长寿命沥青路面关键技术

长寿命沥青路面关键技术研究报告人：申爱琴（教授博士生导师）长安大学公路学院长寿命沥青路面关键技术研究主要内容1长寿命沥青路面发展及研究现状2长寿命沥青路面设计理论及设计指标3长寿命沥青路面结构设计4长寿命沥青路面结构层材料设计5长寿命沥青路面层间处治技术6长寿命沥青路面经济效益分析1长寿命沥青路面发展及研究现状1.1前言-近年来我国高速公路里程增长迅速。

2000年底，高速公路通车总里程已达到1.6万公里，我国高速公路总里程跃居世界第三位；2002年底，我国高速公路通车总里程已达到2.52万公里,跃居世界第二位；截止到2004年底，我国高速公路通车里程已超过3.4万公里，保持世界第二。

1.1前言我国所建高速公路中90%以上为半刚性沥青路面结构。存在一系列问题：

1.2长寿命路面的设计理念（1）传统路面存在的问题

-采用半刚性基层结构(结构单一);-面层厚度比国外的薄(总厚度相当);-路面的破坏形式与设计指标不一致

-易出现结构性破坏，修复困难.（2）长寿命路面的特点

-沥青面层厚度大;-服务周期长(超过50年);-维修方便且费用低

（3）长寿命沥青路面设计理念

按功能合理设计结构层基本前提:

-HMA路面足够厚,以消除自下而上的路面破坏。结构

-路面必须有合适的厚度和刚度以抵抗变形,-具有足够厚度和良好性能以抵抗自基层底的疲劳开裂。功能

-上面层设计主要考虑抗车辙能力和抗磨耗能力;-中间层设计主要考虑抗车辙能力;-基层设计主要考虑抗疲劳能力.1.3国外长寿命路面的发展及现状1.3.1欧洲永久性路面（1）使用寿命>40年（2）裂缝

-裂缝产生于沥青面层表面并由上向下发展；

-绝大多数为纵向裂缝,位置在轮迹两侧,也有横向表面裂缝,但很少见。（3）车辙

1997年Nunn等人发现,厚沥青路面存在一个厚度上限,超过这个限值自下而上的疲劳开裂和结构性车辙都不会发生。

1.3.1欧洲永久性路面（4）疲劳寿命

-数据统计分析表明,90%多的残余寿命差别是由沥青用量和沥青硬度的不同而引起的,沥青的老化则是疲劳寿命差异的主要影响因素。（5）沥青的养生

-主要结构层的逐渐硬化对道路有利,-确切地说,沥青的老化是一种养生过程。

-不希望磨耗层过度老化,会导致路面从表层开裂。

-基层使用的沥青针入度为100,20年后其针入度会降至20甚至更低。TRL对AC养生研究表明:道路在使用期间沥青碎石基层劲度会逐渐增长至原来的4倍或者更高,这种变化对长寿命路面的设计有重大意义。

1.3.1欧洲永久性性路面（6）路面强度度-沥青在养生生作用下道道路劲度随随时间增加加，路段弯弯沉随时间间而减小；；-施工良好的的厚沥青路路面荷载扩扩散能力提提高，沥青青基层不会会出现因交交通诱发的的破坏。（7）材料选择择-英国硬质沥沥青的使用用是与长寿寿命路面结结构的使用用相结合；；-采用刚度更更大的基层层材料，如如HMB15、HMB25、HMB35三种高模量量沥青混合合料。1.3.2美国永久性性路面（1）欧洲设计计理念的延延续和发展展（2）使用寿命命>50年，罩面层层15~20年以后进行行修复（3）结构形式式-全厚式沥青青混凝土路路面和高强强度厚沥青青路面的发发展。1.3.2美国永久性性路面（4）疲劳裂裂缝实例：新泽西州建建于1968年的州际公公路I-287,面层厚度是是10in.(25.4cm)。1993年的路面调调查发现,路表出现很很多裂缝,但现场取芯芯表明裂缝缝深度大都都在3英寸(7.62cm)之内,没有由下向向上发展的的疲劳裂缝缝。（5）提出疲劳劳极限的概概念-沥青面层或或沥青碎石石基层在层层底拉应变变很小时,可以承受相相当多数量量的荷载作作用而不发发生疲劳破破坏,-沥青混合料料的疲劳应应变小于““应变下限限”时,材料内部将将不发生疲疲劳损坏的的累积。（6）路面设计计方法力学经验路路面设计方方法特点：-把路面结构构设计同材材料的选择择和施工结结合起来考考虑；-考虑到路面面损坏分析析是材料性性能、温度度、水和荷荷载的相互互作用结果果；-提供更精确确的设计、、提高路面面寿命、提提供费用-效益合理的的设计，-具有特殊的的分析能力力，如不同同的损坏、、特殊荷载载、路面损损坏调查评评价等。1.3.3其它国家长长寿命路面面-除了美国和和欧洲，加加拿大、澳澳大利亚甚甚至南非等等许多国家家都在对长长寿命路面面进行广泛泛的研究，，并取得了了一定成果果。-到目前为止止,永久性路面面设计方法法在设计参参数、设计计标准上还还没有一个个统一的标标准,仍处在发展展完善阶段段。1.4国内长寿命命沥青路面面研究及发发展现状1.4.1研究现状-处于长寿命命沥青路面面结构研究究的初级探探索阶段。。国内相关研研究与实践践--西部交通科科技建设项项目——“重载交通长长寿命沥青青路面关键键技术研究究项目”--河南尉许高高速公路是是一种“刚刚柔并济济、优势互互补”的水水泥混凝土土与沥青混混凝土（PCC+AC）复合式路路面结构，，结构如图图1-1。开封至郑郑州高速公公路、厦门门环岛高速速公路、合合肥至全椒椒高速公路路、天津市市道路、国国道323宜州-都街段都修修建有复合合式路面结结构。图1-1河南尉许高高速公路复复合式长寿寿命路面结结构简图路基18cm厚的二灰碎石基层

