半刚性基层沥青路面结构转换与性能恢复关键技术研究

1、半刚性基层沥青路面结构转换与性能恢复关键技术研究承 担 单 位：重庆交通大学参 加 单 位：重庆高速公路集团有限公司 长安大学2012-08项目负责人：赵可 教授主要内容半刚性基层沥青路面结构转换与性能恢复关键技术研究 总体介绍1冷再生混合料设计方法、材料性能及强度形成机理研究2功能层、沥青面层及结构组合、构造、横断面形式研究3半刚性基层沥青路面结构转换设计方法与施工技术研究4 创新点51 总体介绍一：半刚性基层沥青路面结构性能评估分级技术研究二：冷再生混合料研究三：路面功能层材料研究四：沥青面层材料研究五：冷再生混合料基层沥青路面结构设计方法研究六：路面结构方案技术经济分析七：冷再生混合料基

2、层施工技术研究 1 总体介绍主要研究内容指标一：提出半刚性基层沥青路面发生结构性损 坏的评价指标和方法；指标二：提出冷再生混合料的材料组成及其级配 曲线范围，改进后材料性能要求；指标三：提出可用于半刚性基层沥青路面结构转 换与性能恢复的路面结构组合和合理结 构层厚度；指标四：提出冷再生混合料基层沥青路面的设计 指标及设计方法。1 总体介绍考核指标完成了合同约定的内容。1 总体介绍执行情况1.研究报告半刚性基层沥青路面结构转换与性 能恢复关键技术研究总报告 上篇冷再生混合料设计方法、材料性 能及强度形成机理研究 中篇功能层、沥青面层及结构组合、 构造、横断面形式研究 下篇半刚性基层沥青路面结构转

3、换设 计方法与施工技术研究2.冷再生混合料结构层施工技术指南3.冷再生混合料试验规程 1 总体介绍提交技术文件分报告冷再生混合料设计方法、材料性能及强度形成机理研究22 名词术语面层回收料基层回收料粒状废渣粒状废渣 回收粒料（回收料）定义击实法和振动压实法对比试验方法功能力的作用方式确定试样体积的方法及可行性对级配的影响最大干密度(归一化值)最佳含水量工程压实度重复性水泥碎石二灰碎石冷再生料重型击实相当冲击力刮刀刮平；不可行；误差不可控粒料被击碎率高，级配退化1.001.001.00相当往往超过100% 差振动压实激振力无需刮平；游标卡尺测量；误差可控粒料被振碎率低，对原级配无影响 1.021

4、.031.0151.025约为1.10压实度代表值98%良好现行试验方法剖析 圆柱型试件制作方法对比分析方法力的作用方式对集料的影响胶浆分布对试件强度的影响试件强度与工程芯样强度比较制作方法对强度的影响制作方法对吸水率的影响静压法(重型击实密度控制压实度)静压力破碎严重不均匀集料破碎产生过多的无粘结力界面，试件材料组成不均匀，强度失真工程芯样强度显著大于试件强度水稳碎石1.0水稳碎石1.0二灰碎石1.0振动压实法(振动压实密度控制压实度)激振力少有破碎均匀能反映材料组成与结构的特征工程芯样强度与试件强度基本吻合水稳碎石约2.0水稳碎石1/41/7二灰碎石约1.2冷再生料约1.4、注：这两列的数

5、值为归一化处理后的值。试验方法剖析混合料设计方法剖析面层回收料检测项目剖析项目目的与适用范围评价结论 砂当量天然砂、人工砂、石屑等；粘性土或杂质含量；上浮之物不是粘粒，下沉之物不是砂粒，方法不适用 取消回收料中的“粗集料针片状含量”游标卡尺法；单一颗粒矿质集料回收料不是单一颗粒矿质集料；方法不可操作；无控制之必要；不利于回收料应用 取消 压碎值衡量集料抵抗压碎的能力要求不合逻辑；无控制之必要 取消 棱角性适用于天然砂、人工砂、石屑等细集料不合逻辑；棱角性的概念不适用于回收料；无控制之必要 取消 级配筛分析；矿质集料回收料不是单一颗粒物，所以应存在级配“退化”的现象；回收料的级配组成应考虑原材料

6、密度差异过大产生的影响修正级配设计方法混合料设计方法剖析回收沥青检测项目的剖析检测项目回收沥青性质影响因素T 0726方法评价残留溶剂残留矿粉沥青结构针入度增大减小不详1.目测法看不出样品中是否有纳米级矿粉；2.回收料中的沥青经过多年老化，找不到与其相同的沥青作为空白样。软化点减小增大不详60粘度减小增大不详15延度不详减小不详 从材料学角度看，即使是回收沥青的各指标与原 沥青相同，二者也不是同一种材料。 混合料设计方法剖析 乳化沥青(泡沫沥青)冷再生混合料配合比设计方法剖析项目方法评价确定最佳含水率土工重型击实法 T0131对于冷再生混合料不适用；确定的最佳含水率对于后续试验无可用之处；试验

7、原理混乱。确定最佳乳化沥青用量OEC和最佳泡沫沥青用量OAC 马歇尔击实法固定含水率不变，而变化沥青含量成型马氏试件，忽略了乳化沥青中“沥青”此时是粘度小的流体，同样起润滑作用；此一组试验中，混合料最大干密度对应的最佳含水率不是OWC。试件成型、试件养生养生：60烘干至恒重或不小于40h；之后双面击实25次，室温冷却12h以上脱模如果再生料试件脱模后不坍塌，那么就没有烘干后再脱模必要。为了获得完整的试件而采用烘干、二次击打的方式制作的试件，其胶结料(水泥石、沥青)的结构形态遭到破坏，且不同于工程中的再生料结构，由这样的试件得到的再生料的技术指标已失去了价值，后续试验已无意义。混合料密度竟成了变

