积变形的影响，并对试验前后试件 进行体积及变形指标分析。 ( 3 ) 层间剪切研究 通过剪切试验确定层间破坏剪切强度，比较不同混合料功能层的剪切强度，为力学分 析提供数据。 ( 4 ) 抗水损坏试验研究 3 功能层沥青混合料设计方法与指标评定 根据水泥混凝土路面层间功能层的性能要求，在常规沥青混合料设计方法的基础上， 提出水泥混凝土路面层间功能层沥青混合料的设计方法及性能评价指标。 1 5 技术路线 采用理论分析与室内试验相结合的方法进行层间功能层的材料设计与性能研究。技 术路线如下。 ( 1 ) 查阅国内外有关水泥混凝土路面层间加铺功能层的文献，了解、掌握国内外在 该领域的最新研究动态并对层间加铺功能层的已有成果进行归纳总结。 ( 2 ) 系统分析水泥混凝土路面层间破坏机理和主要破坏形式，从功能的角度阐述设 置层间功能层的必要性。 ( 3 ) 通过室内试验对比分析不同级配沥青混合料层间功能层对面层和基层产生的影 响，提出合理的材料组成和基本的材料控制指标，以满足路用性能及力学要求。 ( 4 ) 根据现有的沥青混合料设计方法，结合功能层对材料要求的特殊性，提出水泥 混凝土路面层间功能层的沥青混合料设计方法及流程，以及相应评价指标。 图1 4 为本研究具体技术路线图。 8 长安大学硕士学位论文 图1 4 研究技术路线图 9 第二章水泥混凝土路面层间作用机理和主要破坏形式 第二章水泥混凝土路面层间作用机理和主要破坏分析 2 1 水泥混凝土路面层间作用机理 水泥混凝土路面建成通车后直接暴露在大气之中，昼夜气温的周期变化，使得混凝 土路面的温度也随之产生周期性的变化。由于混凝土材料的不可塑性，面板温度变化引 起的膨胀、收缩等变形，一旦变形受到约束，面板不能自由伸缩，将产生温度应力【1 3 】。 若温度应力大于基层与面层层间界面抗剪强度或抗拉强度，则将在界面处产生破坏。 2 1 1 层间界面特性分析 在混凝土路面基层修筑好以后，表面凹凸不平，界面粗糙。当在基层上浇注面层时， 水泥浆便可渗入基层内部一定深度范围内的孔隙中，渗入的水泥浆和基层中露出的骨料 及已硬化了的水泥石形成既不同于基层也不同于面层的弱结合面，在车辆荷载和环境因 素的作用下极易发生破坏，从而影响路面受力状况和可靠性。 传统的水泥混凝土路面施工过程一般包括以下工序：混凝土拌和、运输、摊铺、振 捣、表面处理、锯缝、养生。摊铺前要求清扫基层，然后将塑态的混凝土直接浇注在基 层的顶面上。 基于传统强度理论的水泥混凝土路面模型，假定面层与基层为光滑接触：即在接触 面上，面层与基层沿法向的位移相等，沿法向的力相等，但沿切向可以有相对滑动，且 切向剪力忽略不计( 如图2 1 ) 。传统路面理论主要依据路面混凝土的抗折强度和抗折疲劳 强度作为控制裂纹出现的指标。一旦路面出现可观察到的宏观裂纹，则视路面已断裂破 坏，即断裂裂纹的出现是混凝土面层结构破坏的临界状态【l o 】。 面层 1 0 0 蜡含量( 蒸馏法) 5 2 2 1 3 软化点 4 44 5 动力粘度6 0 。cp a s 1 4 0 4 7 6 1 闪点( c o c ) 2 4 53 4 0 溶解度 9 9 59 9 8 7 密度( 1 5 c )c m 3 1 0 5 2 质量变化 5 7 6 3 延度0 0 c ，5 e r a r a i n ) c m之89 表中的试验结果表明，该沥青满足重交通沥青a h 9 0 # 的技术要求。 3 2 长安大学硕士学位论文 2 集料 本文的集料全部采用陕西泾阳产石灰岩，经筛分后逐级称量回配。矿粉为石灰石磨 制而成，集料各项指标均符合规范要求。集料密度按照公路工程集料试验规程( j t j 0 5 8 2 0 0 0 ) 的要求进行，其中粗集料的密度采用网篮法测定；细集料采用李氏比重瓶法测 定。