（交通运输工程专业论文）骨架结构沥青混合料的研究.pdf

r 。i s t u d yo nt h ef r a m e s t r u c t u r ea s p h a l tm i x t u r e ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：g o ug u o t a o s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f p e n gb o c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 伽8 2_03 7舢1哪y ti。 _ - t 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： 岛司移多年朋堋 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： 导师签名： 渤幻匿平 血歹磕 i 、月t 日 厶矽夕年月二工日 j 摘要 我国公路交通发展非常迅速，随之带来的车辆超载、超限问题越来越严重，由此引 起的沥青路面高温变形破坏十分突出，导致路面破坏现象严重。道路工程师为了解决这 一难题，采取各种技术措施改善沥青混合料高温稳定性，以提高沥青混合料抵抗高温变 形破坏的能力。骨架结构沥青混合料，正是因为它具有较好的粗集料结构，能够提高沥 青混合料的路用性能，因此，对骨架结构型沥青混合料进行深入研究是非常必要的。 论文通过改进骨架结构型沥青混合料级配，从而提高沥青混合料高温稳定性，延长 公路的使用寿命。研究不同类型沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳性和疲劳 特性等路用性能，对骨架结构型沥青混合料路用性能进行了系统的分析和研究。 研究结果：表明骨架结构沥青混合料的高温稳定性、马歇尔残留稳定度、冻融劈裂 强度、摩擦系数、构造深度等路用性能优于密级配沥青混合料；抗渗透性能与密级配沥 青混合料相差不大；而低温抗裂性能、疲劳耐久性略低于密级配沥青混合料。根据室内 试验结果，铺筑实验路，进行了现场路用性能检测与分析，验证了骨架结构型沥青混合 料具有良好的路用性能；同时，验证了骨架结构沥青混合料与密级配沥青混合料施工工 艺基本一致，无需增加施工机械、设备及施工工序。 关键词：骨架结构沥青混合料级配路用性能施工工艺 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fo u r h i g h w a y , t h ep r o b l e mo fo v e rl o a d i n ga n do v e rl i m i t s i sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s l y t h e r e f o r e ，t h ed a m a g eo fh i g ht e m p e r a t u r ei s s o o b v i o u s t or e s o l v et h ep r o b l e m ，h i g h w a ye n g i n e e ra d o p tk i n d so fm e a s u r e st oi m p r o v et h e h i g h - t e m p e r a t u r es t a b i l i t yo fa s p h a l tm i x t u r ei no r d e rt os t r e n g t h e nt h ea b i l i t yo fr e s i s tt h e d a m a g eo fh i g ht e m p e r a t u r e b e c a u s ef r a m es t r u c t u r ea s p h a l tm i x t u r ei so fg o o dc r u d e a g g r e g a t es t r u c t u r e ，i tc a ni m p r o v et h ep a v e m e n tp e r f o r m a n c e i ti sv e r yn e c e s s a r yt o l u c u b r a t et h ef r a m es t r u c t u r ea s p h a l tm i x t u r