瀝青路面配合比設(shè)計思路淺析

1、瀝青路面配合比設(shè)計思路淺析時間：2006-1-18 14:51:15來自：中國公路 作者：彭鵬張文慧，王福生11-22-2004目前，大量實踐證明馬歇爾穩(wěn)定度和流值與瀝青路面的長期使用性能關(guān)系不顯著， 多虧路面結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的損壞也并未真正地利用到混合料組成設(shè)計中去，說明該法存在著 片面性和孤立性。為此作者結(jié)合瀝青路面經(jīng)常出現(xiàn)的破壞形式進行綜合分析。作者指出，瀝青混合料的綜合設(shè)計就是綜合考慮其抗疲勞能力、高溫穩(wěn)定性、低溫抗 裂性及水穩(wěn)性等路用性能，通過確定瀝青混合料的結(jié)構(gòu)參數(shù)如瀝青用量與級配類型性觀的 空隙率等，使混合料具有良好的結(jié)構(gòu)特點，從而獲得較理想的受力變形特性，達到要求的 性能指標。瀝青

2、路面在使用期限內(nèi)就可具有抵抗各種可能破壞形式的能力，所以混合料組 成設(shè)計應該遵循這樣一個設(shè)計思路：瀝青混合料路用性能/混合料受力變形特性/混合料結(jié) 構(gòu)特點/混合料結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過這一思路的逆過程，使混合料逐步從試驗室走想工作實際 中。瀝青混合料氣候分區(qū)：中國幅員遼闊，氣候變化大，對瀝青與瀝青混合料使用性能要 求亦有差別。此分區(qū)按7月平均最高氣溫將全國分為3個大區(qū)，在每個大區(qū)基礎(chǔ)上，又 按年極端最低氣溫分成各個小區(qū)。另外，還根據(jù)年降雨量大小將全國分成4個區(qū)，這與路 面設(shè)計考慮道路總體承載能力的氣候分區(qū)不同?？紤]路用性能的瀝青混合料的特性要求：1、高溫穩(wěn)定性。瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性是指混合料在高溫情

3、況下隨外力不斷作用 抵抗永久比變形的能力。常規(guī)上采用馬歇爾試驗和車轍試驗來評定。2、低溫抗裂性。瀝青混合料變形能力隨著溫度的降低而下降。路面由于低溫收縮和 行車荷載的作用，在薄弱部位產(chǎn)生裂縫，從而影響道路的正常使用。3、耐久性。瀝青混和料的耐久性是指其在外界多種因素（陽光、空氣、水、車輛荷載等）的長期作用下，仍能基本保持原有的性能內(nèi)。它采用馬歇爾試驗，通過測定試件中 的空隙率、飽和度、殘留穩(wěn)定度等來評價。4、抗滑性。隨著車輛行駛速度的增加，尤其要提高路面的抗滑性能，因此必須加強 路面的粗糙度，通常選用質(zhì)地堅硬、具有棱角的碎石等。一般采用路面摩擦系統(tǒng)和構(gòu)造深 度來評價。5、施工和易性。合理的礦料

4、級配使瀝青混合料之間拌和均勻。不致產(chǎn)生離析現(xiàn)象， 適量的瀝青數(shù)量可以避免混和料疏松和結(jié)團現(xiàn)象。馬歇爾設(shè)計方法：馬歇爾試驗方法的最大優(yōu)點是注意到了瀝青混合料的密度/孔隙率 和穩(wěn)定度和流值的特性，通過分析以獲得瀝青混合料合適的孔隙率和飽和度，并求得最佳 瀝青用量。目前采用的部頒標準（JTJ032-94）結(jié)合我國多年的研究成果和生產(chǎn)實際，采 用3階段設(shè)計，綜合考慮瀝青混合料的水穩(wěn)性、抗車轍能力和低溫抗裂性能，求得瀝青混 合料的最佳瀝青用量。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，當前干線公路上的交通狀況發(fā)生了顯著的變 化，貨車的軸載與充氣壓力不斷增大，馬歇爾設(shè)計方法逐漸顯現(xiàn)出一些局限性：交通量劃 分簡單；成型方法不能準