其各级粒径集料的密度测量结果见表4 2 ，表4 3 。 表4 2 粗集料密度 粒径( m m ) 1 6 1 3 29 5 4 7 5 表观相对密度 2 8 2 42 8 2 52 8 2 22 7 9 5 毛体积相对密度 2 8 0 02 7 8 72 7 8 72 7 1 2 表4 3 细集料视密度 粒径( m m ) 2 3 6 1 1 8o 6 o 3 0 1 50 0 7 5 视密度( g c m 3 ) 2 7 1 52 6 8 62 6 4 82 6 2 32 5 4 02 5 8 2 4 1 2 功能层混合料级配选择 根据国内外沥青混合料设计方法，参照规范各级配范围及中值，选用三种混合料 a c 1 6 ，a c 1 3 ，a c 1 0 作为功能层混合料，进行初步探索性试验，各级配如表4 “5 ， 和图4 1 4 3 。 表4 4a c 1 6 混合料矿料级配 筛孔尺寸( m m ) 1 91 61 3 29 54 7 52 3 61 0 80 60 3o 1 50 0 7 5 目标级配 9 8 2 9 2 2 8 4 17 3 64 2 13 1 92 5 11 81 2 29 47 7 规范级配上线 1 0 01 0 09 28 06 24 83 62 61 81 48 规范级配中值 1 0 09 58 47 04 83 42 4 51 7 51 2 59 56 规范级配下线 1 0 09 07 6 6 03 42 01 3975 4 3 3 第凹章功能e 村抖设汁厦性能f 究 o0 80 150 30 6l _ 1 823 647 5 9513 21 61 9 筛孔尺、j ( 响) 图4 1a c - 1 6 矿科级配图 表4 5a c - 1 3 混合料矿料级配 m i ：i 慧：嗽 ”要：撼：鬻 筛孔尺寸f l i l r n ) 目标级配 规范级配上线 规范级配中值 3 72 65 规范纽配下线 筛孔尺寸( m m ) 图4 2a c 1 3 矿料级配图 表4 6a c - 1 0 矿料级配 e 。i ：i ：i ：| = 线 a 。i ：鬻裟 筛孔尺寸( n - , m 1 合成级配 9 98 规范级配上线1 8 长安大学碰l 学位论文 表4 , 6a c - 1 0 矿料级配馔) 筛孔尺寸 03 规范级配中值 9 5 规范级配f 线 0 0 7 501 50 30 611 82 3 647 59 51 3 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 2 # n r t ( 衄) 图4 - 3a c - 1 0 矿料级配图 4 l3 最佳油量确定 1 试验方法 本研究采用马歇尔实验来确定最佳油石比。选用a c 一1 6 a c 一1 3 ，a c 1 0 三种混合料， 按以下步骤确定相应的最佳沥青用量。 f 1 ) 试验设备 主要设备有沥青自动拌和锅，马歇尔自动击实仪，自动马歇尔仪。 ( 2 1 试件制备 马歇尔试件按公路工程沥青及沥青混合料规程( j t j0 5 2 2 0 0 0 ) 要求制备，试件直 径f - 1 0 16 m m ，高度为6 35 13 m m ，采用重型击实标准，即两面击实各7 5 次。 f 3 ) 试验方法 每组级配选择5 个油量，分别制作试件，测定其密度、空隙率、沥青饱和度等物理 指标，以及马歇尔稳定度、流值等力学指标，由此确定晟佳沥青用量。 2 试验结果 根据马歇尔试验结果，最终确定三种混合料的最佳沥青用量分别为：a c l 6 为4 2 ， a c l 3 为48 ，a c1 0 为50 ，各物理力学指标如表47 所示。 第四章功能层材料设计及性能研究 表4 7 三种沥青混合料最佳油量下各种物理力学指标 混合料 最佳 密度空隙率饱和度 稳