8、值。试件密度 蜡封法1.试验工作量大；2.对于热拌料，在T0705中规定了允许误差，这一规定是否适用于冷拌再生料尚不得而知。再生混合料最大理论相对密度 真空法水泥为外掺，确定混合料理论最大密度时不考虑它，测定试件密度时却有水泥，又用体积参数控制配合比设计，规定不合理；用真空法测定乳化沥青(泡沫沥青)冷再生混合料的理论最大密度，在试验原理上存在错误，不适用。研究技术路线沥青面层回收料宏观形貌 4.75mm以上 4.75mm2.36mm 2.36mm1.18mm 1.18mm以下颗粒组成分析粗、细回收料均含有“团粒结构”物，约占50%2.36mm以下面层回收料抽提前后筛分结果2.36mm以上面层回

9、收料抽提前后筛分结果面层回收料级配组成密度编号ABCDEFGHIJKL粒径尺寸(mm)26.51919161613.213.29.59.54.754.752.362.361.181.180.60.60.30.30.150.150.075 0.075以下表观密度(g/cm3)2.5152.5312.5282.5582.5302.4742.3922.3652.3242.3192.3012.317粒组26.54.754.752.362.360.60.6以下平均密度2.5322.4742.3782.315相对差(%)2.34.02.7冷再生混合料最大干密度、最佳含水量试验方法研究回归公式为： W测=0

10、.888W预 +0.055，r=0.968，n=271.任取一种细粒土，重型击实试验确定最大干密度、最佳含水量；2.取相同土样，在最佳含水量下，变化振动时间，进行振动压实；3.绘制振动时间干密度曲线，最大干密度对应的振动时间作为振动压 实仪的工作时间；4. 此时，振动压实法与重型击实法的功能相当。5.同样的方法可确定不同压实度所对应的振动时间。6.按照确定的振动时间成型粒料类试件，无需用刮刀刮平试件。最大干密度振动时间振动压实试验要点或所需密度试件制作及养生试件制作和养生最大限度地模拟了工程施工工况。用该方法制作的试件进行后续力学试验，试验结果的离散性小，重复性良好，误差可控研究对象泡沫沥青-

11、水泥胶结料水泥乳化沥青乳化沥青-水泥影响趋势显著性趋势显著性趋势显著性水泥剂量增*沥青用量增*成型方式振动高*无影响无影响静压低养生方式*粒料表面性质回收料增*无影响*细集料增龄期增*试验温度增*压实度增*说明：和分别表示强度增或减；*表示显著；*表示十分显著冷再生混合料强度影响因素研究粒料通过均值分析、方差分析得出结论：冷再生混合料疲劳特性1.水泥稳定再生混合料取水泥剂量3.5%配制混合料。静压法成型小梁试件，尺寸为5520 (cm)。养生条件为：252，相对湿度大于95%。试件养生27天后，浸入25水中饱水24h。疲劳试验条件：恒应力控制模式，应力比0.3，荷载频率10Hz，环境箱温度25

12、。疲劳试验结果28d弯拉强度(MPa)Rs Rs 0.95SCv(%)n1.381.080.1813.011序号1234567荷载作用次数30963420890914067184692340327835序号8910111213荷载作用次数99711219786233427333145402210420000 从材料学角度看，水泥稳定回收料为非均质材料，抗疲劳破坏的能力取决于材料内部最薄弱的部位，如果这类弱界面呈现随机且多发态势时，其抗疲劳破坏的能力是可以预见的。据此，将这类材料作为散体材料对待或许更为合理；进而在路面结构组合设计时，把水泥稳定回收料结构层置于不受拉应力作用的层位并且按照柔性路面

13、结构计算相应结构层的厚度，则所设计的路面结构将会偏于安全。2.乳化沥青稳定混合料沥青用量2.0%；试件置于室内自然条件下养生28天，进行疲劳试验前放入25环境箱中保温6h。疲劳试验条件：同前。环境箱温度25。乳化沥青稳定回收料疲劳试验的离散性相对于水泥稳定回收料要小得多，从总体看，前者的疲劳寿命远远低于后者。 乳化沥青稳定面层回收料的抗弯拉强度28d弯拉强度(MPa)Rs Rs 0.95SCv(%)n1.020.850.109.813疲劳试验结果序号123456疲劳寿命均值SCv(%)n荷载作用次数9951167273680260321633636序号789101112291064322.19

14、荷载作用次数2503391025187622251826623.乳化沥青-水泥稳定混合料乳化沥青水泥稳定面层回收料的抗弯拉强度28d弯拉强度(MPa)Rs Rs 0.95SCv(%)n1.000.790.1313.08疲劳试验结果序号123456789荷载作用次数（应力比0.3）19432145722786028364071802812625491894序号101112荷载作用次数2253（应力比0.34）1107515（应力比0.2）1402757（应力比0.2）从总体上看，乳化沥青-水泥稳定回收料的疲劳试验结果离散性大；疲劳寿命对于荷载大小的敏感性强。 疲劳寿命最大值与最小值相差2个数量级

15、，而静力学试验结果的离散性却很小，这一现象从一个侧面反映出冷再生混合料的材料特性，即，冷再生混合料为非均质材料，原材料性质和混合料材料结构的变异性过大，难以用静力学指标评价或推断其动力学性质。 冷再生混合料强度形成机理研究1.水泥稳定混合料水泥稳定回收料和水泥稳定级配碎石的差别在于:粒料的表面性质不同；回收料具有“团粒结构”特征。 水泥稳定回收料与水泥稳定碎石强度影响因素对比因素级配水泥剂量龄期粒料表面性质水泥稳定回收料粗粒料比例增，强度降水泥增1%，Rc7增30%Rc90/Rc7124%Rc7=4.7MPa水泥级配碎石23粗粒料比例增，强度增水泥增1%，Rc7增39%Rc28/ Rc7200

