德國瀝青路面設(shè)計(jì)方法

1、第七篇 德國瀝青路面設(shè)計(jì)方法德國高速公路以其歷史久遠(yuǎn)、良好的性能而聞名于世。今年上半年筆者作為國家公派的高級(jí)訪問學(xué)者，在德國烏珀塔爾大學(xué)進(jìn)行為期四個(gè)月的訪問學(xué)習(xí)。現(xiàn)將德國高速公路瀝青路面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及與我國目前的現(xiàn)狀做一下介紹和比較分析。第一章 材料1.1 物集料 瀝青路面面層石料在德國瀝青面層礦物集料一般采用輝綠巖。從使用情況來看，輝綠巖具有良好的抗壓、抗擊碎、高溫穩(wěn)定和抗磨耗性能。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：密度g/cm3抗壓強(qiáng)度N/mm2磨光值 PSV抗擊碎強(qiáng)度碎石SD10 %石屑/砂礫SZ 8/12 %2.752.9518025044607-179-20說明：SD10見德國標(biāo)準(zhǔn)DIN52115

2、；SZ8/12見德國標(biāo)準(zhǔn)DIN52115。 有的高速公路路面面層也使用玄武巖。玄武巖有一個(gè)特點(diǎn)，長期處在高溫陽光照射下，其表面會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn)和裂紋，最終導(dǎo)致表層剝離。在德國考慮使用玄武巖時(shí)，Sonnenbrand試驗(yàn)(暫譯為光照剝離試驗(yàn))是必須要做的。其方法是將玄武巖做成標(biāo)準(zhǔn)試塊，放在蒸餾水中在規(guī)定的時(shí)間和溫度內(nèi)進(jìn)行煮熬(具體見德國試驗(yàn)規(guī)程)，玄武巖表面可能產(chǎn)生斑點(diǎn)和像頭發(fā)絲樣裂紋。煮熬后玄武巖剝離部分不超過原試塊重量的1%。同時(shí)要對玄武巖的碎石和石屑做強(qiáng)度檢驗(yàn)。對于碎石和石屑在煮熬前后抗擊碎試驗(yàn)值SD10、SD8/12兩者之差不超過5%，對優(yōu)質(zhì)石屑不超過3%。 石料高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)石料在常溫下，其

3、各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)能滿足規(guī)定要求，一旦在高溫條件下，其性能會(huì)發(fā)生改變。在德國熱鋪瀝青路面（溫度大于120）中的礦物集料都要做高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)。試驗(yàn)方法是把砂礫或石屑放在馬弗爐中進(jìn)行高溫加壓，試驗(yàn)前后的砂礫或石屑剝離部分增量不超過3%。同時(shí)還要進(jìn)行抗擊碎強(qiáng)度試驗(yàn)，在做高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)前后，抗擊碎強(qiáng)度值SZ8/12增加值不大于3%。如果以上兩個(gè)指標(biāo)都能滿足要求，就證明集料高溫穩(wěn)定性達(dá)到要求。 1.2 瀝青 公路瀝青德國公路瀝青標(biāo)號(hào)按溫度在25時(shí)的針入度劃分，共分5類，其主要技術(shù)指標(biāo)如下： 試驗(yàn)項(xiàng)目公路瀝青B200B80B65B45 B25針入度 1/10mm16021070100507035502030

4、軟化點(diǎn) 37444449495454595967弗拉斯脆點(diǎn) -15-10-8-6-2密度 g/cm31.021.031.031.041.04延度 7cm5 13cm8 25cm4015 稀釋瀝青 按德國標(biāo)準(zhǔn)DIN1995用FB500表示。這種瀝青在稀釋劑蒸發(fā)后殘留下來的物質(zhì)針入度通常為500 1/10mm，殘留物的最小針入度100 1/10mm,軟化點(diǎn)不小于30。 乳化瀝青 乳化瀝青分為非穩(wěn)定性和穩(wěn)定性兩大類。這里介紹的是非穩(wěn)定性乳化瀝青，也是在高速公路上常用的乳化瀝青。非穩(wěn)定性乳化瀝青按照德國標(biāo)準(zhǔn)DIN1995分為U60K和U70K兩類。根據(jù)含水量要求，U60K含水量不超過45%，U70K含

