夏热冬寒区道路沥青混合料的配合比设计.docx

夏热冬寒区道路沥青混合料的配合比设计高胜利 1，魏鹏 1，陈玲 2，马林 3（1.天津城建设计院有限公司，天津 300073；2.天津市公路工程设计研究院，天津 300211；3.天津第一市政公路工程有限公司，天津 300000）摘 要：沥青混合料配合比设计是沥青路面施工过程中一项十分重要的工作。不同的气候条件、环境条件以及交通量大小对配 合比设计的原则和目标均有较大的影响。特别是对于寒区道路沥青路面的配合比设计，在满足混合料低温性能要求的前提下， 还要兼顾其高温性能。该文以塘汉快速路的沥青路面配合比设计为实例来讨论寒区道路沥青混合料配合比设计的特点。 关键词：夏热冬寒区道路；沥青混合料；配合比设计；高低温性能；塘汉快速路中图分类号：U416 .217文献标识码：B 文章编号：1009-7716（2010）07-0019-03持在较高的水平，并持续较长时间，加上重载车的作用，不可避免地出现了车辙破坏。车辙的出现不 仅影响了路面平整度，而且还削弱了面层的整体强度，易于诱发其它病害。在寒冷地区，冬季车辙 槽内易聚冰，降低了路面的抗滑能力，行车产生冰滑现象。失稳性车辙是对路面使用性能影响最大的 车 辙类型。在高温条件下，由于路面温度升高，沥青粘度下降，路面在车轮荷载反复作用下产生剪切 变形，使沥青层出现粘性流动，引起集料颗粒出现相对位移，形成了永久变形。面层失稳性车辙主要 与沥青结合料的性质关系密切。因此在沥青混合料原材料的选择和级配的 设计上均应严格控制，以防路面失稳性车辙的过早 出现。1.2 低温裂缝裂缝作为沥青路面的主要缺陷之一，特别 在 寒冷地区，即使是柔性基层，沥青路面裂缝病害也 很严重。虽然裂缝病害一般不会影响道路的正常 使用，但因裂缝的发展引起沥青路面水损害，产生 松 散 、坑 槽 、沉 陷 ，翻 浆 等 ，加 速了沥青路面的破 坏，缩短了路面的使用寿命，最终会破坏路面的使 用性能，另外，裂缝也是造成沥青路面早期破坏的 根源。横向裂缝和块裂就是由于低温、温差大形 成 的典型裂缝形式。在寒冷地区，沥青路面表面层和 底层之间存在一定的温度差，加上白天和夜间的温差、夏季和冬季的温差，使得其表面的温度产生前言沥青路面因其特有的表面平整、行车舒适、噪 声低、施工期短等优点，在我国大部分的高速公路 及城市道路的建设中得到了广泛的应用。但随着 我国社会经济和交通运输的快速发展，道路交通 流量迅猛增加，特别是重载车辆的增多，使得很多 新建的沥青路面过早地出现裂缝、车辙等病害，早 期损坏严重，交通服务能力降低，而这些问题在我 国一些气候环境恶劣的地区则更加突出。沥青混合料配合比设计是整个沥青路面设计 建设的基础和关键环节，设计的成败决定了沥青路 面建成后的各项使用性能。配合比设计的各环节都 需要综合考虑各方面的影响因素，针对相应地区的 道路特点，兼顾混合料的各项使用性能，这一点在 夏热冬寒区道路的沥青路面设计中显得尤为重要。0夏热冬寒区沥青路面病害特点夏热冬寒区道路特有的气候环境特点夏 季炎热冬季寒冷 、季 节 温 差 大 、昼 夜 温 差 大 ，由 其 造成的路面病害类型多样，既有高温和重载共同 作用带来的车辙问题，也有低温及温差带来的裂 缝问题，并且产生相应的水损害。1.1 高温车辙近年来，夏热冬寒区道路夏季的气温一般保1收稿日期：2010-04-16作者简介：高 胜 利（1972-），男 ，江 苏 人 ，高 级 工 程 师 ，从 事 道路工程设计工作 。!一级公路表面层可以采用,具有较好的路用性能 。变质砂岩碎石在邵永高 速 公 路 SMA-16 上 面 层 实 体工程中的成功实践及应用，在当前国内玄武岩、辉绿岩等岩浆 岩 资 源 有 限 ，产 地 稀 少 ，以 及 加 工 、运输等原因致使成本居高不下情况下具有特别显 著的意义，其技术及施工经验可供国内高速公路同行提供了很好的借鉴。参考文献1 JTGF40-2004 ，沥青路面施工技术规范S .2 JTJ 052-2000 ，公路工程沥青及沥青混合料试验规程S . 3 JTG E42-2005 ，公路工程集料试验规程S .城市道桥与防洪道路交通2010 年 7 月第 7 期20大幅度的变化，产生温度收缩应力，这种应力的反复作用导致路面的开裂。横向裂缝就是由于冬季 低温和夏冬季温差而产生的纵向近似等间距的裂缝。块裂通常是由于铺设沥青路面的沥青混合料 采用了低针入度的沥青和亲水性集料或沥青老化失去弹性，在低温的作用下产生缩裂。因此，严格控制低温抗裂指标是夏热冬寒区 沥青混合料配合比设计的首要原则。赖于矿料级配 的嵌剂作用，沥 青结合料则提供 40 的抗车辙能力 。