16、%Rc7=5.6MPa 水泥稳定粒料强度影响因素分析因素分析结论级配结论为，用偏粗的级配配制的混合料的强度远远大于偏细级配的（相差33%）。而对于水泥稳定回收料却相反。已经证实，回收料为团粒结构物，自身的强度取决于团粒内小颗粒间的界面粘结力，与水泥石矿质集料的界面强度相比，沥青矿质集料界面为弱界面。粗粒料比例越大，弱界面的影响越显著；温度越高，粗粒料自身的强度越低。可以推断，在较高的试验温度下，粗粒料比例对混合料强度的影响将更大。粗粒料内部存在弱界面，该弱界面的强度对于混合料强度的影响显著。因此，应当限制混合料中回收料的最大粒径和含块量，即限制回收料的比例。水泥剂量水泥剂量增加，由水泥水化物形

17、成的结晶缩合结构强化；相对多的水泥石与回收料（或集料）表面形成的粘结点、面增多，混合料的强度随之增大。两类混合料的强度增幅及强度值相差悬殊，所反映的本质是：胶结料自身的强度高于界面粘结强度时，混合料的强度取决于后者的强度。水泥石沥青膜界面强度低于水泥石矿质集料界面强度；在水泥稳定回收料体系中，前者为弱界面。龄期随龄期增长，结晶缩合结构不断强化，结构强度提高。而弱界面的存在却使胶结料自身的高强度性质不能充分发挥。表面性质最为直接地证实了强度差异源于界面粒料表面性质的影响。2.乳化沥青稳定混合料乳化沥青稳定回收料与沥青混合料强度影响因素对比因素级配龄期、残留含水量沥青用量(1%3%)粒料表面性质劈

18、裂强度乳化沥青回收料细粒料、矿粉增，强度降龄期增，强度增；残留含水量的影响无规律沥青用量增，强度降无影响0.16MPa沥青混合料细粒料、矿粉增，强度增无此影响沥青用量增，强度增极显著影响0.81.2MPa4乳化沥青稳定回收料强度影响因素分析因素分析结论级配乳化沥青蒸发残留物形成的膜（简称乳化沥青膜）回收料（矿料）界面发生物理吸附，热沥青矿料界面发生物理吸附、物理-化学吸附、化学吸附。乳化沥青膜与热沥青膜结构不同，前者产生的粘结力远低于后者。乳化沥青残留物+细料构成的胶泥总量增大或可降低混合料的内摩阻力。乳化沥青蒸发残留物粒料（集料）界面为弱界面；乳化沥青膜的内聚力或低于界面粘结力。沥青用量反映

19、了同一问题的另一方面：两种膜的力学性质不同。相对厚的乳化沥青膜能降低混合料的内摩阻力。同上龄期、残留含水量、养生温度随龄期增长，乳化沥青稳定回收料中乳化沥青膜形成；水分蒸发，强度随之增大。残留含水量与强度之间无相关性。这3个因素及其耦合作用对乳化沥青稳定回收料强度产生综合影响。粒料表面性质乳化沥青稳定回收料的结构强度不取决于相界面的粘结力。乳化沥青膜的内聚力低于相界面粘结力。矿粉(料)残留沥青膜(沥青+乳化剂等)乳化剂亲油端乳化剂亲水端水膜水-乳化沥青弱界面水-矿粉(料)弱界面图8-2 乳化沥青蒸发残留物膜-矿料界面吸附结构示意图图8-3 乳化沥青蒸发残留物-回收料界面吸附结构示意图水膜回收料

20、乳化沥青蒸发残留物膜内聚力低弱界面()弱界面()原沥青膜(沥青+矿粉)结论回收料、集料与乳化沥青蒸发残留物膜相界面处的粘结力对混合料的强度无显著影响；混合料的结构强度主要取决于乳化沥青膜的内聚力，即乳化沥青蒸发残留物膜的内聚力甚至低于弱界面处的粘结力。添加粗、细集料仅能调整级配，改变乳化沥青稳定回收料的内摩阻力；提高沥青用量会降低混合料的强度。3.乳化沥青-水泥稳定回收料三类冷再生混合料强度影响因素对比胶结料级配水泥剂量沥青用量（1%3%）龄期粒料表面性质水泥粗粒料比例增，强度降水泥增1%，Rc7增30%Rc90/Rc7124%显著乳化沥青细粒料、矿粉增，强度降沥青用量增，强度降Rc90/Rc

21、7206%无影响乳化沥青-水泥偏细的，强度高；最大粒径无影响水泥增1%，Rc7增39%同上Rc90/Rc7149%显著乳化沥青、水泥单独作为胶结料时，都能将散体材料粘结成整体性材料，可是将它们混合使用时，混合料的强度却不是单一胶结料所提供的强度的简单加和。总体而论，乳化沥青-水泥稳定回收料的力学指标介于乳化沥青稳定类和水泥稳定类之间，且更接近于乳化沥青稳定类。乳化沥青-水泥稳定回收料包含了沥青混合料和水泥混凝土的所有特质，是十分复杂的体系。细观形貌分析样品制备（1）1#试样制备方法沥青含量60%的乳化沥青和32.5号普硅水泥；沥青(固含量计):水泥=1:1；拌和均匀后浇注成型；252，相对湿度

22、大于95%，养生28天。固化后的试样为乳化沥青蒸发残留物(以下简称为沥青残留物)和水泥石的混合物。将试样折断，取断面作为分析对象。 1#试样 （2）2#试样制备方法将28天龄期的1#试样浸泡于溶剂中，经多次浸泡，溶去试样内的沥青，只剩下水泥石骨架。它十分松脆，轻触即溃 3#试样制备方法将28天龄期的1#样品置于盐酸中，反复浸泡、冲洗，直至把能溶解的水泥石全部去除为止。取其溶蚀面作为观察对象 乳化沥青蒸发残留物-水泥石的细观形貌 9(5000)乳化沥青蒸发残留物-水泥石微观形貌与空间结构综述乳化沥青蒸发残留物-水泥石体系中，既有大尺度(以百微米计)下的沥青富集区，也有水泥石富集区，表现出细观显著