5、水量不超過32%。蒸發(fā)后殘留瀝青軟化點(diǎn)在37和49之間。 冷鋪瀝青 按照德國標(biāo)準(zhǔn)DIN1995冷鋪瀝青用KB表示。這種瀝青允許最大溶劑不超過30%，冷鋪瀝青在蒸發(fā)后的殘留物軟化點(diǎn)在27和49之間。 聚合物改性瀝青 德國采用的聚合物改性瀝青分為彈性改性瀝青和熱塑性改性瀝青。用PmB開頭和后面的數(shù)字表示。彈性改性瀝青分為A、 B兩類，熱塑性改性瀝青為C類。聚合物改性瀝青主要技術(shù)B、 指標(biāo)見下表： 試驗(yàn)項(xiàng)目 聚合物改性瀝青PmB80APmB80BPmB65APmB65BPmB65CPmB45APmB45BPmB45C針入度1/10mm1205020軟化點(diǎn) 40-48 48-55 55-63弗拉斯脆點(diǎn)

6、 -20-15-10延度 7 cm13 cm25 cm 100501003015402010彈性恢復(fù) %50505050 5050 路面表處的聚合物改性瀝青用PmOB表示。分為： 品種 類型 聚合物改性瀝青 A A1 、A2 聚合物改性稀釋瀝青 B B 聚合物改性乳化瀝青 C C1、C2 聚合物改性稀釋乳化瀝青 D D C、D兩類改性瀝青性能相當(dāng)于非穩(wěn)定性乳化瀝青U60K和U70K。 路面表處的聚合物改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)見下表。 試驗(yàn)項(xiàng)目路面表處聚合物改性瀝青 A1A2B C1*C2*D*針入度 1/10mm8040200軟化點(diǎn) 9.5502549.55025弗拉斯脆點(diǎn) -15-10-20-1

7、5-10-20彈性恢復(fù) %505050505050 注： *表示按照德國標(biāo)準(zhǔn)DINV52041-2乳化瀝青中的殘留物PmOB。 冷鋪法施工中的薄面層所使用的聚合物改性瀝青用PmBE-DSK表示。這種改性瀝青與其它乳化瀝青沒有本質(zhì)區(qū)別。PmBE-DSK具有陽離子，其含水量必須嚴(yán)格符合TLPmBE-DSK要求。乳化聚合物改性瀝青回收后的瀝青軟化點(diǎn)不小于50，弗拉斯脆點(diǎn)不大于-15以及彈性恢復(fù)不小于50%。第二章 路面結(jié)構(gòu)德國高速公路瀝青路面部分自下而上(不含基層,底基層)分別為承重層、聯(lián)結(jié)層和面層2.1 承重層承重層由級(jí)配的礦物集料與公路瀝青拌和而成。必須具有足夠的穩(wěn)定性和承載能力。按照德國規(guī)范Z

8、TVAsphalt-StB規(guī)定承重層施工時(shí)分為一層和多層，其瀝青混合料共分5個(gè)類型AO、A、B、C、CS。每層壓實(shí)厚度不小于8cm，多層厚度大于16cm。承重層除了每層最小碾壓厚度外，層數(shù)和總厚度取決于公路等級(jí)。在高速公路上采用的是多層結(jié)構(gòu)，通常為二層或三層。上面所指5種瀝青混合料在多層結(jié)構(gòu)中的最下面一層均可使用。AO和A型結(jié)構(gòu)容易壓實(shí)成型，因此特別適合于其下面的基層由于路基承載力和穩(wěn)定性差而難以壓實(shí)時(shí)使用。對于重交通快車道的公路承重層第一層、第二層均可采用CS型結(jié)構(gòu)；對于I級(jí)公路，如果最下面一層采用AO、A型結(jié)構(gòu)，則其上面一層不能使用B型結(jié)構(gòu)。德國高等級(jí)公路承重層的5種結(jié)構(gòu)類型組合見下表：層

9、 次等 級(jí) 高速公路 I級(jí)公路 一層 CS B、C、CS 二層 CS B1)、C、CS 三層B、C、CS(AO、A)2)A、B、C、CS說明:1)如果第三層采用的AO或A型結(jié)構(gòu)，則不采用。2)只適用于上面是瀝青路面。瀝青承重層要分層施工，施工時(shí)的空氣溫度不低于-3，并且下面的基層要求無雪無霜無冰無水膜。為了保證與基層的粘接力，要求在基層表面噴灑粘結(jié)劑。下面將承重層5個(gè)類型瀝青混合料的級(jí)配與一些檢測指標(biāo)列表如下：瀝青混合料類型AO0/20/32A0/20/32B0/16*,0/22, 0/32C0/16*,0/22, 0/32CS0/16*,0/22, 0/32單位粒徑2mm0800353560