e t h i sp a p e rt h r o u g hi m p r o v i n gt h e g r a d a t i o no ff r a m es t r u c t u r ea s p h a l tm i x t u r et o h e i g h t e nt h eh i g h - t e m p e r a t u r es t a b i l i t yo ft h ea s p h a l tm i x t u r e s t u d yt h eh i g h - t e m p e r a t u r e s t a b i l i t y , l o w - t e m p e r a t u r ec r a c kr e s i s t a n c e ，w a t e rs t a b i l i t ya n df a t i g u ep r o p e r t yo fd i f f e r e n t k i n d so fa s p h a l tm i x t u r e i th a sas y s t e m i ca n a l y s ea n dr e s e a r c ho nf r a m es t r u c t u r ea s p h a l t m i x t u r e t h er e s u l to fr e s e a r c hi n d i c a t et h a th i g h - t e m p e r a t u r es t a b i l i t y ，m a r s h a l lr e s i d u a ls t a b i l i t y , f r o z e n - t h a w i n gs p l i t t i n gi n t e n s i t y , f r i c t i o nc o e f f i c i e n t ，t e x t u r ed e p t ho ff r a m es t r u c t u r ea s p h a l t m i x t u r ei sb e t t e rt h a nd e n s eg r a d a t i o na s p h a l tm i x t u r e ，a n di t sa n t i p e r m e a b i l i t yp e r f o r m a n c e h a sl i t t l ed i f f e r e n c et of a t i g u ep r o p e r t y h o w e v e r , i t sl o w - t e m p e r a t u r ec r a c kr e s i s t a n c ea n d f a t i g u ep r o p e r t ys l i g h t l yw o r s et h a nd e n s eg r a d a t i o na s p h a l tm i x t u r e a c c o r d i n gt ot h er e s u l t o fe x p e r i m e n t st h i sp a p e ra n a l y s e sa n de x a m i n e st h ep a v e m e n tp e r f o r m a n c e m e a n w h i l e ，i t v a l i d a t e st h ec o n s t r u c tt e c h n i c so ff r a m es t r u c t u r ea s p h a l tm i x t u r ea n dd e n s e g r a d a t i o n a s p h a l tm i x t u r ei ss i m i l a r k e yw o r d s ：f r a m es t r u c t u r e ；a s p h a l tc o n c r e t e ；g r a d a t i o n ；p a v e m e n tp e r f o r m a n c e ； c o n s t r u c tt e c h n i c s j 第一章绪论 目录 1 1 1问题的提出及研究意义l 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 国外研究现状2 1 2 2 国内研究现状3 