相关研究显示 ：粗集料 级 配 在中值附近具有较好的高温性能 ，变粗基本 不 会影响沥青混合料的高温性能 ，而变细则会使 高 温 性能迅速下降 ；细集料的微小波动会导致 沥 青 混合料高温性能的较大变化 ，特别当细集料内部结 构变粗时，高温性能 下 降 较 大 ；9.5 4.75 mm 与4.75 2.36 mm 两档料存在最佳的比例范围 ，当a（9.5 4.75 mm）/a（4.75 2.36 mm）（1.5，2.0） 时，其高温性能较好。因此，在实际工程中进行沥青混合料级配设 计时，建议对现有级配范围进行调整，优 化 上 、中、下面层沥青混合料级配，设计思想是向形成紧密嵌剂骨架结 构 靠 近 ，采 用“抬 头 平 尾 ”的 骨 架 密 实型级配，它不仅有较高的抗车辙能力和较小的空隙率，而且构造深度大，能满足抗滑的需要。同 时，严格控制集料 4.75 mm 通过率。配合比设计要点沥青混合料的配合比设计就是要针对不同地 域环境沥青路面工程的特点，在原材料选择、级配 设计、生产验证三阶段综合考虑各方面因素，兼顾 沥青混合料的各项性能，以达到工程要求的沥青 路面使用性能。夏热冬寒区道路沥青混合料设计原则：在以 混合料高温抗车辙性作为首 要控制指标的前提 下，保证其良好的低温抗裂性，并兼顾其它性能。2.1 沥青的选择从高温抗车辙性的要求出发，沥青宜选用稠 度高、软化点高的沥青，当普通沥青难以满足抗车 辙要求时，采用改性沥青是有效方案之一。与普通 重交通沥青相比较，改性沥青的软化点、粘度有很 大的提高，所拌制的混合料其高温稳定性能将有 明显的提高。从低温抗裂性的要求出发，沥青面层在低温 时应具有较低的劲度和较大的抗变形能力，且在 行车荷载和其他因素的反复作用下不至于产生疲 劳开裂。使用稠度较低及温度敏感性低的沥青，可 提高沥青路面的低温抗裂性能。沥青材料的老化 会使其低温抗裂性能恶化，故为了提高沥青路面 的低温抗裂性能，应选用抗老化能力较强的沥青。 在沥青中掺加橡胶类高分子聚合物，对提高沥青 路面的低温抗裂能力具有较为显著的效果。2.2 级配的设计矿料级配是沥青混合料中非常重要的因素， 一些小的调整就可能改变混合料的各项性 能 ，在 配合比设计中必须加以重视，合适的级配可以发 挥出材料的最佳组合性能，甚至可以弥补材料质 量上的差距。对于沥青混合料的低温性能，级配变化的影 响并不显著，仅当细集料产生较大幅度变化（变粗5）以 上时 ，其低温性能才出现劣化 。在 级 配 设 计时主要考虑混合料的其它性能。级配波动对沥青混合料的高温稳定性可产生 较大的影响 ，沥青混合料的抗车辙能力 有 60依 2塘汉快速路实例分析塘 汉 快 速 路 位于中国沥青路面气候分区的 1-3 区，属于典型的夏炎热冬寒冷区，昼夜温差 大 ，且 该 项 道 路工程为城市快速路 ，交通量较大， 故对道路性能有较全面的要求。3.1 原材料的选择近年来，一些新建的高速公路沥青路面出现 早期损坏的现象，其中一个重要的原因就是所用 原材料存在质量差，某些关键指标达不到规范要 求等问题。针对夏热冬寒区道路的特点，在原材料 的选择方面则有相应的更具体的关键性指 标 ，以 使沥青混合料中的各材料在这种环境温度下发挥 出其最佳性能。3.1.1 沥青综合平衡高温抗车辙性和低温抗裂性两方面 的原则，选用标号中等的沥青，如 70 号、90 号。塘 汉快速路路面下面层就选择了 70 号基质沥青，而为了整个沥青路面结构具有更强的抗车辙 性 能 ，该工程沥青路面上面层选用了热塑性橡胶 类 SBS 改性沥青。表 1 所列为沥青各项关键性控制指标。表 1 沥青关键技术控制指标表3控制指标70 号基质沥青SBS 改性沥青针入度（25 ，5 s，100 g）/0.1 mm软化点 /延度 /cm7649.640（15 ）7062.130（5 ）3.1.2 集料集料质量差是目前公路建设中特别严重的问城市道桥与防洪2010 年 7 月第 7 期道路交通21 题 ，具 体 表 现 在 ：材 料 脏 、粉 尘 多 、针 片 状 含 量 高 、级配不规格等，严重影响了沥青混合料的性能。在 夏热冬寒区道路的建设中更应该重视集料的质量问 题 ，除 了 要 重 视 其“ 资 源 特 性 ”，即 密 度 、压 碎 值 、磨 光 值 等 ，还 要 重 视 其“加 工 特 性 ”，即 石 料 的级 配 组 成 、针 片 状 含 量 、含泥量等指标 ，慎重选择 所用集料。表 2 所列为塘汉快速路所用集料各项关键性指标。满足规范要求 ，通过配合比的调整来弥 补 也 是 相当困难的。随后在使用了优质的石屑进行设计后，各 项 指标均有了显著的提高，结果见表 4 所列。由此可见原材料的性能指标是非常重要的。