5、確模擬車輪對路面的作用情況、不能很好地適用于改性瀝青混合 料；在進行改性瀝青混合料試驗時常出現(xiàn)荷載稍微增加，變形卻持續(xù)增加的現(xiàn)象；路面的 相關(guān)性較差。雖然馬歇爾設(shè)計方法在某些方面存在一些問題，但由于其設(shè)備簡單，試驗方 法便于掌握，并且經(jīng)過近半個世紀的應用，積累了大量試驗數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗，同時在設(shè)計 一般交通量的瀝青混凝土公路也獲得良好的實用效果，因此，在解決重載交通瀝青混凝土 設(shè)計方面，應十分注重如何借鑒新的設(shè)計思路，并將其合理地融入到馬歇爾試驗方法中去。GTM設(shè)計方法：美國工程兵旋轉(zhuǎn)壓實剪切試驗即（GYRATORY TETINGMACHINE，簡稱GTM）作為一種理論研究和工程兵實際應用的工具

6、，是由美國工程兵為 解決轟炸機跑道容易破損的問題專門研究發(fā)明的。GTM是柔性路面在荷載作用下的機械 模擬。該試驗機采用類似于施工中壓路機作用的搓揉方法壓實瀝青混合料，并且模擬了現(xiàn) 場壓實設(shè)備與隨后交通的作用，具有改變垂直壓力的靈活性。GTM實驗機最大限度地模擬汽車在公路上行駛時輪胎與路面的相互作用，通過旋轉(zhuǎn)壓實，使模擬中瀝青混合料密度 達到汽車輪胎實際作用于路面時路面時所產(chǎn)生的密實度，即對試件施加垂直壓力（還壓力 通過測試汽車輪胎對路面的實際壓強確定），試件在該壓力作用下，被旋轉(zhuǎn)壓實到平衡狀 態(tài)，（所謂平衡狀態(tài)，是指沒旋轉(zhuǎn)每旋轉(zhuǎn)100次試件密度變化率為0.016g/cm3）。GTM 在確定最佳

7、瀝青用量時，根據(jù)不同用油量的試驗結(jié)果，畫出用油量與試驗結(jié)果的關(guān)系曲線， 來決定瀝青混和料的設(shè)計密度及最佳瀝青用量。GTM確定最佳瀝青用量有3個指標：穩(wěn) 定值、抗剪安全系數(shù)、密度。在進行瀝青混凝土配合比GTM有以下幾方面優(yōu)越性：1、GTM試驗應用科學推理的方法，采用應力應變原理進行設(shè)計，試驗時在一定的 壓力下對試件揉搓旋轉(zhuǎn)成型，使其對試件的作用和汽車輪胎與路面的作用力十分相似，并 且在旋轉(zhuǎn)成型過程中減少骨料的破碎。2、GTM 擁有試模型號為 10.5x15.2cm,15.2x25.4cm,20.3x30.5cm 三種，在 進行瀝青混凝土配合比設(shè)計時，可根據(jù)瀝青混凝土的類型選擇試模，尤其對于粒徑大

8、于 26.5cm的粗粒式瀝青混凝土更顯出其優(yōu)越性。3、GTM與公路實際情況聯(lián)系更緊密。利用GTM設(shè)計瀝青混凝土時，充分考慮公路 行車荷載的實際情況，根據(jù)每條公路的情況在設(shè)計瀝青混凝土時選擇不同的設(shè)計壓強，因 而設(shè)計的瀝青混凝土更合理。4、GTM設(shè)計的瀝青混凝土考慮了車轍產(chǎn)生的因素。從理論分析講，產(chǎn)生車轍的因 素漢族要有兩個，一是由于瀝青路面在行車荷載的反復碾壓下進一步壓密而產(chǎn)生的；二是 因瀝青混合料在高溫時的強度不足以抵抗車輪荷載的反復作用，輪下部分瀝青混凝土產(chǎn)生 剪切變形逐漸被擠壓到兩側(cè)，使兩側(cè)的瀝青混凝土面層鼓起，形成側(cè)向流變而產(chǎn)生車轍。 而GTM在設(shè)計時充分考慮了這些問題。采用的垂直壓強是該公路汽車輪胎對路面的實際 壓強，并且試件在該壓強下被壓實到平衡狀態(tài)，因此不會產(chǎn)生第一種變形。同時，GTM 設(shè)計的瀝青混合料滿足了行車荷載作用下需要的抗剪強度，因此也不會因抗剪強度不足而 產(chǎn)生側(cè)向推移。5、馬歇爾法在設(shè)計瀝青混合料時考慮孔隙率、飽和度等體積指標，GTM法在設(shè)計瀝青混凝土時沒有將這些體積指標作為確定用油量的指標，但是從GTM法確定用油量的 指標中可以看出，壓實穩(wěn)定值與體積指標有一定的關(guān)系。當瀝青混合料過度壓實或者填充 較多的瀝青時，壓實穩(wěn)定值變大，開始出現(xiàn)塑性變形。6、TGM設(shè)