1 3 主要研究内容5 第二章室内试验方案及研究方法 2 1室内试验内容与方案“6 2 1 1 原材料性质分析6 2 1 2 沥青混合料路用性能研究6 2 2 试验研究方法一7 2 2 1 沥青材料试验7 2 2 2 沥青混合料马歇尔试验8 2 2 3 沥青混合料高温稳定性试验8 2 2 4 沥青混合料抗疲劳性能试验9 2 2 5 沥青混合料低温抗裂性能试验l o 2 2 6 沥青混合料抗滑性试验1 3 2 2 7 沥青混合料水稳定性试验1 3 2 2 8 沥青混合料渗透性试验1 5 第三章原材料技术性能分析 1 6 3 1原材料技术性能1 6 3 1 1沥青材料l6 3 1 2 矿料1 7 3 2 混合料级配类型1 8 第四章骨架结构沥青混合料路用性能研究2 1 4 1 沥青混合料配合比设计2 l 4 1 1 配合比设计2 1 4 1 2 马歇尔性能试验2 l 4 2 沥青混合料水稳定性2 3 4 2 1 概述2 3 4 2 2 残留稳定度试验2 4 4 2 3 冻融劈裂试验”2 4 4 3 沥青混合料疲劳耐久性2 5 4 3 1 概述2 5 4 3 2 试验结果与分析2 6 4 4 沥青混合料高温稳定性2 7 4 4 1 概述2 7 4 4 2 试验结果与分析2 9 4 5 沥青混合料低温抗裂性3 0 4 5 1 概述3 0 4 5 2 低温压缩试验3 2 4 5 3 低温弯曲试验3 3 4 5 4 切口小梁试验3 3 4 6 沥青混合料抗滑性能3 4 4 6 1 概述3 4 4 6 2 试验结果与分析一3 6 4 6 3 沥青路面抗滑性能分析3 8 4 7 沥青混合料抗渗性能3 9 第五章试验路研究”4 0 5 1 沥青混合料配合比设计4 0 5 1 1 原材料技术性能4 0 5 1 2 配合比设计41 5 2 试验路观测与分析”4 1 5 2 1 摩擦系数测试4 2 5 2 2 构造深度测试4 2 5 2 3 渗透性测试4 2 5 2 4 综述4 2 5 3 施工工艺一4 2 5 3 1 施工准备阶段注意事项4 2 5 3 2 施工工艺及注意事项”4 3 5 3 3 接茬处的碾压操作要求_ “4 7 5 3 4 提高压实质量的关键技术4 7 5 3 5 小结4 8 主要结论与进一步研究设想”4 9 1 、主要结论“4 9 2 、进一步研究设想4 9 参考文献”5 0 致谢5 3 毫 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1问题的提出及研究意义 改革开放以来，我国的经济发展取得了非常大的成就，各行各业都取得了很大的发 展，其中公路运输事业作为基础产业更是首当其冲。我国自1 9 9 0 年以来进入了高等级 公路建设的黄金阶段，公路建设亦进入了最光辉灿烂的时期。公路建设规模逐年扩大， 公路建设在质量和数量上都有了相当大的提高。资料显示，截至2 0 0 8 年底，全国公路 通车总里程已达3 6 8 万公里，其中高速公路为6 0 3 万公里。经过多年的建设和发展， 我国已初步形成了以铁路、公路运输为主，民航、水运为辅便捷的交通运输网络和立体 交叉综合运输体系。根据国务院、交通部“十一五”计划和“五年规划”，加快基础设施的 建设是一项长期政策，国家今后几年对公路建设投资都将保持较大的力度，公路建设还 将得到更大规模的发展。 沥青路面作为一种无接缝连续式路面，它具有很多优点，如力学强度高、行车平稳 舒适、稳定性好、噪音低、振动小、适应面广而且便于维修养护等，因此一直受到世界 各国的重视，并被广泛使用。而在我国，沥青路面的应用更为广泛，高等级公路以及普 通公路绝大多数都采用沥青路面。数据显示，沥青路面在高级、次高级路面中的占9 5 以上的比例。另外，沥青路面也经常应用于修补、处治水泥混凝土路面等。 随着国民经济的高速发展，现代交通呈现出显著特点，如交通流量增大，轴载加重 以及交通渠化等，这是公路运输发展的必然趋势。在这种形势下，我们对路面提出了更 高的要求，如高速、耐久、舒适、安全等。如果路面结构不合理，路面材料( 包括沥青 面层和半刚性基层) 和混合料选择不当，肯定会影响道路的正常使用，甚至会产生较为 严重的早期破坏，如沥青面层开裂( 包括直接裂缝荷载疲劳裂缝；间接裂缝反 射裂缝) ，松散( 包括剥落、坑槽等) ，变形( 包括车辙、波浪或搓板、沉陷等) ，而传 统的沥青路面难负重任。 因此，要采取一定的技术措施，如通过调整沥青混合料材料组成，改变混合料类型 等以提高或改善沥青路面的使用性能，减少或减轻路面病害是广大道路工作者所期盼 的，同时也是目前公路建设发展和交通状况所要求的。 