表 4马歇尔试验结果 B 汇总表空隙率 /%VMA/%VFA/%稳定度 /kN流值 /0.1 mm最佳级配4.8014.2166.218.0226.30规范要求3614657582040表 2 集料关键技术控制指标表路面上面层对混合料的各项性能指标都有 了更高的要求，应进行更加细致的调整。塘汉快速路 上 面 层（AC-13、SBS 改 性 沥 青）配 合 比 设 计 的 几组调整级配见表 5 所列。表 5 马歇尔试验结果 C 汇总表510 mm 1020mm 2030 mm 石屑 A 石屑 B碎石 碎石碎石控制指标砂表观相对密度吸水率 /% 针片状含量 /%0.075 mm含量 /%压碎值 /% 粘附性 / 级2.8801.751.862.8701.309.622.8650.9212.072.7922.7682.545级配类型 空隙率 /% VMA/% VFA/% 稳定度 /kN 流值 /0.1 mm1.111.010.612.344.510.5 ABa b 规范要求4.064.344.364.943615.8716.0916.6917.191474.4273.0473.8771.2865757.336.678.548.05824.828.330.340.6204011.794密度 /tm-30.075 mm 通过率 /%外观矿粉2.63485.3无团粒结块3.2 级配设计在保证材料质量的基础上，配合比设计首先 考察的混合料性能指标就是其高温抗车辙 能 力 ， 其次就是要保证它的低温抗裂能力。塘汉快速路 建设工程在配合比初步设计时就将这两大性能指 标摆在了首位。在调整级配时设计出多套方案，综合进行筛 选。在塘汉快速路下面层（AC-25、基质沥青）配合 比设计时先选用了一种质量较差的石屑，并希望 通过级配的调整来弥补材料性能差的缺陷，以达 到更好的工程经济性。表 3 所列为几组不同级配 的马歇尔试验结果。从表 5 中的数据可以看出，改性沥青的应 用对沥青混合料的马歇尔稳定度指标提高并不十分 明显，前两组级配的马歇尔稳定度指标均不合格，体积指标基本满足要求。适当调整级配，增加粗集 料用量、减少中砂用量以提高其稳定度，同时为防止空隙率增大，适当增加石屑的用量，调整后的两 组级配其各项指标均有了显著的提高。可见调整矿料级配对混合料的性能有很大的影响，故应加以重视。3.3 高低温性能验证在进行沥青混合料性能验证时，针对夏热 冬 寒区路面的特殊要求，首先对其高温抗车辙性能 进 行 试 验 评 价 ，在公路沥青路面施工技术规 范（JTG F40-2004）中针对不同的气 候 分 区 、不 同 的 沥青种类也有不同的高低温性能要求，而对夏热 冬寒区的要求相应较高，对改性沥青的要求也较 高，故将其作为关键控制指标。塘汉快速路的上、下面层高温车辙试验的 动 稳 定 度 分 别 为 7 087.5 次 /mm、1 342.9 次 /mm，均高 于规范要求的动稳定度大 于 2 400 次 /mm、大于 800 次 /mm。在保证了混合料的高温抗车辙能力后，进 行 低温小梁弯曲试验，用破坏应变的指标来表征。规范对改性沥青混合料的低 温抗裂性有较高的要 表 3马歇尔试验结果 A 汇总表级配类型空隙率 /%VMA/%VFA/%稳定度 /kN流值 /0.1 mm 规范要求4.9788.9745.7843615.38616.93414.9521467.68247.04661.35265754.958.635.50842.129.024.02040级配马歇尔稳定度指标不合格；级配沥青混合料的马歇尔稳定度指标合格，但混合料的 空 隙 率 严 重 超 限（设 计 空 隙 率 4.5%）；而 级 配 混合料的空隙率和马歇尔稳定度指标均不 合 格 。故在采用质量不合格的石屑进行配合比设 计 时 ， 混合料的空隙率和马歇尔稳 定度指标很难同时 城市道桥与防洪道路交通2010 年 7 月第 7 期22橡胶沥青混凝土的应用技术研究程贤鹏 1，董超君 1，黄震 2（1 .武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉 430023 ；2 .西安市市政设施管理局，陕西西安 710016）摘 要：该文分析了橡胶沥青的作用机理，从胶结料性质 、配合比设计 、路用性能指标等角度 ，对普通沥青混凝土与橡胶沥青 混凝土进行了对比 。结果表明，使用橡胶沥青混凝土可以显著提高路面的路用性能 。文章针对目前国内橡胶沥青混凝土使用 中存在的一些问题提出了建议，为橡胶沥青混凝土的应用提供了理论依据 。 