23、不均匀的结构特点。在混合物中，大大小小的空腔体密布，绝大多数空腔呈半球形或球缺形(另一半存在于试样的另一端) 。其单元变化过程如下：乳液与水泥混合之后，乳液并没有即刻破乳，两相材料各自有相对富集的集合体且成团粒状，水泥为粉团粒而乳滴呈球形液滴。乳液水泥体系不同于水水泥体系，这是细观不均匀的根本原因。乳液破乳之后，油水分离，各自在内聚力作用下形成球状体，水-水泥相界面将发生水化反应而沥青-水泥颗粒相界面则发生物理吸附。水分耗散殆尽之后，留下近似球状的空腔。所见绝大多数腔体内壁的沥青膜致密、光滑，在腔体内没发现粘接在沥青膜上的水化物晶体，也没发现由腔体内向外侧生长并刺破沥青膜的晶体。在28天龄期的

24、试样中，多见呈一窝窝分布的网状、簇状晶体而未见结构致密的水泥石，这一现象在水泥-水体系中是极难见到的。表明在乳液中的水泥发生水化、硬化、形成水泥石的条件相对恶劣。在此条件下形成的水泥石呈蜂窝状结构，结构之疏松已可见一斑。又由于乳液-水泥体系中发生水化反应和形成结晶结构的速度相对缓慢，内部水分易散失，一旦失水，水泥的水化、硬化即告终止。所以，体系中多有发育不良的结晶结构存在当属必然。室内试验养生条件：恒温恒湿，至少7天，是必要的另一方面，体系中的结晶结构被沥青膜阻断而不能发生结构单元体上的晶体连生，就不可能形成连续相，这是沥青残留物-水泥石体系的又一宏观结构特征。随水化物晶体形成，晶体外围的沥青

25、即吸附于其表面，使晶体只能背向沥青膜生长，在有限的空间内发生连接。按样品中的沥青和水泥的体积分数粗略地估计，乳化沥青残留物形成连续相的可能性要大于水泥石的。水泥石的细观形貌水泥石表面均呈现蜂窝状结构。粒子间不连续，轻触之下即崩溃，可见连接之弱。显微图像证实了沥青膜夹层的存在，它使水泥石不能形成连续相。沥青在混合物中的结构形态沥青在结构中为连续相分布。沥青相的宏观结构为空间膜袋网，膜袋间不连通。水泥石被分割为非连续相。膜袋形状无规则可言，膜壁薄厚不均；相邻膜袋中的水泥石在空间上犬牙交错，呈无序组合。被包封于膜袋内的水泥石姿态万千，皱、瘦、漏、透，大有太湖石之风韵。乳化沥青蒸发残留物-水泥石体系中

26、乳化沥青蒸发残留物的空间结构乳化沥青-水泥拌合物相态单元结构示意图22沥青2222乳化剂水膜水膜水泥粉团111破乳后水泥-水-沥青复合单元体结构示意图323232322323322沥青2沥青水1水泥1水泥3水3213218-10a321218-10b212121212138-10c乳化沥青-水泥单元体结构示意图(1:水泥，2:水，3:沥青) 1:水泥，2: 水，3:沥青沥青气体逸出水渗透、吸附 沥青水泥石空腔水泥石蜂窝状结构单元体形成示意图 沥青 水 气水泥粉团水水泥粉团上篇主要结论 1、国内外现行的关于沥青路面回收料的评价指标体系不能反映回收料的特性，也未能反映回收料性质对冷再生混合料性能的

27、影响，对回收料的选择、质量控制无指导作用；所选用的试验方法对回收料不适用。2、现行的冷再生混合料配合比设计方法不合理 （1）确定混合料最大干密度、最佳含水量（或流体含量）的试验方法违反了“最大干密度、最佳含水量是试件成型功能、力的作用方式的条件性指标”这一基本原理，体系混乱且不合逻辑。 （2）室内试验对象冷再生混合料（包括密度、含水量、材料组成及其结构）与工程所用的材料不是同一种材料，二者无可比性。因而，试验室所得到的试验结果起不到“指导施工、控制质量”的作用，在该体系下得到的材料的力学参数不能作为路面结构计算的参数。3、回收料具有“团粒结构”特点而非单一颗粒物 其内部存在弱界面；其表面的裹覆

28、物（沥青或火山灰反应生成物）与矿质材料基材之间亦为弱界面。这一性质对冷再生混合料的路用性能有着决定性的影响4、以“振动压实试验为手段，无侧限抗压强度为判据”的冷再生混合料材料设计方法体系技术路线清晰、试验方法符合相关试验的一般科学原理且简便易行，室内试验对象（冷再生混合料试件）与工程对象（冷再生混合料结构层）一致，所得结果可以用于工程设计和施工。其中：（1）确定混合料的干密度、含水量（流体含量）的方法振动压实试验法和含水量快速评定法适用于各类冷再生混合料，方法科学合理、原理清晰、试验误差小并且受控。 （2）试件制作方法（振动压实法）和养生方法最大限度地模拟了工程施工工况。用该方法制作的试件进行

29、后续力学试验，试验结果的离散性小，重复性良好，误差可控。 （3）冷再生混合料配合比设计主要流程如下： 回收料筛分析、含块量级配设计初拟胶结 料 （结合料）剂量确定最大干密度、最佳 含水量（流体含量）无侧限抗压强度试验 配合比优化。5、冷再生混合料强度主要影响因素胶结料水泥乳化沥青乳化沥青-水泥影响趋势显著性趋势显著性趋势显著性水泥剂量增*沥青用量增*成型方式振动高*无影响无影响静压低养生方式*粒料表面性质回收料增*无影响*细集料增龄期增*试验温度增*压实度增*说明：和分别表示强度增或减；*表示显著；*表示十分显著6、优化级配范围 胶结料通过下列筛孔(mm)的质量百分率(%)31.526.519