所以，根据我国公路的交通特性、受力状况、环境特点、材料性能等，从混合料组 成着手，开展骨架型沥青混合料性能研究，具有重要的现实意义，且对我国公路交通运 第一章绪论 输事业的发展也起到良好的推动作用。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 从伽利略时代就开始有关骨架及其填充问题的研究，并探讨如何在有限空间内达到 颗粒的密排，而牛顿当年也曾试图解决用圆型颗粒最大程度的填充某个空间的问题，但 一直都没有结果，经历了上百年的时间，期间也确实出现了一批理论和模型来解决这个 问题，然而始终都存在着各种无法解决的问题。对集料来说，究竟怎样才算形成了骨架， 而什么样的状态才能算稳定骨架是很值得研究的问题。 s u p e r p a v e ，( 高性能混凝土) 级配组成设计方法在国外被认为是实现多级嵌挤的骨 架密实型沥青混凝土的一种较好设计方法，国外广泛采用。 s u p e r p a v e 的集料组成是在集料的特性和质量符合其规范要求的前提下，总结了前 人的理论和经验，以控制点和限制区的形式得出的。其中有继承、有发展、有创新。 s u p e r p a v e 的控制点主要是对粗集料进行控制，使其不离析、不推挤。禁区是限制细集 料特别是天然砂含量以防止出现“驼峰级配”，避免压实不稳定区的形成，保证集料具有 适宜的矿料间隙率，减小高温变形现象发生。s u p e r p a v e 的集料组成设计重视集料的特 性和质量是非常重要的，他对骨架的形成有着先天的影响。控制点是对粗集料组成进行 一定的范围控制，这个理念也是很重要的，虽然这个指标不够量化，但是它给出了粗料 部分不离析不推挤，骨架相对稳定的一个范围，是具有很大参考意义的。禁区主要针 对的是细集料部分，保证填充的稳定性。但现在研究认为，在满足s u p e r p a v e 集料特性 要求和其它体积性质情况下，级配限制区是多余的。所以s u p e r p a v e 的集料组成对于粗 料部分给出的控制点的概念对后续的粗料骨架的行成研究是重要启示。 贝雷法对于粗集料骨架，按其形成紧密程度，分为两种：一是紧排骨架，用v c a m i x ( 沥青混合料中的粗集料骨架间隙率) 4 5 1 5 密度( g c m 3 ) 1 0 1 6 3 实测 薄 2 5 针入度( 0 1 m m ) 5 5l 膜 2 5 。c 针入度比( ) 6 1 8 5 7 力口 质量损失( ) 0 0 0 2 郢8 热 1 5 延度( c m ) 2 3 2 0 t s o o ( ) 4 7 6| 乃2 ( ) 1 8 4 l| 针入度指数p i 0 4 4 5 91 5 + 1 o 塑性温度范围( ) 5 9 8| 蜡含量( 蒸馏法，) 1 9 ls ：2 2 注：、刀。、只，按直线回归相关系数，尺= 0 9 9 8 。 为更好的分析沥青的性质，在气候分区基础上，分析了当量软化点、当量脆点、塑 性温度范围、针入度指数等指标。 当量软化点：t o o ：l g 了8 0 0 - k ：2 9 了0 3 1 - k ( 3 1 1 1 ) - , - l l gp e n2 3 t l gp 阴 当量脆点：互2 ：堡堕：0 0 7 9 2 - k ( 3 1 1 2 ) l l g t l l gp e n 长安大学硕士学位论文 塑性温度范围：丁：瓦0 0 一正2 ：_ 2 8 2 3 9 l l l gp e n 针入度指数：p z l g p e n = 等 ( 3 1 1 3 ) ( 3 1 1 4 ) 从表3 1 1 1 中的技术性能可看出，试验选用a 级9 0 # 克拉玛依道路石油沥青是符 合公路沥青路面施工技术规范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 要求的。 2 沥青针入度一温度关系 所选的沥青符合1 0 9 尸= 彳l 。朋n 的规律，如下图3 1 1 1 所示。由图可见，在半对 数坐标中针入度p 与温度t 是呈直线关系的。 昌 官 。 瑙1 0 0 一 2 6 0 2 6 3 2 1 2 6 2 l l2 6 1 2 l2 5 1 2 3 2 5 0 5 8 细集料2 5 0 第三章原材料技术性能分析 表3 1 2 - 3集料吸水率( ) 、 指标 项目 测试值规范要求值 9 5 m mo 6 5 受 4 7 5 m m1 6 2 q 2 矿粉 矿粉采用石灰岩磨细而成。技术性能如表3 1 2 4 所示。 