关键词：路面工程；橡胶沥青；机理；混凝土；应用技术中图分类号：U416 .217文献标识码：B 文章编号：1009-7716（2010）07-0022-03较强的弹性和韧性，其分子结构一般为线型、支链型或交链型，一般要把原生胶进行硫化处理，即在 原生胶中加入硫磺和其它促进剂，使橡胶分子产生大量交联，形成三维空间网状结构，从而橡胶的 强度、韧性、弹性及耐磨性能都能得到显著增强。废旧橡胶粉加入沥青后，在高温及机械力的 作用下，沥青中轻质油分子进入橡胶分子内，加上煤焦油软化作用，使橡胶颗粒逐渐软化，网状结构逐渐被撑开，部分交联点及分子链发生断裂。在拌 和过程中，热氧化亦能引起橡胶分子链断裂。上述过程称为橡胶颗粒的“溶胀”。由于废橡胶颗粒在 沥青中发生了“溶胀”部分恢复生胶的粘附性和可塑性，并由原来的紧密结构变为相对疏松的絮装结构。制备后的橡胶溶胀颗粒能均匀地悬浮分散 在沥青中，使沥青由单相体系转变为双相体系，沥青界面性质发生变化，因此沥青的性能也发生了显著改变。概述长期以来，废旧轮胎的处理一直是环境保护的世 界性难题，并 且 被 称 为 “黑 色 污 染 ”。橡 胶 沥 青（Asphalt Rubber）是一种减少“黑色”环境污染的有效 办法。它主要是通过一定的生产工艺将橡胶粉加入沥青当中，形成一种以橡胶粉为改性剂的改性沥青。橡 胶沥青起源于 20 世纪 60 年代，经过近 50 a 的发展应用证明，把橡胶沥青应用于道路工程中，可以在提高道路路用性能的同时大大 降低建造成本与养护费 用，同时还可降低噪声，提高行车舒适度。而且，橡胶沥青生产可环保利用废旧轮胎，符合国家提倡的“建 设节约型社会”“、发展循环经济”政策。因此，橡胶沥青混凝土的应用技术具有十分重要的现实意义。1橡胶沥青的作用机理天然橡胶、合成橡胶都是高分子聚合物，具有2橡胶沥青的性能分析橡胶沥青是先将废旧轮胎原质加工成为橡胶收稿日期：2010-03-12作者简介：程贤鹏（1982-），男，湖北大冶人，工学硕士，助理工程师，从事市政道路设计工作 。3!求，需特别注意。塘汉快速路的上、下面层低温小梁弯曲试验的 破坏应变分别为 3 269 m、2 652 m，均高于规范要求的破坏应变大于 2 800 m、大于 2 300 m。4结语（1）夏热冬寒区道路的沥青路面设计有其独有 的特点，沥青混合料配合比设计的原则是首先保 证混合料的高温抗车辙性能，并要求其具有较强 的低温抗裂缝性能，在综合兼顾其他路用性能的 基础上进行级配的确定。（2）在配合比设计时，每项工序都是相当重要 的，从材料的选择到矿料级配的确定，再到混合料 使用性能验证都需要工作研究人员给予相当高的重视程度，其中每个部分的优劣都会影响到最后的设计成果和沥青混合料的性能。参考文献1 沈金安. 沥青及沥青混合料路用性 能 M. 北 京 ：人 民 交 通 出 版 社，2001 .2 JTG F40-2004 ，公路沥青路面施工技术规范S .3 魏 进 ，王 晓谋 ，陈渊召. 高等级公路沥青路面裂缝病害原因分 析与养护技术J.筑路机械与施工机械化，2007 ，(8 )：1-2 .4 王树臣，王跃文.沥青混凝土路面裂缝成因及 预 防 措 施 J. 黑 龙 江交通科技，2006 ，(6 )：51 .5 赵雄伟，刘细军.沥青路面车辙病害成因与防 治 措 施 J. 地 球 与 环境，2005 ，(33 )：314-316 .6 徐 惠 宁 . 体 积 指标对沥青混合料路用性能的影响 D. 哈尔滨： 哈尔滨工业大学，2007 .to succeed the traditional culture of a city, to upgrade the integral figure of city, to improve theinvestment environment and to promote the development of tour industry. The higher requirement is put forward to the design of urban road landscape. The article analyzes the landscape design case of Xinyao Road (W) in Guangzhou City, and introduces how to fully consider the road landscape in the course of road design.Keywords: urban road, landscape design, Guangzhou CityApplication of Sandstone in SMA-16 Pavement ! Ma