（道路与铁道工程专业论文）路面用环氧沥青混合料组成设计及试验研究.pdf

摘要 摘要 环氧沥青在国内外诸多钢桥面铺装中应用并表现出良好的使用性能，而这种性能良好的材料还 没有在国内的道路铺面中应用的先例。本着探究的原则，本文以国内研发的7 6 1 0 型环氧沥青为结合 料，以最大公称粒径为1 6 m m 的玄武岩为集料。对应用于中面层的环氧沥青混合料进行了组成设计， 并在此基础上研究了其路用性能。 首先，在介绍级配设计理论贝雷法以及级配分析理论分形理论的基础上，进行了抗车 辙区域中面层环氧沥青混合料的组成设计，得到的最佳的c a 比o 4 5 ，最佳的4 7 5 m m 粒径通 过率为4 5 ，通过这两个参数得出了相应的设计级配，之后进行了配合比设计，得到的最佳油石比 为5 1 。 其次，以分维值作为表征集料粗细程度的指标，结果表明对本文所采用级配的粗细程度影响较 大的因素是1 3 2 m m 粒径通过率和4 7 5 m m 粒径通过率。在对单轴贯入试验进行力学分析的基础上， 采用该试验和正交实验法研究了7 6 1 0 型环氧沥青混合料的抗剪性能，结果表明，影响其抗剪参数较 重要的因素是油石比和4 7 5 m m 粒径通过率。 第三，在7 6 1 0 型路面片j 环氧沥青混合料车辙试验以及对该试验力学分析的基础上，提出了基于 抗剪参数的预估方法，得出了相应的预估公式。虽具有一定的参考价值，但要真正应用到实际路面 中，尚需进一步的研究。对于低温抗裂性和水稳定性，分别采用了相关试验手段对7 6 1 0 型路面用环 氧沥青混合料进行了研究，结果表明其水稳定很好，低温抗裂性稍逊，但在中面层使用时仍能满足 要求。 最后，采用本文定义的评分方法对7 6 1 0 型路面用环氧沥青混合料的三方面路用性能进行了综合 评估，给出的适合于中面层的4 7 5 m m 粒径的通过率为4 0 4 5 ，并与其他研究成果进行了对比。 关键词：7 6 1 0 型路面用环氧沥青；贝雷法；分形理论；抗剪参数；车辙预估；路用性能评价 a b s t r a c t a b s t r a c t e p o x ya s p h a l ti su s e do nan u m b e ro fs t e e lb r i d g ed e c k sb o t ha th o m ea n da b r o a da n ds h o w sg o o d p e r f o r m a n c e s ，b u tt h i sh i g h p e r f o r m a n c em a t e r i a lh a sn o ta p p l i e di nd o m e s t i cr o a dp a v e m e n ta tp r e s e n t i n t h ep a p e ro nt h ep r i n c i p l eo fs t u d y , m i xd e s i g nw a sm a d ef o re p o x ya s p h a l tm i x t u eu d s di nm i d s u r f a c eo f p a v e m e n t s 诵t l lt h eb i n d e r7 610a n da g g r e g a t eb a s a l to fw h i c ht h en o m i n a lm a x i m u ma g g r e g a t es i z ew a s 16 m m b a s e do nt h i s ，t h er o a dp e r f o r m a n c e sw e l ea l s oi n v e s t i g a t e d f i r s t ，o nt h eb a s e o fb a i l e ym e t h o da n df r a c t a lt h e o r y , m i xd e s i g no f e p o x ya s p h a l tm i x t u r ef o rm i d - s u r f a c e t h er o l eo f w h i c hw a sm a r l yr o t t i n gr e s i s t a n c ew 弱d o n e , f r o mw h i c hi tw a sk n o w nt h a tt h eb e s tc ar a t i ow a so 4 5 a n dt h eb e s tm a s sp a s s i n gr a t eo f 4 7 5 m mw a s4 5 n ed e s i g ng r a d a t i o nw a sd e c i d e db yt h et w ol 雠- a m e t e r s , a n d t h eb s e ta s p h a l t - a g g r e g a t e r a t i ow a s5 1 s e c o n d l y , t h ep a p e rs h o w e dt h a