表3 1 2 - 4矿粉技术性能 筛孔尺寸( m m )通过率( ) 规范限值 o 1 59 0 8 9 0 1 0 0 筛分 0 0 7 5 7 8 9 0 7 5 1 0 0 底 o0 亲水系数 0 7 9 s 1 6 。 由以上试验测试方法可以看出，用能量法评价的切口小梁试验能够较好的反映沥青 混合料的低温抗裂性，是一种值得大力推广的方法。 4 6 沥青混合料抗滑性能 4 6 1 概述 国内外在如何提高路面的抗滑能力和路面抗滑阻力的形成机理方面作了大量的研 究工作。 世界上最早进行路面抗滑阻力研究的部门是英国t r r l ( 运输与道路研究实验室 t r a n s p o r t a t i o na n dr 0 a dr e s e a r c hl a b o r a t o r y , 简称为x r r l ) 。他们的研究成果不仅仅证 实了在潮湿状态下发生事故的危险性与路面滑溜之间的关系，还发展完善了抗滑理论， 也推动研制了路面抗滑阻力测试设备。 国际道路会议在1 9 4 9 年成立了路面滑溜及平整度技术委员会，研究的领域从单纯 的路面结构理论扩展到了薄层摩擦学、空气动力学、环境检测与控制、固体表面化学、 人造集料等。英国运输部在1 9 7 6 年出版的技术备忘录( h 1 6 7 6 ) 新建沥青路面骨料特 性和构造深度技术要求依据公路线型和交通量的不同，提出了对于新建沥青路面骨料 和构造深度的技术要求，并考虑了采用一项使干线公路湿抗滑阻力能够保持在适当水平 技术标准的可能性。在俄亥俄州哥仑布市1 9 7 7 年举办的第二届防滑会议中，路面特性 小组委员会在会议报告中指出：对于路面的防滑问题，不能只考虑摩擦系数一项指标， 长安大学硕士学位论文 还应考虑到其它一些重要因素，如表面构造、车速、交通性质、几何形状、事故记录及 成本与受益分析等因素。第十八届道路会议柔性路面技术委员会总报告中特别指出：在 优化沥青面层的抗滑能力时，材料性能( 即微观构造与耐磨耗性能、耐磨光性能等) 应 优先考虑；其次应该考虑路面构造( 也就是从构造上满足宏观构造的要求) ：第三是施 工的技术及其采用的方法。 路面的微观构造和宏观构造共同决定了路面的抗滑能力。理想的路面应是能够提供 足够的抗滑力以确保汽车能够安全的行驶。因此，抗滑面层需要解决的主要问题有： ( 1 ) 以各种车速行驶时，都能保证良好的微观构造； ( 2 ) 以较高的车速行驶时，必须要有排水良好的宏观构造，以确保在高速行驶时， 路表的抗滑能力不会下降太多。 因此首先需要选用磨耗值和压碎值( 冲击值) 低、磨光值高的石料作为抗滑面层的 主骨料，用来形成良好的微观构造；同时采用优选级配并采用合理的施工工艺，以形成 较大的宏观构造。 沥青路面的微观构造由石料的磨光值表征，磨光值越高，石料的抗滑性能就越好。 当选用的石料的磨耗值及压碎值( 冲击值) 低时，路面就具有了足够的抗磨抗压能力， 以此保证石料在交通荷载的作用下而不被压碎。矿料级配形成了沥青路面的宏观构造， 同时控制着路表抗滑力随车速的提高而下降的比率。宏观构造越大，高速行车时路面的 抗滑能力就会越强。 国际、国内都对抗滑表层进行了大量的研究工作，提出了许多沥青抗滑表层的型式， 有些国家在规范中也作出了明确的规定。 目前，欧美等发达国家普遍采用了沥青玛蹄脂碎石混合料来铺筑沥青抗滑表层。它 的空隙率仅为2 - - - 4 ，它的特点有四高一低，即高质量的轧碎粗集料；高粗集料含量； 高矿物填料含量和高沥青胶结料含量，包括小于0 0 7 4 m m 的矿粉；以及低的中等尺寸 集料的含量。s m a 混合料同密级配混合料相比，粗集料( 大于2 3 6 m m ) 占了7 0 8 0 ， 粗集料的含量较高，这就增加了集料与集料之间的接触，从而提高了抵抗永久变形的能 力；较高的轧制碎石百分比保证了使其具有一定的嵌挤能力和抗滑阻力；高的沥青和矿 粉用量所构成的沥青胶浆体系有效的增加了沥青的粘结能力，有利于耐久性的提高；低 的空隙率有效地减少了水的渗入以及沥青的老化硬化。 对于高等级公路来说，不仅要在竣工验收时应该有高的抗滑水平，而且在使用多年 后，也能够保持有高的抗滑能力。在我国公路沥青路面设计规范( j t gd 5 0 - 2 0 0 6 ) 第四章骨架结构沥青混合料路用性能研究 中对高速公路以及一级公路沥青路面抗滑标准的规定为：摆值蹦5 b p n ，横向力系数 s f c 2 5 4 ，t d 0 5 5 ；对于使用期的抗滑标准，规范尚未作出规定。早在1 9 6 4 年瑞士就 规定了路面使用期的最低抗滑值f 比验收值降低最大不宜超过5 b p n 。