10、60806080%粒徑0.09mm220420312310310%公稱粒徑1010101010%最大粒徑篩余量2010101010%瀝青含量3.3.33.93.63.6%馬氏穩(wěn)定度23458KN馬氏流值1.54.01.54.01.54.01.54.01.55.0mm空隙率420414412410510VOL.-%壓實(shí)度9696979797%瀝青標(biāo)號(hào)B65、B80、(B45)注：* 只作為調(diào)平層。（）僅適合于第三層。2.2 瀝青路面聯(lián)接層德國高等級(jí)公路的瀝青路面結(jié)構(gòu)中均設(shè)置聯(lián)接層，位于面層下面，類似于我國的中面層。它是由級(jí)配礦物集料與公路瀝青拌和而成，必須有良好的穩(wěn)定性和承載力，起到調(diào)平下面承重

11、層和吸收由于交通荷載而引起的水平剪力功能。為了達(dá)到穩(wěn)定性和抗剪切效果，在聯(lián)接層中的用砂要專門加工成優(yōu)質(zhì)軋制砂。在聯(lián)接層中采用聚合物改性瀝青并具有相應(yīng)的粘度是十分有益的。聯(lián)接層施工方法為熱鋪法，其表面沒有保護(hù)層，不宜長時(shí)間跑車。聯(lián)接層的施工厚度按德國規(guī)范ZTVAsphalt-StB取決于混合料的最大粒徑及碾壓條件等因素。粒徑 （mm） 厚度(mm)0/16 4.08.50/16 s 5.08.50/22 s 7.010.0聯(lián)接層主要技術(shù)指標(biāo)見下表： 混合料類型瀝青聯(lián)接層單位礦 料優(yōu)質(zhì)石屑，優(yōu)質(zhì)軋制石屑填料(礦粉)優(yōu)質(zhì)石屑，優(yōu)質(zhì)軋制石屑天然砂,填料(礦粉)0/22S0/16S0/160/111)%

12、0.09mm48483939%2.0mm7080707560755070%8.0mm20%11.2mm252010%16mm251010%22.4mm10%軋制砂與天然砂比1:02)1:02)1:11:1瀝青標(biāo)號(hào)(B65)、B45 PmB45(B65)、B45 PmB45B65、B80(B45)B65、B80瀝青含量4.05.04.25.54.06.04.56.5%空隙率(馬氏)3)5.07.04.07.03.07.03.07.0VOL.-%壓實(shí)度979797964)%注：1）僅作為平整層,不適合高速公路及級(jí)公路。2）在老路改建中,銑刨瀝青的添加材料中天然砂不超過5%。3）在礦物混合料中鐵渣或

13、其它爐渣含量大于20%時(shí),必須用吸水率代替空隙率計(jì)算。4）厚度不小于3cm時(shí)。 ( )只有在特殊情況下使用。2.3 瀝青路面面層在德國高等級(jí)公路瀝青路面面層通常采用以下三種結(jié)構(gòu)：（1）熱鋪瀝青混凝土由級(jí)配礦物與公路瀝青拌和而成。施工鋪筑厚度按規(guī)范ZTVAsphalt-StB中規(guī)定的混合料粒徑以及碾壓條件等因素決定，一般按下列要求進(jìn)行：粒徑 厚度0/5 2.03.0cm0/8 3.04.0cm0/11 3.54.5cm0/11s 4.05.0cm(0/16s) 5.06.0cm瀝青路面面層厚度按照德國規(guī)范RStO一般是4cm。如果面層3.5cm改為3.0cm,則下面聯(lián)接層厚度增加0.5cm。比如

14、聯(lián)結(jié)層7.5cm可以擴(kuò)大到8.0cm。 熱鋪瀝青混凝土主要技術(shù)指標(biāo)如下： 瀝青混凝土0/16 S*0/11 S0/110/80/5單位礦料優(yōu)質(zhì)石屑，優(yōu)質(zhì)軋制石屑,天然砂,石粉0.09mm6.010.06.010.07.013.07.013.08.015.0%2.0mm55655060406035603050%5.0mm 1510%8.0mm254015301510 %11.2mm 151010 %16.0mm10 %軋制砂與天然砂比例1:11:11:11)1:11) 瀝青標(biāo)號(hào)5)B65(B80)B65(B80)B80(B65)B80(B65)B80(B200)瀝青含量5.26.55.97.26