2cm厚的应力吸吸收层4cm改性沥青混混凝土28cm厚的水泥混凝土面板1.5cm厚的防水联接层

2.长寿命沥青青路面设计计理论及设设计指标2.1国内外的沥沥青路面设设计体系2.1.1基于经验的的设计方法法（1）CBR法-以CBR值作为路基基土和路面面材料（主主要是粒料料）的性质质指标。-通过对已损损坏或使用用良好的路路面的调查查和CBR的测定，建建立起路基土CBR-轮载-路面结构层层厚度（以粒料层层总厚度表表征）三者者间的经验验关系。2.长寿命沥青青路面设计计理论及设设计指标（2）AASHTO法在AASHTO试验路的基基础上建立立。-整理试验路路的试验观观测数据，，得到路面面结构-轴载-使用性能三三者间的经验验关系式。。特点：-采用现时服服务能力指指数（PSI）作为路面面使用性能能的度量指指标。-路面使用性性能指标PSI,主要受平整整度的影响响，与裂缝缝、车辙、、修补等损损坏的关系系很小。2.1.2基于力学的的力学-经验设计方方法壳牌（Shell）公司的Peattie和Dormon提出力学-经验法设计计沥青路面面的框架：：a以弹性层状状体系（三三层）代表表路面结构构，计算分分析圆形均均布轮载作作用下结构构内各特征征点的应力力、应变和和位移值;b以沥青面层层的疲劳开开裂以及路路基土和粒粒料层的过过量永久性性变形作为为沥青路面面的主要损损坏模式，，c选用面层底底面在荷载载重复作用用下的拉应应变以及路路基顶面的的压应力或或压应变作作为设计指指标。Shell法采用的三三层弹性体体系路面模模型在第四届(1977)和第五届(1982)沥青路面结结构设计国国际会议上上，各国分别提提出了十余余种以力学学～经验法法为基础的的设计方法法。力学～经验验法设计方方法示例