就我国现有干线 公路调查的情况来看，路面在使用一段时期后，一半路段的摆值f 都小于4 0 b p n ，并 且表面构造深度t d 小于0 3 m m 的占7 0 ，在实际使用过程中，抗滑能力降低较快， 与规范所要求的抗滑标准相差比较大。例如，阳光大道城市主干道段，2 0 0 6 年前f 值 仅为2 7 3 3 b p n ，2 0 0 8 年进行防滑处理，在2 0 0 8 年再次进行检测时，其结果如表4 6 1 1 所示。 表4 6 1 - 1抗滑试验路检测结果 检测路段 k 9 2 + 3 5 0 6 5 0k 9 2 + 6 5 0 7 3 0 抗滑表层类型 a c 1 6 c s 1 6 摆值f ( b p n )5 47 1 2 0 0 6 7 构造深度t d ( m m ) 0 72 3 摆值f ( b p n )4 0 4 4 2 0 0 8 1 0 构造深度t d ( m m ) o 5 30 8 2 由表中可以看出，虽然有的沥青面层抗滑性能虽然初期较好，但是在使用一段时间 后，抗滑能力的衰减仍然是很快的。因此对路面抗滑性能进行考核不仅应考核其初始抗 滑能力，还应考核它随累计交通量的增加而下降的规律及其抗滑持久能力，以确保路面 在使用年限内的抗滑性能不至于下降到路面要求的最低值。 4 6 2 试验结果与分析 1 摩擦系数测定 ( 1 ) a 级9 0 # 克拉玛依道路石油沥青混合料摩擦系数 试验结果如表4 6 2 1 和图4 6 2 1 所示 表4 6 2 - 1沥青混合料摩擦系数 类型 摩擦系数f ( b p n ) a c 1 6 c3 3 s 1 65 1 3 6 长安大学硕士学位论文 图4 6 2 - 1重交通道路石油沥青混合料摩擦系数 s 1 6 与a c 1 6 c 相比较，集料中粗集料含量明显偏高，这一点从图4 1 2 2 的4 7 5 m m 颗粒的通过率可以很明显的看出来，较高的粗集料含量有利于增加混合料的表面粗糙程 度，提高抗滑系数。 2 构造深度试验 ( 1 ) a 级9 0 # 克拉玛依道路石油沥青混合料构造深度 试验结果如表4 6 2 - 2 和图4 6 2 2 所示。 表4 6 2 - 2沥青混合料构造深度 类型构造深度t d ( m m ) a c 一1 6 co 6 l s 1 60 9 9 图4 6 2 - 2沥青混合料构造深度 级配从a c 1 6 c 到s 1 6 ，可以明显看出随4 7 5 r a m 颗粒通过率的降低，构造深度在 3 7 第四章骨架结构沥青混合料路用性能研究 增加。 4 6 3 沥青路面抗滑性能分析 ( 一) 构造深度对表面抗滑性能的影响 1 宏观构造与微观构造 当司机踩下刹车时，由于轮胎和路面之间有相互摩阻作用，因此车辆才能停住。公 路路面滑动阻力的大小除了与汽车的轮胎特性有关外，在很大程度上还取决于路表的粗 糙程度。它是矿物学、岩石学、构造学与气候和交通荷载相互作用的综合反映。如果没 有了粗糙度，就几乎没有了抗滑阻力，就不会有有效的车辆制动。除特殊情况外，路面 处于干燥状态时，抗滑能力通常是比较满意的。但在潮湿路面状况下，抗滑水平将会明 显下降。这是由于潮湿的路表会使得轮胎和路面之间出现了薄层水膜。因此，路面表面 集料的功能是：刺破这层水膜并且使轮胎和路面之间形成干接触；排除轮胎下的水。 第一项功能与路表面的微观构造有关系，即集料表面的纹理构造和交通作用下的抗磨光 能力；第二项功能取决于路面的宏观构造，它同施工工艺和抗滑磨耗层混合料的级配有 关。 微观构造制约着轮胎同路面之间的湿抗滑力水平。它所指的是面层石料表面水平方 向0 - , 0 5 m m ，垂直方向0 - - 0 2 m m 的微小构造。排除表面的任何水分外，构造剩余薄 膜水的水膜厚度大约为( 1 3 ) x l o m l n 。所以，为了提高湿抗滑力，微观构造应能够 足以刺破薄膜水厚度，当集料微观剖析增大到5 x l o o m i l l 以上时，湿抗滑力会急剧的增 加。另外，当微观构造大于l o o x l o 刁m m 时，轮胎磨损会很大，而湿抗滑力却增加较小。 为取得足够的湿抗滑力而又不至于使轮胎过度磨损，最好使微观构造介于l o x l o - 3 l o o x l o 刁m m 之间。微观构造既会影响低速行车时的抗滑力，也会影响高速行车时的抗 滑力。它可以用电子显微镜直接测定，也可以用测定石料磨光值的方法间接测定。石料 磨光值越大、微观构造也越大，集料的抗滑性能就越好。 路面的宏观构造控制湿抗滑力随车速的提高而下降。它指的是水平方向0 5 - - 5 0 m m ，垂直方向o 2 l o m m 的较粗构造。它在路面集料间的空隙率和排水能力上得以 反映。