tt h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h et h ed e g r e eo fc o a r s ep a r t i c l ew c l et h e m a s sp a s s i n gr a t eo f1 3 2 m ma n d4 7 5 r a mw h e nt a k i n gt h ef r s c t a ld i m e n s i o nv a l u ea si n d e x b a s e do i lt h e m e c h a n i c a la n a l y s i so fu n i a x i a lp e n e t r a t i o nt e s t , t h es 妇p e r f o r m a n c eo fm o d e7 6 1 0e p o x ya s p h a l tm i x t u r ew a s i n v e s t i g a t e db yt h i se x p e r i m e n ta n do r t h o g o n a lt e s tm e t h o d n 圮r e s u l t ss h o w e dt h a tt h er i s kf a c t o r sm l h m c i n gt h e s h e a rp a r a m e t e rw a st h ea s p h a l t - a g g r e g a t er a t i oa n dt h em a s sp a s s i n gr a t eo f 4 7 5 r a mr e s p e c t i v e l y t h i r d l y , r u t t i n gp r e d i c t i o nm e t h o da n df o r m u l ab a s e do ns h e a rp a r a m e t e r sw a sp m p o s e da c c o r d i n gt o t h em r i n gt e s to fm o d e7 6 1 0e p o x ya s p h a l tm i x t u r ea n dm e c h a n i c a la n a l y s i so ft h i st e s t a l t h o u g ht h em e t h o d h a ds o m er e f e r e n c ev a l u e ；l u t h e rs t u d yw a sr e q u i r e dw h e na p p l y i n gi tt op r a c t i c a lp a v e m e n t o t h e rp e r f o r m a c e t e s t si n d i c a t e dt h a tt h ew a t e rs a t a b i l i t yo fm o d e7 6 1 0e p o x ya s p h a l tm i x t u r ew a sf i n e , a n dt h el o w - t c m p c r a t t 鹏 c r a c k i n gr e s i s t a n c ew a so r d i n a r y 9n e v e r t h d e s sc o u l dm e e tg e n e r a lr e q u i r e m e n t si nm i d - s u r f a c e l a s tb u tn o tt h el e a s t ，c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n to ft h r e er o a dp e r f o r m a n c e so fm o d e7 6 1 0e p o x y a s p h a l tm i x t u r ew a sm a d eb a s e d0 1 1t h er a t i n gm e t h o dd e f i n e di nt h e 球眵瓯a n dt h er e s u l ts h o w e dt h eb e s t 姗路 p a s s i n gr a t eo f 4 7 5 r a mf o rm i d - m q a c e w a s4 0 - 4 5 c o n t r a s t e dw i t ho t h e rr e s e a r c h k e y w o r d ：m o d e7 6 1 0e p o x ya s p h a l t ；b a i l e ym e t h o d ；f r a c t a lt h e o r y ；, s h e a rp a r a r n c t c r ；r o t t i n gp r e d i c t i o n ；r o a d