15、.27.56.47.76.88.0%空隙率（馬氏)2)3.05.03.55.02.04.04)1.03.03)2.04.04)1.03.03) 1.03.03)VOL.-%VOL.-%壓實(shí)度9797979796%施工時(shí)空隙率7.07.06.06.06.0VOL.-%注: *只適用于特殊情況。1)適用于級(jí)公路。2)只適用于、級(jí)和輕交通的公路。3)適用、級(jí)公路。4)適用、級(jí)公路以及在特殊荷載特殊情況下可以使用具有相應(yīng)粘度的聚合物改性瀝青。熱鋪瀝青混凝土目前在德國高速公路上作為面層使用不多見。（2）瀝青瑪?shù)壑槭旌狭下访嫠且环N間斷級(jí)配的礦物集料和公路瀝青并加入穩(wěn)定添加劑拌和而成，熱鋪并壓實(shí)。由于

16、碎石含量高，在集料中產(chǎn)生骨架，其空隙用瀝青瑪碲脂或?yàn)r青砂膠等穩(wěn)定性添加劑填充。這種間斷級(jí)配的集料中小于2mm粒徑的礦料含量較少，礦物集料表面積也相對較少，因此需要較多的瀝青用量，同時(shí)要加入穩(wěn)定添加劑（如聚合物、礦物纖維材料等）。瀝青瑪?shù)壑槭旌狭下访婢哂辛己玫目鼓ズ暮头€(wěn)定性能，因此在德國高等級(jí)公路上作為面層使用很廣。瀝青瑪?shù)壑槭旌狭下访鏀備伜穸劝匆?guī)范ZTVAsphalt-StB規(guī)定的混合料中的最大粒徑和碾壓條件等因素決定。一般按下面要求進(jìn)行： 粒徑 厚度0/5 1.53.00/8 2.04.0cm0/8s 3.04.0cm0/11s 3.54.0cm0/8s和0/11s在高速公路和、級(jí)公

17、路面層使用十分普遍。瀝青瑪?shù)壑槭旌狭下访婕?jí)配組成及技術(shù)要求如下：瀝青瑪?shù)壑槭旌狭下访?/11 S0/8 S0/8 S0/5 S單 位礦料優(yōu)質(zhì)石屑，優(yōu)質(zhì)軋制砂，礦粉優(yōu)質(zhì)石屑，優(yōu)質(zhì)軋制砂，天然砂，礦粉0.09mm9131013813813%2.0mm7580758070806070%5.0mm607055457010%8.0mm401010 %11.2mm10 %軋制砂與天然砂比例1:01:01:11:1瀝青標(biāo)號(hào)B65(PmB45)B65(PmB45)B80B80(B200)瀝青含量6.57.07.07.2%穩(wěn)定添加劑0.3 1.50.31.50.31.50.31.5%馬氏空隙率3.04.

18、03.04.02.04.02.04.0VOL.-%壓實(shí)溫度135±5135±5135±5135±5壓實(shí)度97979797%（3）澆注式瀝青面層由具有很小的空隙率的級(jí)配石料和公路瀝青拌和而成。采用熱鋪法。瀝青的含量由集料的空隙決定，其空隙被瀝青完全填滿，并存在少量的多余瀝青。澆注式瀝青面層是一種密實(shí)型面層，在熱狀態(tài)下能夠澆注和涂抹，用普通拌和設(shè)備就能生產(chǎn)。裝運(yùn)過程中要裝配電動(dòng)拌和設(shè)備防止離隙。在200250溫度下，采用特殊設(shè)備或手工澆注，最后在表面撒布石屑，用壓路機(jī)壓實(shí)。為防止氣泡形成，碾壓設(shè)備先用橡膠輪胎進(jìn)行搓揉，然后在撒布石屑后，再用光輪靜壓整平。其表

19、面形象比喻為在玻璃板上撒上石屑，一半壓在玻璃板內(nèi)，一半露在玻璃板上面。澆注式瀝青面層無空隙率，具有很好的防水性能；又因其表面撒布石屑，具有很好的粗糙度，抗滑性能好；同時(shí)由于采用澆注方式，整體性能和穩(wěn)定性能都很好，所以在德國高速公路上使用最廣。攤鋪厚度（包含撒布的石屑）按照規(guī)范ZTVAsphalt-StB中的混合料最大粒徑和攤鋪條件決定。一般要求如下： 粒徑 厚度0/5 2.03.00/8 2.53.5cm0/11 3.54.0cm0/11s 3.54.0cm其中0/11和0/11S適合高速公路和、級(jí)公路。澆注式瀝青面層技術(shù)指標(biāo)如下： 澆注式瀝青面層0/11 S0/11*0/8*0/5*單位礦物