当所有其它情况相同的时候，在粗构造的路面上，其湿抗滑力随车速提高而下降 的比率是比较小的。所以，湿抗滑力随车速而变化的关系显然受轮胎与路面接触处的排 水能力的影响。它可用激光构造深度仪或铺砂法进行直接测定，也可用路面排水能力法 或透水计法进行间接测定。宏观构造深度增大，高速抗滑能力也会提高。 2 沥青路面的表面功能及抗滑性能 3 8 长安大学硕士学位论文 沥青路面的表面层直接承受车辆的行驶，它受车轮对它的撞击、磨耗，所以对路面 表面功能的要求至关重要。沥青路面的表面层应具有以下表面功能： ( 1 ) 为行进的车轮提供足够的摩擦力，特别是在路面湿润的情况之下，路面的摩 擦系数下降，摩擦力不足是导致车轮侧滑和刹车距离延长的根本因素。 ( 2 ) 为车辆行进提供一个平整舒适的表面。 由于平整度并不是仅仅由路表面决定的，所以通常所说的路面表面功能指的是噪 音、抗滑、车后拖带的水雾、车轮向两侧的溅水。 为保证沥青路面的抗滑性能，除了规定抗滑表层的矿料级配外，公路沥青路面施 工技术规范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 还对抗滑表层粗集料的抗滑性能作出了详细的规定，要 求石料冲击值不大于2 8 ，磨光值不小于4 2 。 4 7 沥青混合料抗渗性能 沥青混合料渗透性试验主要是测定沥青路面的渗水能力。试验结果如表4 7 - 1 和图 4 7 1 所示。 表4 7 - 1沥青混合料渗透系数 类型渗透系数( m i m i n ) a c 1 6 c2 3 9 0 # s 1 67 1 图4 7 - 1 沥青混合料渗透系数 a c 1 6 c 型混合料本身为连续级配的密实结构，混合料本身较为致密，不容易透水； 一方面渗透仪本身的水压及水量并不大，短时间内很难准确的测出混合料的渗透性能， 种测试的理论与方法有待于进一步的完善。第三，可能与试验的误差有一定的关系。 3 9 第五章试验路研究 第五章试验路研究 为了检验高性能沥青混合料的路用性能，以及对其施工工艺进行探索，课题在陕西 省咸阳阳光大道城市主干道铺筑了试验路段。 5 1沥青混合料配合比设计 5 1 1 原材料技术性能 1 沥青 试验路沥青采用a 级9 0 # 克拉玛依道路石油沥青，技术性能如表5 1 1 1 所示。 表5 1 1 - 1试验路沥青技术性能 指标 9 0 # 2 5 针入度( 0 1 m m ) 8 7 延度 2 5 1 5 0 ( c m ) 1 5 1 5 0 软化点 ( )4 6 9 质量损失( ) 0 0 7 l 薄膜烘箱老化针入度比( ) 7 0 1 5 延度( c m ) 2 4 蜡含量( ) 1 3 1 相对密度 1 0 3 l 开口闪点( ) 3 0 0 溶解度( ) 9 9 9 2 集料 集料采用的是石灰岩，矿粉是由石炭岩经磨细而成的。 ( 1 ) 集料筛分试验 筛分试验结果如表5 1 1 2 所示。 表5 1 1 _ 2集料筛分结果 l 2 c m 碎石累计 o 5 l c m 碎石 0 - - , 0 5 c m 碎石累 筛孔( m m ) 计 砂累计 通过率( )累计通过率( )通过率( ) 通过率( ) 1 99 9 5 4 9 9 8 9 1 69 6 3 69 9 2 4 1 3 2 5 4 2 l9 5 2 4 9 5 1 3 1 15 5 2 69 9 7 99 7 1 2 4 7 5 3 2 4 - 6 0 49 2 4 19 0 7 4 2 3 6 2 1 20 4 87 1 9 7 2 4 3 1 1 8o 7 6o 1 8 1 8 3 5 5 0 2 0 6o 4 20 1 20 8 53 9 0 7 0 30 2 3o 0 60 2 l9 7 6 0 1 5 o 1 10 0 4o 1 l6 7 2 0 0 7 5 o 0 0o o oo 0 00 0 0 长安大学硕士学位论文 ( 2 ) 集料密度试验 试验结果如表5 1 1 3 所示。 表5 1 卜3 集料密度( g c m 3 ) 1 - 2 c m 碎石0 5 l c m 碎石5 e m 碎石人工砂天然砂矿粉 2 6 1 82 6 1 82 6 1 72 5 l o 2 5 2 3 2 5 0 9 5 1 2 配合比设计 1 矿料级配 a c 1 6 c 和s 1 6 的级配组成如表5 1 2 1 所示。表中还列出了这两种类型工地实际 的级配情况。 