p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本文所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：翌圣生盘o e l期：2 也乒l 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文 的公布( 包括以电子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：雩蝇导师签名： 东南大学硕士学位论文 1 1 问题的提出 第一章绪论 自从1 9 8 8 年我国第一条高速公路沪嘉高速公路建成以来，我国的高速公路建设进入了快速发展时 期，交通状况也得到了极大改善。目前在路面中使用较多的仍是普通沥青或一般的改性沥青。文献【l 】认为， 沥青路面的设计与施工必须解决以下几个重要技术问题：路面有足够的承载力；路面结构的抗永久形变能 力( 或抗辙槽能力) 强；无明显台背沉陷和路基沉陷；基层质量好，整体性强等等。并指出，就半刚性路 面而言，在基层质量好的情况下，其抗辙槽能力完全取决于沥青混凝土在高温时的强度和面层的厚度。一 般认为，影响沥青混凝士抗车辙性能的内冈是沥青混合料的内摩擦力和粘聚力，而影响内摩擦力和粘聚力 的因素主要是沥青种类、沥青含量、矿料的最大粒径、4 7 5 m m 以上碎石含量、级配等等，这些都与沥青 混合料的组成设计密切相关。由于普通沥青混合料的高温稳定性的不足以及重载车辆和轮胎压力的增加， 我国高速公路的沥青路面大都产生了轻重不一的辙槽。因此，从材料方面讲，采用优质的改性沥青、进行 良好的组成设计是提高沥青混凝十抗车辙性的关键所在，当然也要兼顾其他路用性能，如低温抗裂性和水 稳定性。其中高性能的环氧沥青就是其中的一种。 目前环氧沥青在国内外的钢桥面铺装中使用尤为广泛。环氧沥青是由环氧树脂及同化剂两种组分组 成，其| 吉i 化反应使沥青从热塑性转变为热同性。因此环氧沥青有比普通沥青优异得多的物理、力学性能， 如高强度、优良的抗疲劳性能、良好的耐久性及抗老化性能，是受力特性复杂的正交异性钢桥面板和重载 交通道路的理想材料，同时由于其极优良的粘结性能而应用于路面磨耗层1 2 j ，特别是需要较高抗磨耗性的 寒冷地f x 路面和多孔性路面。国外从2 0 世纪6 0 年代开始就研究并推广使用环氧沥青混合料。壳牌石油沥青 公司在世界上首次开发出环氧沥青，在不同环境条件下应用均显示出优良的路用性能。4 0 多年来，环氧沥 青的品种层出不穷，其研究及应用日趋广泛。南京长江第二大桥在国内道桥行业中首次使用环氧沥青进行 桥面铺装，目前使用性能良好。环氧沥青在道路工程中的戍用始于欧洲。早在1 9 7 4 年法国在b l o i s 公路、 1 9 7 5 年英国伦敦在f i l m e r 路上铺筑了环氧沥青混凝土路面，使用状况良好。1 9 8 6 年，英国斯塔福德郡 的基h e m 6 高速公路上铺筑了一段用热压式沥青混合料中掺加环氧树脂改性剂的全面试验路，至1 9 9 0 年试验工作还在继续进行，而混合料的路用性能仍表现良好【2 j 。相比之下，国内还没有在路面结构当 中使用环氧沥青及其混合料的先例。 随着国内材料研发技术的发展，国产环氧沥青的出现打破了国外对环氧沥青研制生产的垄断，并在武 汉天兴洲公铁两用大桥1 3 】上得以使用。有研究【4 别表明，国产环氧沥青及其混合料的使用性能完全达到了钢 桥面铺装的使用要求，尤其是高温稳定性十分优良。若将这种性能优越的材料应用到路面当中，特别是机 场道面、隧道、转弯、下坡段等特殊路段，将会改善这些路段高温稳定性以及承载力方面的不足，并促进 国产环氧沥青技术的应用和发展。因为这些路段对路面的抗剪和抗车辙性能要求比其他路段高，而环氧沥 青混合料的抗车辙性能很好，可弥补这些路段高温稳定性的不足。因此，本文针对国产环氧沥青的力学性 能以及路面结构的特点，扬长避短，对路面用环氧沥青混合料进行组成设计和路用性能方面的研究，为国 产环氧沥青在路面中的使用和推厂提供参考。 1 2 研究与应用现状 1 2 1 国外研究与应用现状 一、环氧沥青 国外从上个世纪六十年代左右就开始研究环氧树脂改性石油沥青，并在多处的实体工程进行使 用。在上世纪五十年代末期，壳牌石油公司开发了环氧沥青，主要是用于抵抗发动机的燃料和尾气 对道路路面的损坏，尤其是机场跑道。美国的c h e m c os y s t e m s 公司、日本的w a t a n a b e g u m i 公司等 也都已经生产专利的环氧沥青1 5 1 。这些公司生产的环氧沥青人多数用于结合料，有的也生产粘结料， 如美国的c h e m c os y s t e m s 公司环氧沥青系列。1 9 6 7 年，美国的- t 程公司首次将环氧沥青用于洛杉 l 第一章绪论 矶s a nm a t e o h a y w a r d 大桥的正交异性桥面板铺装【5 】。世界上将环氧沥青混凝土这种高性能材料应 用于桥面铺装工程中的国家主要有美国、澳大利亚和中国等，其中美国应用最为广泛。