30、.09.54.752.360.60.075水泥100958578576035452728151031001009090756747522535202010103乳化沥青100-801005080356025501428510水泥-乳化沥青100851006080356525501428310说明：1.乳化沥青再生料：（1）dmax31.5mm；（2）19.0mm粗粒料含量不超过20%。2.乳化沥青-水泥再生料：（1）dmax=26.5mm宜选取略粗的级配；（2） dmax=19.0mm宜选取略细的级配，但2.36mm的通过率不宜接近上限。7.冷再生混合料技术指标要求 胶结料7天抗压强度90天抗

31、压强度90天劈裂强度抗压模量Rc7,0.95(MPa)Rc90,0.95 (MPa)Ri90,0.95 (MPa)Ec90 (MPa)水泥 2.5 4.0 0.40600乳化沥青 0.7 1.5 0.15500水泥-乳化沥青 1.0 2.0 0.18500水泥-泡沫沥青 1.0 2.0 0.185008.强度形成机理证实了弱界面的存在。弱界面：乳化沥青蒸发残留物自身；水泥石乳化沥青蒸发残留物膜；胶结料回收料表面。水泥石结晶结构发育不良，成蜂窝状结构，结构强度甚低；非连续相；蒸发残留物混合料中的乳化沥青蒸发残留物呈连续相分布；空间结构形态水泥石被大大小小的乳化沥青蒸发残留物膜袋包裹，尺寸较大的水

32、泥石内部存在呈非连续分布的乳化沥青蒸发残留物。混合料在宏观、细观两个层面均为显著不均匀结构，是典型的非均质材料。机理研究的作用材料优化设计的理论依据： 限制回收料的含块量、掺加细集料的作用及比例、胶结料剂量范围 、所谓再生剂的作用、试验及施工技术节点等。 9、冷再生混合料的结构特点决定了材料的抗疲劳破坏能力极低；这类材料的静力学性质不能反映其在重复荷载作用下的力学性质。据此，将冷再生混合料视为散体材料或许更为合适。功能层、沥青面层及结构组合、构造、横断面形式研究22冷再生混合料（底）基层沥青路面结构功能层研究 从10多种乳化剂、8种稳定剂、3种渗透剂中，优选出阴、非离子乳化沥青透层油5种、高渗

33、透性乳化沥青2种。性能优良。1.透层油2.粘层油1）配方优化：选取11种乳化剂、2种胶乳，通过常规试验、拉拔试验、剪切试验，优化出了乳化沥青、改性乳化沥青粘层油。性能优良。2）界面粘结力影响因素研究包括：粘层油种类、用量；温度；界面污染；水；冻融循环等因素的影响。3）试验工程结论1）界面粘结力最大的涂膜厚度：改性乳化沥青0.3mm，乳化沥青0.2mm,热沥青0.4mm。2）粘结效果排序改性乳化沥青乳化沥青热沥青。3）温度、水、界面污染程度对界面粘结力有极显著影响。3.稀浆封层和微表处稀浆封层可用作冷再生混合料结构层顶面封层；微表处用作表面磨耗层。从29种乳化剂中优选出性能优良的乳化沥青和改性乳

34、化沥青，进行稀浆封层、微表处的后续试验。对封层的防水性能、温度敏感性、抗水损害能力等进行试验研究。试验工程。结论1）稀浆封层封水效果优良，不透水；2）温度升高，稀浆封层材料自身强度和界面粘结力大幅度降低；3）在沥青路面大修工程中，对于保留原路面结构的路段，微表处作磨耗层效果良好。4.碎石封层1）胶结料SBR改性乳化沥青、SBS改性沥青、废橡胶粉改性沥青2）胶结料种类和洒布量、碎石粒径和撒布量对界面粘结力的影响及优化3）碎石封层抗渗水、抗水损害、抗冻性能研究，温度敏感性研究4）试验工程结论1）胶结料洒布量、碎石粒径、碎石撒布量三因素存在交互作用，对界面粘结力有耦合效应。2）改性沥青优于热沥青、改

35、性乳化沥青。3）废橡胶粉沥青碎石封层不透水。4）温度升高，碎石封层界面粘结力大幅度下降。5) 碎石封层设计推荐表 层位参数高速、一级公路二级、二级以下公路胶结料碎石胶结料碎石基层顶面种类、规格高粘度、高粘结力改性沥青510mm沥青、改性沥青510mm用量1.21.6kg/m2覆盖率5565%1.21.6kg/m2覆盖率5565%底基层顶面种类、规格沥青、改性沥青510mm或1020mm用量1.52.0 kg/m2覆盖率6070%底基层之下种类、规格沥青510mm或1020mm沥青510mm或1020mm用量2.02.5 kg/m2覆盖率8090%1.52.0 kg/m2覆盖率8090%针对冷再

36、生混合料的材料特性有目的地提高沥青混合料某一方面的性能，进而提高路面结构的性能，最主要的是提高结构的耐久性，还是非常有价值的。冷再生混合料基层上的沥青面层应该具有密实不透水、抗车辙同时又抗疲劳的特点。这些相互矛盾的技术要求很难同时得到提高。根据已经取得的成果，认为采用连续密级配混合料，在保证适度的抗车辙能力的前提下，最大限度地提高混合料的柔度作为材料研究的目标是合理的。冷再生混合料（底）基层上沥青面层研究 沥青混合料的性能取决于材料组成（级配、油石比）和材料结构。多相散体材料的结构取决于压实成型方式（包括力的作用方式、功能）。这类材料结构特征的重要参数是密度；而对于压实混合料中的各组成材料之间