Yutian（15）Abstract: SMA pavements in China are mostly used of the basalt, diabase and other igneous rocks because of its limited resources, rare producing, and the processing, transportation and other reasons led to high costs. In the premise of ensuring project quality, Shaoyong Expressway reasonably reduces the engineering construction costs. The selection of aggregate is based on the principle of “local conditions, cost saving”. The top layer of 5cmSMA-16 pavement coarse aggregate is the metamorphic sandstone from Yongzhou City Shuangpai County Majiang Stone Yard. The article introduces in detail the application of sandstone in SMA pavement, and discusses in detail the raw material, aggregate performance, design of mix ratio, road performance of asphalt mixture, construction technology and application, and quality evaluation of pavement completion.Keywords: Shaoyong Expressway, Sandstone, SMA-16 sandstone asphalt mixture, design, road performance, construction technology and applicationMix Ratio Design of Road Asphalt Mixture in Hot-summer Cold-winter Region ! Gao Shengli, Wei Peng, Chen Ling, Ma Lin（19） Abstract: The mix ration design of asphalt mixture is a very important work in the course of asphalt pavement construction. The different climate conditions, the different environmental conditions and thedifferent traffic flows will greatly influence the principles and objectives of the mix ratio design. Especially for the nix ratio design of the road asphalt pavement in the cold regions, it will give attention to two or morethings of its high-temperature performance under the premise of satisfying the low-temperature performance requirement of mixture. According to the case of mix ratio design of the asphalt pavement for Tanghan Expressway, the article discusses the characteristics of mix ratio design of road asphalt mixture in the cold regions.Keywords: road in hot-summer cold-winter region, asphalt mixture, mix ratio design, high