早在2 0 世纪 7 0 年代，日本就对环氧沥青混合料进行过广泛的研究，日本北海道大学土木学科的问山正一、菅原 照雄就对环氧沥青混合料的配制、模量、应力松弛性能、破坏性能进行了研究【6 j 。目前，日本主要 将环氧沥青应用于路面磨耗层及多孔性沥青混合料。值得一提的是，新西兰于2 0 0 7 年7 月进行了环 氧改性开级配排水性路面 7 , s l ( e p o x ym o d i f i e do p e n g r a d e dp o r o u sa s p h a l t ) 试验研究。作为欧洲交通 部会议联合交通研究中心的课题长寿命路面经济性评价的一部分，新两兰主要负责研究环氧改 性的开级配排水性路面( o g p a ) 的潜在效益。通过试验研究评估环氧改性的o g p a 的粘聚性，并通 过室内加速加载试验( c a n t e r b u r y a c c e l e r a t e d p a v e m e n t t e s t i n g i n d o o r f a c i l i t y ) 评估了其路用性能， 得出了一些有用的结论。其他国家如德国也在柏林的飞机场跑道上铺筑了3 r a m 的环氧沥青抗滑加 铺层【9 】。而早在1 9 8 0 年卡塔尔首都的多哈机场在道面上加铺过环氧沥青抗滑表层以保证机场道面的 抗滑性。 二、沥青混合料组成设计 沥青混合料的组成设计包括两部分，即级配的设计与最佳油石比的确定。集料级配是影响沥青 混合料性能的重要因素之一。集料本身是沥青混合料重要的结构组成，因为在质量上它占到约9 5 。 早在1 9 0 7 年，f u l l e r 和t h o m p s o n n 】就注意到集料应该按大小分级，与沥青结合后应达到最大密度。 为此，他们提出了理想的级配曲线。而w 1 2 】则认为f u l l e r 曲线并不会形成最大强度和密度，b e s s o n i l 副 和f r o s t 【 4 j 等人均认为按最大密度曲线设计的级配难以压实，施工和易性差，a b r a m s 1 5 也认为最大 密度曲线有不足的地方，因为其忽略了水或沥青的影响，并提出了细度模数的概念。随后w e y m o u t h u 6 1 提出了粒子干涉理论，实质是以填充理论为基础，在填充颗粒粒径不大于前一级颗粒间隙距离的前 提下，逐级进行填充，达到最大密实度。此外，其他级配设计理论还有s u p e r p a v e 级配理论1 1 7 j 、 贝雷法设计理念【ls j 和集料分形理论 1 9 1 等等。s u p e r p a v e 级配理论通过控制点来控制骨架密实，贝 雷法通过三大控制指标和设计密度来控制骨架密实，目前更多地用于混合料级配评价和验证。分形 理论是近年来随着材料学的发展，将分形几何理论应用于路面材料集料级配研究而出现的一种新方 法，目前国内外研究很少。 确定沥青混合料沥青含量的方法主要有经验设计法、体积设计法、基于性能的设计法等等【2 0 】。 最早正式的组成设计方法是h u b b a r d 现场方法，但这种方法不适合于大粒径的集料，目前应用很少。 目前体积设计法主要有马歇尔法( m a r s h a l lm e t h o d ) 、s u p e r p a v e 旋转压实法【z 、美国1 程兵团g t m 设计法以及h v e e m 设计法【2 2 1 。马歇尔法是美国密两两比州公路局工程师布鲁斯马歇尔( b r u c e m a r s h a l ) 于1 9 3 9 年首先提出的，二战期间美国陆军工程兵加以改进使其成为一种设计方法，并得到 确认。s u p e r p a v c 法是美国s h a p 计划的重要研究成果，以0 4 5 次方幂最大密度线为基础给出了包 含控制点和限制区在内的级配控制图，首次提出了级配控制点、s 形级配曲线、禁区等新的概念。 g t m 在确定最佳沥青用量时，根据不同用油量的试验结果，画出用油量与试验结果的关系曲线，并 根据最佳沥青用量的稳定值、抗剪安全系数、密度指标米确定沥青混合料的设计密度及最佳沥青用 量【2 3 l 。h v e e m 用比表面积概念来估算所需要的沥青质量【2 4 j 。 1 2 2 国内研究与应用现状 一环氧沥青 国内道桥行业对环氧沥青的研究起步较晚。最初与环氧沥青相关的也是环氧煤焦油沥青。主要 应用于路面裂缝的修补。上海市政工程管理处和同济人学于1 9 9 2 年至1 9 9 5 年期间，进行了环氧沥 青混合料的配制以及力学性能研究，并在上海龙吴路摊铺了一段2 0 0 m 2 的试验路。1 9 9 8 年长沙交通 学院在同济大学研究成果的基础上也开展了环氧沥青混合料的研究，并初步分析了环氧沥青的改性 机理。而将环氧沥青混凝十用在钢桥面铺装上的是南京长江第二大桥，拉开了我国道桥行业首次使 用环氧沥青混凝土的序幕。如今，国产环氧沥青也已经研发并投入使用，天津富民桥钢桥面的铺装 就首次采用了国产环氧沥青。东南大学朱义铭、李驯 】等人对国产环氧沥青及混合料性能进行了试 验研究，并与美国环氧沥青进行了对比，表明国产环氧沥青及混合料在各方面的性能与美国环氧沥 2 东南大学硕十学位论文 青相差不大，也不失为人跨径钢桥面铺装的优良材料。