结构路面模型损坏模型环境路面材料Shell多层弹性疲劳（沥青、水泥稳定层）车辙（路基应变、沥青层）温度沥青混凝土、水泥稳定基层、粒料美国AI多层弹性疲劳（沥青层）车辙（路基应变）温度冻融沥青混凝土、乳化沥青基层、粒料南非NITRR多层弹性或粘弹性疲劳（沥青、水泥稳定层）车辙（路基应变、粒料层剪切）温度断级配沥青混合料、沥青混凝土、水泥稳定粒料、粒料美国联邦公路局多层弹性疲劳（沥青、水泥稳定层）车辙（路表PSI）温度沥青混凝土、水泥稳定粒料、粒料、硫化处治材料英国诺丁汉大学多层弹性疲劳（沥青、水泥稳定层）车辙（路基应变）温度热碾沥青层、沥青混凝土、粒料法国LPC多层弹性疲劳（沥青、水泥稳定层）车辙温度沥青混凝土、沥青稳定基层、水泥稳定粒料、粒料比利时多层弹性疲劳（沥青、水泥稳定层）车辙温度沥青混凝土、沥青稳定基层、粒料沥青路面结结构设计框框图2.2目前的沥青青路面的早早期损坏类类型及结构构损坏模式式2.2.1沥青路面的的早期损坏坏类型（1）第一类早早期损坏往往往发生在在通车后不不久，有的的是当年，，有的在在1～3年内发生。。特点：a、局部性；；b、通常行车车道首先发发生；c、强烈的时时间特性；；d、通过及时时的局部性性的维修和和铣刨加铺铺可以得到到缓解。（2）第二类早早期损坏由深层次原原因导致的的早期损坏坏，与我国国采用较薄薄沥青层的的半刚性基基层沥青路路面结构有有关。-薄沥青层从从长远来说说，无法防防止开裂，，无法防止止各种途径径地水地进进入，又不不能迅速地地排除水，，尤其是在在严重的超超限超载车车辆通行的的路段，超超载和水的的共同作用用使沥青路路面在短时时间内发生生较严重的的损坏，且且导致基层层结构的损损坏。2.2.2路面结构损损坏模式传统沥青混混凝土路面面结构损坏坏模式传统统的沥青混混凝土路面面损坏类型型最主要的的是疲劳开开裂和永久久变形这两两类,传统沥青混混凝土路面面结构损坏坏模式2.2.2路面结构损损坏模式（1）车辙-一种是车辙辙只发生在在沥青面层层,为表面车辙辙;-另一种车辙辙产生于土土基,为结构性变变形。对道路的车车辙产生速速率的调查查结果：-沥青层厚小小于180mm时，车辙率率较大；-沥青其厚度度大于180mm时,车辙速率会会迅速降低低。对厚沥青面面层道路,调查表明：：-车辙的大部部分主要发发生在沥青青层表面。。车辙（2）疲劳开裂裂定义：-疲劳开裂是是指在荷载载重复作用用下沥青混混凝土面层层底面弯拉拉应变引起起的开裂,并且由下而而上发展直直至贯穿整整个沥青混混凝土面层层,造成路面损损坏。如图图2-5。数据统计分分析表明：：-90%多的残余寿寿命差别是是由沥青用用量和沥青青硬度的不不同而引起起的，沥青青的老化则则是疲劳寿寿命差异的的主要影响响因素。计算表明：：-基层弹性劲劲度随沥青青的老化增增加，扩散散荷载的能能力也逐渐渐提高，从从而减小了了车辆荷载载引起的、、导致路面面疲劳的基基层拉应变变。沥青路面疲疲劳开裂（3）永久变形形定义：-在荷载重复复作用下路路基顶面压压应变产生生的不可恢恢复的变形形量的积累累。包括：-固结和剪切切两部分,通常在路面面设计中处处理。永久变形与与材料的属属性有关：：-沥青混凝土土-累积永久变变形与弹性性变形的比比率与重复复荷载数N和温度T及应力值有有关；-粒状材料－－累积变形形与弹性变变形的比率率是体积和和八面体剪剪切应力的的函数；软土地基－－累积永久久变形与弹弹性变形的的比率为：：log(εεp/εr)=a0+b0·logN其中,a0和b0为常数。永久变形与与车辆荷载载作用轴次次关系最初初是由Monismith等人于1975年提出的，，如下式所所示:εp=ANb,其中,εp为累积永久久应变；εr为弹性变形形；N为作用轴次次；A、b为回归参数数。永久变形2.3各国提出的的长寿命沥沥青路面设设计理念、、方法、指指标随着社会发展,交通量和轴载的的增加,沥青路面的诸多多设计方法的局局限性也愈加显显化针对与解决此类类问题诞生了基于力学学的长寿命路面面结构设计方法法2.3.1基于力学的长寿寿命路面结构设设计方法实质：-运用力学方法来来分析路面结构构对气候和荷载载的响应。（1）Monismth1992年在TRB会议上提出了这这种设计方法,Monismth和Long建议控制沥青层层底的弯拉应变变≤60με，基顶压应变≤≤200με。基于力学的路面面设计流程(Monismith,1992)Monismith和Long建议各层应变变控制指标