37、的空间结构状态却无法找到合适的指标予以量化表达，只能用成型方式作定性的、间接的描述。截至目前，人们在研究沥青混合料性能时，注重了材料组成，却忽视了材料结构，即忽视了成型方式对材料性能的影响。那么，什么结构状态是理想的状态？什么成型方式是合理的方式？成型方式与材料结构是什么关系？细胶泥、粗胶泥均匀分布于压实混合料之中的结构是理想的结构状态；能提高压实混合料均质性的成型方式是合理的方式。沥青混合料性能评价标准工程要求材料组成材料结构原材料，比例密度、矿料空间结构、胶泥空间分布试件成型、路面压实方式（功能、力的作用方式）试件成型方式施工工况表面吸附、表面摩擦、颗粒间啮合吻合改变方式将改变材料结构改变

38、方式将影响材料组成优化结果？ 上述分析的结论归纳如下： （1）进行沥青混合料设计或研究，应该从材料组成、材料结构两大方面着眼、入手； （2）材料组成相同而结构不同，其性质必然不同； （3）成型方式（室内试验为试件制作方法，工程中为沥青面层施工方法）决定了材料的结构。成型方式的合理性决定了混合料设计结果的合理性； （4）基于目前的技术条件和已取得的成果，旋转剪切压实方式制作试件最大限度地模拟了沥青面层碾压成型的工况，试件的材料结构与沥青面层的材料结构具有可比性； （5）以合理的试件制作方法为前提，系统地开展沥青混合性能研究，才能把材料组成、材料结构两大方面统一为一体。这一思想抽象为沥青混合料的四

39、要素：级配、油石比、密度和材料结构（或成型方式）。四要素不可分割、互为影响，且存在耦合效应。 当改变了设计方法之后，因素、水平变化对混合料性能产生的影响将或多或少地有别于以往经验。而要想实现“既抗车辙又相对柔韧”的研究目标却不是朝夕之功。GTM的结构组成部件与工作原理 研究发现，按照美国人提出的初始机器角2.0 作为GTM的工作条件参数，以GSI1.0、GSF1.0作为确定最大油石比的判据有局限性，设计出的沥青混合料往往不适合于修筑公路路面。经过系统研究和分析，取初始机器角为1.4 （气压法），以GSI和GSF油石比关系曲线的突变点作为确定沥青混合料的最大油石比的判据更为合理，既符合GTM的工

40、作原理，又能真实反映沥青混合料的物理、力学性质随油石比增大而变化的一般规律。沥青混合料性能验证、体积参数分析和大量的实体工程应用证明，这样的修正科学、合理、可行。这也是在沥青混合料设计方法研究方面的创新点之一。级配优化设计方法研究基于振动压实试验的级配优化设计方法 试验方法简介振动压实成型仪；集料填充密度最大且破碎率不大于2为判据；正交试验法，优化出振动频率24HZ，振动时间15s。级配设计单因素优化法 VCA(%)=c+aX +bX2 VCA(%)=38.05-0.0728X+0.0008X2 X对VCA的最大影响幅值不超过3%。大粒级:次粒级 (60:40)(65:45)。 级配设计均匀正

41、交优化设计法 VCA(%)=d+aX3+bX32+cX2X3VCA(%)=36.36-0.1445X3+0.0017X32+0.0009X2X3 式中：X2次粒级； X3再次粒级观点1.现有级配理论有局限性，不能计算出最优级配；2. 集料的形状不是球体。粒径不等、形状极端无序的集料随机排列形成的整体通过重复性试验却能表现出有序、和一致性，恰恰反映了抽象与具体的辩证统一关系；3.通过几何学分析得到的级配理论，排除了分析对象的表面摩擦阻力的影响，而集料固有的表面摩擦阻力的存在使得集料（不论是单粒径集料还是具有某种级配组成的集料）的实际间隙率一定不等同于理论计算值，而是取决于试验方法。换言之，对于特

42、定的集料，其间隙率不存在真值，只有特定试验方法下的试验值。对于连续密级配沥青混合料，要想得到理想的级配，仅仅研究级配本身是得不出结果的，一定是根据沥青混合料性能的研究结论，将较为合适的级配范围以及级配变化对性能的影响规律、趋势抽象出来之后的结果。相关研究表明，连续密级配沥青混合料所用的级配既不能按照最密实原则设计，也不能按照大间隙原则设计。而以较为密实的级配配制的混合料的综合性能相对优良。结论 沥青混合料优化级配范围级配类型通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-251009510080907080

43、6070455530402230142010147105846AC-2010095100809065785268345024361726121971451046AC-161009510080906678425428381826131991461048AC-13100951007585506033422230152291561148AC-13（抗滑）100951007080435228351723121781361057SMA-16100901006585456520301524132212181015714712SMA-1310090100507520321526142412201016815

44、812 沥青混合料技术性能要求级配类型胶结料动稳定度(次/mm)残留稳定度(%)残留强度比(%)低温弯曲破坏应变摆值(BPN)构造深度(mm)渗水系数(mL/min)小汽车重载车AC-2590号1000120085851200200085851200150085853000500085852000不渗水AC-16SBS I-D500085852000不渗水AC-13SBS I-D500085852000600.6不渗水AC-13（抗滑）SBS I-D300090902000600.7不渗水SMA-16SBS I-D300090902000601.0不渗水SMA-13SBS I-D3000909

45、02500601.0不渗水工程示例：AC-13型沥青混合料低温弯曲试验结果级配编号油石比（%）抗弯拉强度（MPa）弯曲破坏应变（）弯曲劲度模量（MPa）13-A4.512.623439.13850.113-B5.010.723913.42839.213-C4.612.453037.94103.513-D4.511.193050.04221.0沥青混合料的性能与体积参数的相关性分析 （1）当原材料一定，性能优良的沥青混合料配合比是客观存在的，这一最优配合比却又是特定的沥青混合料设计方法（试件成型方法如马歇尔击实法、GTM法等，判据）的产物；由特定的配合比设计方法得到的最优化的沥青混合料具有了其特