最近，重庆交通科研设计院与重庆市智翔铺 道技术工程有限公司联合开发成功的薄层环氧抗滑层材料( c r m ) 口6 j ，是针对特殊路面铺装要求而研 制的一种新型路面材料，主要适用于隧道、桥梁、急弯、下坡路、匝道及收费站广场、高速公路进 出口等特殊路段的铺筑和旧水泥混凝土路面。c r a m 是一种不含任何溶剂的多组分系统，各组分按一 定比例和一定的顺序拌和均匀后形成均质的、半流体状砂浆。摊铺均匀后，再撒上耐磨骨料，即形 成了一个自重轻、抗滑、耐油防水的抗滑层。 二、沥青混合料组成设计 我国道路工作者在充分吸收国外相关级配设计理论基础上，结合我国集料筛孔大小和实际情况， 做出了卓有成效的探索。我国同济大学的林绣贤【27 】在7 0 年代提出直接以通过百分率的递减率i 为参 数的i 法，同时根据实践提出了i = 0 7 - 0 8 的取值范围，认为i 0 8 时细集料太多，混合料结构不 稳定；i 0 7 时细集料太少易透水。陈忠达等人幽j 提出的用于计算多级嵌挤密实级配的变i 法是在林 绣贤的i 法的基础上演变而来的级配算法，粗集料级配与细集料级配分取不同的i 值。国内张肖宁 等提出了c a v f 法( 粗集料孔隙填充法) 只能用来检验原材料矿料级配是否符合骨架密实结构和据此 确定粗集料、细集料和填料各自占的质量百分比，没有提供粗集料和细集料各自应有的矿料级配组 成，也没有考虑实际沥青混凝土中，集料要吸收部分沥青【2 9 j 。沙庆林提出的s a c 矿料级配设计方 法是一套比较系统的骨架密实设计方法，其设计原则是用粗集料形成骨架，用细集料和沥青填充骨 架中的孔隙，属于间断级配范畴 3 0 1 。 在确定沥青最佳含量方面，我国目前仍以马歇尔试验方法居多。其他方法如s u p e r p a v e 法只是 做了试验研究，并未推广使用。如山东省交通科学研究所结合京沪高速公路济南段的建设，对混合 料的级配进行了调整，取得了良好的效果【3 。另外，如同济大学、交通部公路科学研究所则立足于 现有马歇尔试验方法，吸收s u p e r p a v e 的思想在沥青混合料配合比设计中对级配范围进行优选调 整1 3 2 1 。交通部公路司也已经列题对s u p e r p a v e 进行跟踪研究，此课题由交通部重庆公路科学研究 所承担。 1 3 主要研究内容和关键技术路线 1 3 1 主要研究内容 根据国内外研究现状以及存在的问题，本文的研究内容主要有以下一些： 环氧沥青混凝土在路面中合理位置研究： 路面用环氧沥青混合料组成设计：采用贝雷法和分形理论进行环氧沥青中面层混合料配合比设 计，确定最佳级配和油石比，研究其体积参数变化规律； 路面用环氧沥青混合料抗剪强度特性研究：采用莫尔库仑强度理论对环氧沥青中面层混合料强 度特性进行研究，采用粘聚力、内摩擦角和抗剪强度来评价其强度性能，并用正交设计法确定关键 影响因素； 路面用环氧沥青混合料路用性能研究：研究环氧沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性以及水稳 定性，对环氧沥青中面层混合料路用性能进行综合评价。 1 3 2 关键技术路线 根据主要研究内容，本文的关键技术路线如下： 根据环氧沥青混凝十的抗车辙性优良的特点以及路面结构受力特点，采用剪应力指标和形状改变 比能参数确定路面的抗车辙区域； 对路面用环氧沥青的性能进行试验研究，研究其最佳拌和温度，保温温度，同化时间。对环氧沥 青混凝士进行级配选定，即根据j t gf 4 0 2 0 0 4 公路沥青路面施t 技术规范并参考国内外经验选 取几种典型的嵌挤密实性级配，用贝雷参数【3 6 】和分形理论表征其级配性质，分析试验参数如空隙率、 马歇尔强度和分维值间的关系； 利用摩尔库仑强度理论对环氧沥青混合料的抗剪强度特性进行分析，采单轴贯入验求出其粘聚 力c 、内摩擦角卿抗剪强度，采用正交试验设计法分析级配的贝雷参数和分维值与上述指标问的 3 第一苹绪论 关系，结合抗剪强度和马歇尔强度给出基于贝雷法的环氧沥青混合料的推荐级配范围： 对环氧沥青混凝土的路用性能进行综合研究，针对其合理位置应具有的使用性能如水稳定性、抗 车辙性、低温抗裂性进行试验，获得各路用性能参数。在的基础上提出基于抗剪强度理论的车辙 预估方法。总结环氧沥青层混合料各种性能指标，并推荐适于中面层的材料组成。 1 4 本文的重点与难点 由于路面用环氧沥青中面层混合料在国内既没有试验研究，也没有实践经验，因此可能存在的 一些重点和雉点问题有： 环氧沥青性能参数的确定。路面用环氧沥青毕竟不同于钢桥面铺装所采用的环氧沥青，拌和温度、 保温时间、固化时间等问题尚待研究； 环氧沥青混合料的组成设计。级配设计对混合料的力学性能有较大影响，如何确定其最佳含量也 是关键的问题之一； 采用哪种试验方法研究路面用环氧沥青混合料的抗剪性能； 如何有效地对其路用性能评价以及提出基于抗剪强度理论的车辙预估方法。 