20、材料優(yōu)質(zhì)石屑，優(yōu)質(zhì)軋制砂，天然砂，礦粉0.09mm203022322434%2.0mm455540503545%5.0mm 1510%8.0mm1510 %11.2mm 1022322434%軋制砂與天然砂比例1:2 瀝青標(biāo)號(hào)B45(B25)B45(B65)B45(B65)B45(B65)瀝青含量6.58.06.58.06.58.07.08.5%滲透深度試驗(yàn)2） 30min1.03.51.05.01.05.01.05.010.01)mm再增加30min滲透試驗(yàn)0.40.60.60.6mm注：* 、( )適用于特殊情況。1)適用于自行車道和人行道。2)滲透深度試驗(yàn)是針對澆注式瀝青面層的一種試驗(yàn)方

21、法。第三章 級(jí)配設(shè)計(jì)一個(gè)合理的級(jí)配設(shè)計(jì)是保證瀝青路面經(jīng)久耐用、穩(wěn)定、耐磨的重要條件。德國高速公路的瀝青路面面層、聯(lián)結(jié)層、承重層根據(jù)不同的路面結(jié)構(gòu)類型都有相應(yīng)的級(jí)配設(shè)計(jì)程序，只要將部分粒徑的通過百分率確定下來，并輸入已編好的計(jì)算程序中去，其它粒徑的篩余百分率、通過百分率及級(jí)配曲線會(huì)自動(dòng)生成。在級(jí)配設(shè)計(jì)中，02mm粒徑是級(jí)配設(shè)計(jì)中的控制粒徑。02mm之間又分為四組粒徑00.09mm，0.090.25mm，0.250.71mm，0.712mm。這四組粒徑的集料是從02mm細(xì)粒中進(jìn)行水洗法篩分，得到每種篩子篩余量，允許2mm篩子上有篩余集料。在做水洗法篩分之前，用旋轉(zhuǎn)分配儀將一定數(shù)量的02mm集料（具

22、體數(shù)量由馬歇爾試塊決定）分成8等份，從8等份中取出一等份用旋轉(zhuǎn)分配儀再分成8等份，取其中3等份做水洗篩分。水洗篩分后，將每一份篩分在00.09mm，0.090.25mm，0.250.71mm，0.712mm以及2mm篩子上的篩余量，填寫到計(jì)算機(jī)已編制好的計(jì)算程序表中，在以上各篩孔上程序自動(dòng)生成相應(yīng)的篩余百分率以及通過百分率，并進(jìn)行累計(jì)計(jì)算，得出02mm(含2mm)各篩孔上最終篩余百分率和通過百分率。再將02 mm(含2mm)篩子上最終通過百分率填入到計(jì)算機(jī)中已編制好的程序中去，則大于2mm粒徑組，例如25，58，811等都可以由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出各組孔徑篩子上的通過百分率及級(jí)配曲線。這里要介紹一

23、下旋轉(zhuǎn)分配儀的構(gòu)造和工作原理。旋轉(zhuǎn)分配儀是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸、8個(gè)瓶子、進(jìn)料口及支座組成。進(jìn)料口位于最上面，在進(jìn)料口下面圍繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸懸掛8個(gè)裝料瓶，裝料瓶與轉(zhuǎn)動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)料口有礦料進(jìn)入時(shí)，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，會(huì)將每一份集料等分成8等份進(jìn)入裝料瓶中。旋轉(zhuǎn)分配儀最大優(yōu)點(diǎn)是將細(xì)集料02mm平均均勻分配，防止人工等分造成的離析不均勻現(xiàn)象。集料越細(xì)越容易離析，并且難以發(fā)覺。第四章 總結(jié)我國高速公路瀝青路面與德國高速公路瀝青路面主要區(qū)別有以下幾個(gè)方面：4.1 石料方面我國高速公路瀝青路面面層通常采用玄武巖，德國一般使用輝綠巖。玄武巖一個(gè)重要試驗(yàn)(Sonnenbrand)，我國目前還無法做，這是一個(gè)十分重要的技術(shù)指標(biāo)，也是決定玄武巖能否用作面層材料的關(guān)鍵性指標(biāo)。4.2 瀝青特別是改性瀝青，我國主要參照的是美國標(biāo)準(zhǔn)。4.3 路