表5 1 2 - 1矿料级配 筛孔 a c 1 6 cs 1 6 ( n u n ) 级配范围实际通过率级配范围实际通过率 ( )( )( )( ) 1 3 27 6 9 28 9 4 7 5 - - 9 08 7 2 9 56 0 8 07 3 55 5 7 0 6 4 8 4 7 53 4 6 25 7 83 0 4 0 3 4 8 2 - 3 62 0 4 83 8 52 2 3 1 2 5 5 1 1 81 3 3 63 3 3l6 - - - - 2 4 2 1 6 0 6 09 2 62 7 61 2 2 01 8 2 0 3 0 7 1 81 3 81 0 1 71 2 2 0 1 5 5 1 41 1 88 1 51 1 5 0 0 7 54 8 7 56 1 08 9 2 沥青最佳用量 根据配合比设计和马歇尔试验，沥青最佳用量如表5 1 2 2 所示。 表5 1 2 - 2沥青最佳用量 密度最大 稳定度最空隙率中o m 缸 o 序号方案 o l ( )o m i 。( ) ( ) 0 2 ( ) 时，口l ( )大时，a 2 ( v 0 1值时，口3 ( ) ( ) a c 1 6 c 1 64 54 85 14 75 45 0 55 1 9 0 # s 1 6 25 54 04 74 7 4 75 55 1 4 9 9 0 # 5 2 试验路观测与分析 试验路在竣工半年后，对各种类型的沥青路面都进行了测定。 4 1 第五章试验路研究 5 2 1 摩擦系数测试 测定结果如表5 2 1 1 所示。 表5 2 1 - 1摩擦系数测试结果 沥青标号类型摩擦系数( b p n ) a c 1 6 c4 7 9 0 # s 1 65 8 从测定结果来看，a c 1 6 c 沥青混合料的摩擦系数比骨架结构型沥青混合料s 1 6 的低。 5 2 2 构造深度测试 测定结果如表5 2 2 1 所示。 表5 2 2 - 1构造深度测试结果 沥青标号类型构造深度( m m ) a c - 1 6 c0 6 4 9 0 # s 1 61 0 2 由表5 2 。2 1 可以看出，s 1 6 的构造深度比a c 1 6 c 型的要高，比a c 1 6 c 高出接 近6 0 。这非常有利于提高路面的抗滑性能。 5 2 3 渗透性测试 测定结果如表5 2 3 1 所示。 表5 2 3 - 1渗透系数测试结果 沥青标号类型 渗透系数( m l m i n ) a c 1 6 c2 2 9 0 # s 1 62 4 由表5 2 3 1 可以看出，a c 1 6 c 沥青混合料的渗透系数略低于s 1 6 型。 5 2 4 综述 根据整个检测结果来看，s 1 6 型沥青混合料的使用品质较好，而a c 1 6 c 型沥青 混合料的使用品质则相对较差。 5 3 施工工艺 5 3 1 施工准备阶段注意事项 1 必须要把好原材料的质量关，要特别注意粗细集料和填料的质量，对不合格的 矿料坚决不准运进拌和厂。 4 2 l 长安大学硕士学位论文 2 做好质量检测仪器和施工机械的准备工作，必须配备好齐全的施工机械和配件， 在开工前做好保养、调试和试机，并确保在施工期间不发生有碍于施工进度和质量的故 障；还需配备性能良好、精度符合规定要求的质量检测仪器，并配备有足够的易损部件 的配件。 3 必须进行完善的沥青混凝土配合比设计，包括马歇尔试验设计、浸水马歇尔试 验残留稳定度检验和车辙试验抗车辙能力的检验。有关沥青混凝土配合比设计的统一规 定为： ( 1 ) 对于同一拌和机，如果使用的是相同品种的矿料，则可使用同一目标配合比。 目标配合比需要经监理工程师审查批准后才能进行生产配合比的设计。如果某矿料产 地、品种发生了变化，则必须重新设计目标配合比。 ( 2 ) 每台拌和机均应该进行生产配合比的设计，需由监理工程师审查批准后，才 能进行试拌与试铺。 4 沥青面层在施工开工前，均需要先做试验路段。试验路段的施工分为试拌和试 铺两个阶段。试验路段宜选在正线的直线段，长度不得少于2 0 0 m 。拟定了铺筑方案后， 必须严格按照技术规范的规定进行操作，力争一次性铺筑成功。试铺结束后，若经过检 测各项技术指标均符合规范要求，应立即提出试验路段的总结报告，经监理工程师审查 批准后，才能申请正式开工。 5 3 2 施工工艺及注意事项 1 沥青混合料的拌制 ( 1 ) 要严格控制沥青和集料的加热温度和沥青混合料的出厂时的温度。集料温度应 比沥青高1 0 到2 0 ，热混合料成品在贮料仓储存后，其温度下降不得超过1 0 ( 2 ，在贮 料仓的储料时间不得超过1 2 h 。沥青混合料的施工温度控制范围如表5 3 2 1 所示，具体 施工温度还应根据现场沥青粘度试验来确定。 ( 2 ) 拌和楼控制要逐盘打印沥青及各矿料用量和拌和温度，并定期校核拌和的计量 和测温设备；不得使用