参考文献 【l 】沙庆林高速公路沥青路面早期破坏现象及预防 m 】北京：人民交通出版社，2 0 0 1 【2 】杨若冲，程刚环氧沥青混合料性能及其应用【j 】中外公路，2 0 0 4 ，2 4 ( 2 ) ：8 1 8 3 【3 】中国政府网武汉天兴洲长江大桥主桥面沥青混凝土铺筑完i d b o l h t t p ：w w w g o v e n j r z g 2 0 0 8 - 1 2 17 c o n t e n t _ 118 0 9 7 6 h u n 【4 】张勇，钱振东，罗桑国产环氧沥青混合料在钢桥面铺装中的应用【m 】上海公路，2 0 0 8 ，( 2 ) ： 2 3 - 2 6 【5 】朱义铭国产环氧沥青混合料性能研究【d 】：硕十学位论文，南京：东南大学。2 0 0 6 【6 】陈团结大跨径钢桥面环氧沥青混凝土铺装裂缝行为研究【d 】：博士学位论文，南京：东南大学， 2 0 0 6 【7 】p h e r r i n g t o n ，d a l a b a s t e r , ga r n o l d ，s c o o k ，a f u s s e l la n ds r e i l l y e p o x ym o d i f i e d o p e n - g r a d e dp o r o u sa s p h a l t l a n dt r a n s p o r tn e wz e a l a n dr e s e a r c hr e p o r t3 2 1 ，2 0 0 7 8 1j a n e tj a c k s o n ，j o h nv e r c o e ，d rb r y a np i d w e r b e s k y n e wz e a l a n dt r i a l so fl o wn o i s e r o a ds u r f a c 烈g ，2 0 0 3 0 7 【9 】d i p l i n g ，m a t t h i a sn o e l t i n g ，d i p l i n g j e n sa m o l d ，b e nj o n e s h e a v yd u t y p a ：j m d n - n e wa s p h p 岍d e s i g n sm e e te ) 汀i 冱m ec h a l l e n g e s 第七届铺面材料再 生学术研讨会，1 9 9 5 1 0 【1 0 1 南京长江第二大桥建设指挥部南京长江第二大桥钢桥面环氧沥青混凝土铺装技术及应用 【r 】东南犬学，2 0 0 0 【l l 】f u l l e r , w b a n de t h o m p s o n t h el a w so f p r o p o r t i o n i n gc o n c r e t e a s c et r a n s a c t i o n sl i x ：6 7 - 1 1 8 ， 1 9 0 7 02 】w i gw i l l i a m sa n dg a t e s s t r e n g t ha n do t h e rp r o p e r t i e so fc o n c r e t ea sa f f e c t e db ym a t e r i a l sa n d m e t h o d so f p r e p a r a t i o n t e c h n i c a lp a p e r so f t h eb u r e a uo f s t a n d a r d s ，1 9 1 6 【13 】b e s s o n ，es c a s ea g a i n s ts u r f a c ea r e aa n df i n e n e s sm o d u l u s e n g i n e e r i n gn e w sr e c o r d ，19 3 5 ， 1 1 4 ( 7 ) ：2 4 8 - 2 4 9 【1 4 】f r o s t ，r j r a t i o n a l i z a t i o no ft r i a lm i xa p p r o a c ht oc o n c r e t em i xp r o c e d u r ea n dc o n c r e t ec o n s t r u c t i o n a m e r i c a nc o n c r e t ei n s t i t u t ej o u r n a l ，19 6 7 ，6 4 ( 8 ) ：4 9 9 5 0 9 【15 】a b r a m s ，d a s c i e n t i f i cm e t h o d so fm a k i n gc o n c r e t e c h e m i s t r ya n di n d u s t r y , 19 2 2 ，4 2 ( 4 6 ) ： 1 0 9 4 1 0 9 8 4 东南大学硕士学位论文 【16 】w e y m o u t h ，c a ge f f e c t so fp a r t i c l ei n t e r f e r e n c ei nm o r t a r sa n dc o n c r e t e r o c