46、定的体积特征参数，而决不是具有某一特定体积参数的混合料就一定是性能最优的混合料。 （2）级配、油石比、密度和混合料的材料结构四要素共同构成了一种材料沥青混合料，它们互为依存，互为影响，不可分割。而确定这些要素的是混合料设计方法。方法不同，结果不同，材料的性能不同。 （3）孔隙率VV与沥青混合料的性能之间不存在广泛意义上的相关性。 （4）对于特定的原材料、级配，都存在一个合适的油石比范围。该范围对应的是试件间隙率VMA最小、GSI和GSF突变处。该VMA不是定值（对于同一型号、同一级配的沥青混合料它也不是定值）。路面结构组合、构造及横断面形式研究 参数水泥再生料乳化沥青再生料乳化沥青-水泥再生料

47、泡沫沥青再生料水泥沙砾（水泥4-6%）石灰土 （石灰8-12%）ATB25（25）沥青砼粗粒式（20）EC63750051755011001500400700110014008001200Ri0.480.150.180.180.40.60.20.250.61.00.61.0说明1.对于冷再生混合料，EC= -2S，Ri= -2S；2.其它材料的力学参数取自文献13材料的力学参数 依据冷再生混合料的力学性质和强度机理研究所得结论：将冷再生混合料当做散体材料进行路面结构组合设计或许更妥当。 重交通条件下的结构组合根据工程比拟法的一般原则，拟定出以下柔性路面结构组合： 中交通条件下柔性路面结构组合

48、半刚性路面结构组合 边部防水构造设计图 分道线位置构造设计及横断面形式1.构造设计原则封水而不是排水；提高层间粘结力；2.横断面形式原则尽快排除路表水；3.左侧路缘石（或水泥防撞墙）外侧面的 防漏水设计中篇主要结论 1、冷再生混合料结构层顶面宜喷洒透层油，阴离子常一线油乳化沥青的渗透性强。 2、粘层油种类、洒布量对层间粘结力有显著影响。SBR改性乳化沥青的粘结力最高，最佳洒布量为0.3kg/m2，热沥青和乳化沥青的粘结效果相当。 表面层之下的粘层油宜选用改性乳化沥青。温度升高、浸水、层间污染都使层间粘结力大幅度下降。较高温度下，层间水能使粘层油的粘结力散失殆尽，沥青面层不渗水才能从根本上保证层

49、间连续。 3、稀浆封层、碎石封层可用作冷再生混合料结构层的封层，防水效果优良。 胶结料种类对同步碎石封层的性能有显著影响。热沥青和SBR改性乳化沥青、SBS改性沥青和废橡胶粉改性沥青分别处于同一水平，后者的内聚力、界面粘结力优于前者。 沥青洒布量、碎石撒布量、碎石粒径三因素及其交互作用对碎石封层的性能有显著影响。 4、沥青混合料的性能取决于材料组成和材料结构两大方面。抽象为“级配、油石比、密度和材料结构（或成型方式）四要素”，四要素不可分割、互为影响，且存在耦合效应。 采用GTM方法（不同于美国人提出的方法：工作参数不同，判据不同，结果不同）进行沥青混合料优化设计可实现“级配、油石比、密度”之

50、间的协调和材料组成、结构与性能的统一，进而实现了室内试验对象（试件）和工程对象（沥青面层）的一致性和可比性。 以“适度的抗车辙能力和最大的柔度”为目标，提出了GTM方法设计的沥青混合料的性能指标。 5、采用振动压实试验，以集料结构稳定为判据，通过单因素优化和均匀正交设计优化得出了基于试验的级配优化方法。 6、对于特定的原材料、级配，都存在一个合适的油石比范围对应于试件间隙率VMA最小、GSI和GSF突变处。该VMA不是定值，级配变化产生的影响甚小，主要取决于集料形状和表面性质。 7、对于重载交通条件下的高速公路、一级公路，宜将冷再生混合料结构层视作柔性结构层进行路面结构组合设计；构造设计应以防

51、水为原则；横断面设计应以快速排水为原则。 8、采用道路接缝粘结胶带处理新结构层与原结构层的界面（立面），防渗水、抗拉裂效果显著。4.半刚性基层沥青路面结构转换 设计方法与施工技术研究（1）半刚性基层沥青路面结构状况评价与分级 方法研究 （2）设计方法研究半刚性基层沥青路面结构状况评价与分级方法研究 现行路面状况评价方法剖析 路面损坏DRPCI路面平整度IRIRQI路面车辙RDRDI路面抗滑性能SFC/SRIminSRIPQI 沥青路面的损坏类型和轻重程度鉴别标准损坏类型描述轻重程度分级计量方法剖析横向裂缝与道路中线近于垂直，由施工接缝，低温缩裂，基层接（裂）缝反射所造成轻微：裂缝边缘无或仅有轻

52、微碎裂，缝隙宽不大于5mm严重：裂缝边缘严重碎裂宽大于5mm，有较多支缝，引起车辆剧烈跳动以面积（裂缝宽度按0.2m取值）计成因复杂，难以用面积大小判断病因纵向裂缝与道路中线大致平行，由施工接缝，下卧层沉降，承载力不足所造成不规则裂缝裂缝将面层分割成面积约0.1m210m2的矩形块，由混合料收缩和温度日变化所造成轻微：块度100cm严重：块度50100cm以面积计各种开裂对结构承载力的影响不同龟裂一系列相互交叉的裂缝将面层分割成锐角多边形小块，其最长边小于30cm，由荷载疲劳作用所引起轻微：纵向不联贯的发裂，无碎裂中等：发展成轻重龟裂，有轻度碎裂严重：中等龟裂，较严重碎裂并松动以龟裂区外接面积

53、计实质是有些开裂类型难以用面积量化车辙路表面沿轮迹的凹陷变形，由行车荷载作用下路面结构层的永久变形和（或）路基的塑性变形引起轻微：车辙深6mm13mm中等：车辙深13mm25mm严重：车辙深大于25mm以面积计应补充发生塑性变形的层位波浪（搓板）路表面有规律的纵向起伏变形，由于混合料热稳定性不足所造成轻微：车辆轻微震动，无明显不舒适感严重：车辆震动很大，很不舒适以面积计应区分成因，不适合用面积计沉陷路表面的局部凹陷，由地基沉降所引起损坏类型描述轻重程度分级计量方法剖析唧浆水从裂缝中缓慢渗出；水和细料在重车作用下从裂缝中泵吸出轻微：出现泌水，重车驶经时有水泵出中等：路表面裂缝处可观察到泵出材料严

54、重：路表面裂缝处有大量泵出材料记录发生地点典型的结构性破坏前兆泛油路表面形成一层有光泽的、玻璃状的沥青粘膜，因沥青含量过多或孔隙率太小不分级以面积计往往不会导致结构性破坏松散和老化集料颗粒和沥青结合料散失轻微：集料和结合料开始磨损中等：出现中等粗糙的构造表面严重：出现严重粗糙的构造表面表面层的病害坑槽面层混合料散失后出现的坑洞轻微：深度不大于25mm严重：深度大于25mm以面积计层位与成因更重要，对行车安全影响明显修补损坏原路面采用相同或其它材料进行修补后的状况轻微：状况良好，性能满意中等：略有轻微到中等程度的各种病害严重：严重损坏，需重新修补以面积计难以与结构耐久性相联系现行路面破损状况评价

55、方法、指标PCIPCI包含结构性破损和非结构性破损，通过分析，应剔除非结构性破损；所有路面病害均采用“破损面积”评价不妥；按五级标准划分路面破损状况过细；现行路面破损状况评价标准评价等级优良中次差路面状况指数PCI9080907080607060在相关文献中将第四个外观等级作为路面结构性破坏的临界状态。沥青路面外观等级描述外观等级外观状况路面表面外观特征一好坚实、平整、无裂纹、无变形二较好平整、无变形、少量发裂三中平整、无变形、有少量纵向或不规则裂纹四较坏无明显变形，有较多纵横向裂纹或局部网裂五坏连片严重龟裂或伴有车辙、沉陷路面结构性破损状况评价方法与分级标准研究PSCI法 1.单一类型结构性

56、破损的破损率计算方法研究1）横向裂缝破损率计算方法裂缝类破损不适合采用面积计量。采用横向裂缝间距（不连续结构面数量的另一表示方式）和裂缝宽度表示道路结构的整体性，便于实际操作，同时符合结构理论。因此，采用裂缝间距指标建立横向裂缝对道路结构性能影响的评价标准，并按照裂缝宽度区分裂缝的轻重程度（裂缝宽度3mm轻微裂缝，裂缝宽度3mm为重度裂缝）。 按现行评价方法PCI对应各单一破损数量评价等级PCIDR（%）横向裂缝纵向裂缝条数长度（m）严重轻微严重轻微优1000.0 0 0 0 0 950.1 3 6 13 22 900.4 19 31 70 117 良851 50 83 188 313 802

57、 101 168 377 628 中753 173 288 648 1080 705 269 448 1008 1681 次658 391 652 1466 2443 6011 541 901 2027 3379 按现行评价方法PCI对应各单一破损数量评价等级PCIDR（%）横向裂缝纵向裂缝条数长度（m）严重轻微严重轻微差5514 720 1199 2698 4497 5019 929 1549 3484 5807 4523 1171 1952 4391 7319 4029 1446 2411 5424 9040 3535 1757 2928 6587 10978 3042 2103 3504

58、 7885 13142 2550 2486 4143 9322 15537 2058 2908 4846 10903 18172 1567 3368 5614 12632 21053 1077 3870 6450 14512 24186 588 4412 7354 16547 27578 0100 4997 8329 18740 31234 对应于第四级外观等级描述，选取PCI=80时横向裂缝数量作为路面结构处于临界状态时的破损数量，从实际工况考虑此数值较为合理，不做调整。取处于临界状态时重度横向裂缝条数为101条、平均间距为9.9m；处于临界状态时轻微横向裂缝条数为168条、平均间距为6.0

59、m。当然，建立通用的分级技术标准，尚需进行大样本统计分析。建立任意长度路段横向裂缝破损率评价计算式如下：式中：DR横缝评价路段横向裂缝破损率；n1重、n1轻评价路段重度横向裂缝、轻微横向裂缝条数；L评价路段长度。2）纵向裂缝破损率计算方法3）轮迹带处纵向疲劳裂缝、严重车辙 破损率计算方法4）重复修补（或称修补损坏）破损率计算方法5）龟裂、坑槽、沉陷破损率计算方法 从略 路面结构性破损状状况指数PSCI分级评价标准研究式中：PSCI路面结构状况指数；DRt 分别为评价路段内横向裂缝、纵向裂缝、轮迹带处纵向疲劳裂缝、中等以上车辙、重复修补、龟裂、坑槽、沉陷破损率。优点：充分考虑了单项破损对路面结构

60、的影响，任一单项破损达到临界状态时，即可判定路面结构整体处于临界状态；若单一破损尚未达到临界状态，则按照多项破损累加结果判定路面结构状态。 路面结构状况指数PSCI分级评价标准评价等级好中差PSCI数值8070 8070按承载力标准划分路面状况等级方法研究标准优良中次差公路等级高速公路一级公路高速公路一级公路高速公路一级公路高速公路一级公路高速公路一级公路结构强度系数SSI0.950.800.950.690.800.610.690.61现行方法:公路技术状况评定标准中以设计弯沉为标准，用路面结构强度系数SSI=ld/ls评价沥青路面结构承载能力；根据SSI计算出路面结构强度指数PSSI（百分制