kp r o d u c t s ，19 3 3 ， 3 6 ( 2 ) ：2 6 3 0 【17 】l a l l e nc o o l e y , j r ，r o b e r ts j a m e s ，a n dm s h a n eb u c h a n a n d e v e l o p m e n to fm d e s i g n c r i t e r i af o r4 7 5m mm e s f q a lr e p o r t n c a tr e p o r t0 2 - 0 4 2 0 0 2 【18 】g a r yt h o m p s o n 玳s t i g a t i o no ft h eb a i l e ym e t h o df ( ) rt h ed e s i g na n d a n a l y s i so fd e n s e g r a d e dh m a cu s 玎呵go r e g o na g g r e g a r e s a p a o ，r e p o r t n u m b e r ：f h w a - o r d f - 0 7 - 0 2 ，2 0 0 6 【1 9 】m a n d e l b r o db b mf r a e t a lg e o m e t r yo f n a t u r e 【m 】s a n f r a n c i s c o ：f r e e m a n nwh ，1 9 8 2 【2 0 】a n i m e s hd a s o nb i m m i n o u sm i ) 【d e s i g n d b o l i h t t p ：h o m e i r k i l l a r i a s a r t i c l e 0 6 p d f 【21 】r o n a l dj c o m i n s k y t h es u p e r p a v em i xd e s i g nm a n u a lf o rn e wc o n s t r u c t i o na n do v e r l a y s r s h r p - a - 4 0 7 ，s t r a t e g i ch i g h w a yr e s e a r c hp r o g r a mn a t i o n a lr e s e a r c hc o u n c i lw a s h i n g t o n ，i x 2 1 9 9 4 2 2 】h t t p ：w w w a s p h a l t w a c o m w a p a _ _ w e b m o d u l e s 9 0 5 _ m i x _ d e s i g n 0 5 _ h v e e m h 钍n 【2 3 】陈骁，朱春阳不同沥青混合料设计方法对比评价分析【j 】中外公路，2 0 0 7 ，2 7 ( 4 ) ：2 6 7 2 7 1 2 4 】h v e e m ，en u s eo fc k ea sa p p l i e dt od e t e r m i n et h er e q u i r e ds o i lc o n t e n tf o rd e n s eg r a d e d b i t u m i n o u sm i x t u r e s j o u r n a lo f a s s o c i a t i o no f a s p h a l tp a v i n gt e c h n o l o g i s t s ，1 9 4 2 ，v 0 1 1 3 ，p p 9 - 4 0 2 5 】李拈国产环氧沥青防水粘结材料在水泥混凝土桥面应用研究【d 1 ：硕士学位论文，南京：东南 大学，2 0 0 5 【2 6 】h t t p ：w w w m o e g o v c n 2 0 0 6 0 6 m o c l a b c h e n g g n o 2 0 0 6 0 3 t 2 0 0 6 0 3 1 3 _ 3 1 4 5 5 h t m 2 7 】林绣贤柔性路面结构设计方法 m 】北京：人民交通出版社，1 9 9 1 【2 8 陈忠达，袁万杰，郑东启级配理论应用研究明重庆交通学院学报，2 0 0 5 ，2 4 ( 4 ) ：4 4 _ 4 8 【2 9 】张肖宁，王绍怀，吴旷怀，等沥青混合料组成设计的c a v f 法【j 】公路，2 0 0 1 ， 1 2 ) ：7 - 2 1 【3 0 】沙庆林s a c 和其他粗集料断级配的矿料级配设计方法四公路，2 0 0 5 ，( 1 ) ：1 4 3 1 4 9 3 l 】沈金安，盖振娥国际上对美国s u p e r p a v e 的反应阴石油沥青，2 0 0 1 ，1 5 ( 1 ) ：1 - 7 5 第二章沥青混合料组成设计理论 第二章沥青混合料组成设计理论 2 1 现有沥青混合料设计方法 目前国内外已有的沥青混合料组成设计方法主要有m a r s h a l l 法、s u p e r p a v e 法、g t m 法以及h v e e m 法。现分别对它们作简要介绍。 m a r s h a l l 法 现在世界各国的热拌沥青混合料设计方法多为马歇尔设计方法。马歇尔法最早应用于第二次世界大战 期间，由密两两比州的公路局的b r u c em a r s h a l l 发明，并由美国陆军工程师兵团完善。我国f l _ k 1 盐纪7 0 年代以来开始应用马歇尔设计方法，并纳入相关规范。该法的优点是【l 】它注意到了沥青混合料的密实度与 空隙的特性，通过分析以确保获得沥青混合料适当的空隙率。同时由于马歇尔试验方法所用设备价格低廉， 不仅可以为科研单位所拥有，广大施工单位也可以作为施工质量控制的常备仪器。 但马歇尔设计方法也有它的缺点：首先是混合料击实成型方法与施工现场的压实方法不样，其受力 模式与实际路面的不一样。文科2 】采取数字图像处理技术手段，以a c 1 6 i 型沥青混合料为研究对象，选 取马歇尔击实成型、旋转成型、碾压成型、振动成型方法进行比较，对集料颗粒的不同取向度进行统计。 结果表明，马歇尔击实的集料排列是没有规律的，并且马歇尔击实的效果与路面实际情况相差最大。最重 要的是，许多实体工程表明，马歇尔试验的稳定度、流值等指标与混合料的使用性能没有太大的相关性【3 】o s u p e r p a v e 设计法 s u p e r p a v e 是美国战略研究计划s h r p 的主要研究成果。该法对沥青和沥青混合料的研究都是以性能 作为出发点，设计成果在某种程度上能预测路面的使用性能。该法的主要优点是【2 1 从根本上放弃了带有 经验性的传统沥青技术指标，而采用了反映沥青的流变性、永久变形、疲劳开裂和温度开裂等路用性能的 流变力学指标，并使用旋转压实机模拟现场的压实过程。使力学指标和路用性能的相关性较好。缺点是试 验工作量大，并且对沥青混合料配合比设计的经验不足，其设计的结果和马歇尔设计法相比差不多或比原 来减少了m j 。总之，s u p e r p a v e 的设计方法本身也在完善当中，仍有待实践的检验。 g t m 设计法 g t m 主要采用和应力有关的推理方法进行混合料的力学分析和设计，g t m 成型试件的原理与 s l l p e 巾a v e 的旋转压实机( s g c ) 基本相同，可模拟路面碾压成型模式，采用类似于施工中压路机作用的搓 揉方法压实沥青混合料。g t m 在确定最佳沥青用量时，根据不同用油量的试验结暴画出用油量与试验结 果的关系曲线，并根据最佳沥青用量的稳定值、抗剪安全系数、密度指标米确定沥青混合料的设计密度及 最佳沥青用量。g t m 法主要是确定沥青用量，它对集料级配的设计也没有专门的程序，而只是沿用了传 统级配范围。并且g t m 试验机费用比马歇尔试验仪器贵得多，不利于推广采用。 h v e e m 设计法 h v e e m 设计法是加州的f r a n c i sh v e e m 提出的设计沥青混合料的方法，现在主要应用于美国西部一些 州。优点是室内压实的揉搓方法较好的模拟了实际路面的压实过程，并能对抗剪强度中的内摩擦部分直接 度量。缺点是设备昂贵，不便于携带，并且在我国很少有研究和实践工作。 由以上的介绍可以知道，目前沥青混合料的设计大多仍是建立在实践经验的基础之上的。s u p e r p a v e 韵设计理念最先进，而m a r s h a l l 的操作方法最简便。 2 2 级配设计理论 级配是指各种不同的集料按照一定的比例搭配起来，以达到较高密度和较大摩擦力的集料组合情况。 一般地，按材料组成及结构可分为连续级配、间断级配，按空隙率大小可分为密级配、半开继配、开级配 混合料。目前常用的级配理论主要有f u l l e r 提出的最人密度曲线理论和w e y m o u t h 提出的粒子干涉理论。 f u l l e r 和他的同事研究认为，固体颗粒按粒度大小，有规则地组合排列，粗细搭配，可以得到密度最 大、空隙最小的混合料。根据上述理论，他们提出的最大密度理想曲线集料各级粒径( 面) 和通过量嘞) 6 纠。俐一 亿， 式中：a 孔径为d g 的筛的通过百分率( 哟： 涉现裂6 】。为避免干涉，大小粒子之间应按一定数量分配。从临界干涉的情况下可导出前一级颗粒的距离 r 悯“3 斗 ， 炉裔 式中卜前粒级的间隙( 即等于次粒级的粒径d ) ； 伊- 前粒级的粒径； 次粒级的理论实积率( 实积率即堆积密度和表观密度之比) ： 杪次粒级的实积率。 作为中面层的沥青混合料组成设计并不是以最大密实度为原则的，即空隙率不能太小，因此匕述方法 并不适合中面层的组成设计。而贝雷法【7 】的级配设计理念则是要求粗集料的组f g g , 须形成相互嵌挤的骨架 结构，这与中面层的嵌挤结构要求是一致的。 2 2 1 贝雷法 一、贝雷法介绍 贝雷澍s l 是美国伊利诺州的r o b e r tb a i l e yt 程师从他的沥青混合料设计的经验中提出的用于设计和检 验沥青混合料级配的方法，其设计理念引起了世界各国道路工程师的极大兴趣和普遍关注。后来经过b m v a v r 甜9 和b i l lp i n e 的发展，贝雷法已能适用于所有的密级配混合料，并且能应用