行车荷载沥青层底弯拉应变<60me

基顶压应变

<200me基层路基2.3.2基于力学的长寿寿命路面结构设设计方法（2）伊利诺斯州的的基于力学的路路面结构设计方方法-以ILLI_PAVE程序的有限元分分析结果为基础础,采用了一个控制制应变的疲劳方方程,这个疲劳方程可可以用来控制HMA层的配合比、拉拉应力和路用性性能。-这种设计方法已已经被伊利诺斯斯州交通运输部部(IDOT)所采纳。（3）以明尼苏达公公路研究课题采采集的数据为基基础,明尼苏达州制定定了一种力学设设计方法。用层状弹性理论论程序WESLEA计算路面结构在在荷载下的响应应。2.3.2基于力学的长寿寿命路面结构设设计方法（4）英国的设计方方法-以计算结构层中中临界位置的响响应为理论基础础。Nunn等人认为，-Nunn等人在1997年发现，沥青路路面面层存在一一个厚度极限，，在施工良好的的道路中，超过过这个厚度限值值，由下到上的的疲劳开裂和结结构性的车辙都都可避免。-当累计标准轴载载作用次数(ESAL)超过8000万次时，沥青面面层厚度不再需需要增加。-在沥青面层层底底存在一个极限限弯拉应变水平平，当层底应变变处于这个水平平以下时疲劳损损坏就不会发生生。长寿命沥青混凝凝土路面设计原原理考虑国内提出的的抗剪概念的长长寿命沥青混凝凝土路面设计原原理图3.长寿命沥青路面面结构设计3.1长寿命沥青路面面结构分层以及及各层功能特点点长寿命沥青路面面结构设计要达达到三个目标：：（1）不出现结构性性破坏，包括结结构性裂缝和结结构性车辙；（2）路面破坏仅发发生在路面表层层，且能迅速修修复；（3）定期的路面表表层养护、检修修和更换能使路路面结构达到长长寿命（超过50年）。3.1长寿命沥青路面面结构分层以及及各层功能特点点-长寿命路面的破破坏主要是磨耗耗层自上而下的的功能性破坏。。-路面设计时，，将上面层设计计成功能层，将将中下面层、基基层设计为结构构的承重层。-结构具体分层：：由路基顶面向上上长寿命沥青路路面由HMA基层、HMA中间层和磨耗层层三部分组成。。长寿命沥青路面面结构示意图3.1.1结构要点(1)轮载下100～150mm区域是高受力区区域,也是各种损坏(主要是车辙)易发区域;(2)磨耗层（面层））：40～75mm高性能沥青混凝凝土，为车辆提提供良好的行驶驶界面,应具有足够的表表面构造深度，，抗车辙、水稳稳定性好;(3)HMA中间层：100～175mm高模量抗车辙沥沥青混凝土，起起到连接和扩散散荷载的作用,应具有高模量(刚度)、抗车辙特性;3.1.1结构要点(4)HMA基层：75～100mm高柔性抗疲劳沥沥青混凝土，起起到消除疲劳破破坏的作用,最大拉应变产生生在HMA基层底部,该区域最易发生生疲劳破坏，所所以该层应具备备柔性高、抗疲疲劳能力强、水水稳定性好等优优点;(5)路面基础不仅为为沥青面层的铺铺筑提供良好的的界面,而且对于路面的的变形、抗冻都都是至关重要的的。3.1.2HMA基层受力特性取两个结构作为为研究对象分析析结构二结构一路面厚度：60cm沥青层厚：40cm路面厚度：78cm沥青层厚：37cm3.2国外长寿命沥青青路面结构设计计3.2.1各国长寿命沥青青路面结构设计计年限单位西费吉尼亚堪萨斯州俄亥俄州华盛顿威斯康星州犹他州加利福尼亚年限403035405030~5035单位科罗拉多州伊利诺斯州夏威夷AASHTO（1993）俄勒冈州FHWA西班牙年限404030~5030~5030~35不小于3530单位德国英国法国南非日本加拿大澳大利亚年限30~404030~4020~4020~4030~4020~40各国长寿命沥青青路面结构设计计年限3.2.2美国长寿命沥青青路面设计实例例3.2.2密歇根州永久性性路面设计推荐荐结构20年设计交通量，SAL×1063102030总沥青层厚度290345370405SMA厚度（mm）——3565Supempave厚度（mm）5050——联结层厚度（mm）11590140115140125150HMA基层厚度（mm）125150155180165180190集料基层厚度（mm）——330430集料底基层厚度（mm）380250——非冰冻敏感路基土厚（mm）345315220200维修1年20151515铣刨一罩面厚度5050~10065~11565~115维修2年32303030铣刨一罩面厚度（mm）50505050~753.2.3俄亥俄州结构设设计实例临界拉应变=70με，结构设计参参数如表。材料模量泊松比厚度SMAPG76-22M（设计空隙率3.5%）E=3450MPaμ=0.354cmSuperpave19PG76~22M（设计空隙率4%）E=3450MPaμ=0.354.5cm联结层PG64-22（302，设计空隙率4.5%）E=3450MPaμ=0.35设计层抗疲劳层PG64-22（302，设计空隙率3%）E=3450MPaμ=0.3510cm集料基层E=140MPaμ=0.415cm路基CBR=4,5,6μ=0.45WayneUS30道路永久路面结结构设计参数StarkI-77结构设计参数材料厚度（英寸）Superpave12.5PG76-22M（设计空隙率3.5%）4cmSuperpave19PG76-22M(设计空隙率4.0%)4.5cm联结层PG58-28（设计空隙率4.0%，30%再生料）25cm抗疲劳层PG58-28（302，设计空隙率3.0%）10cm集料基层15cm路基层3.2国内长寿命沥青青路面结构设计计探索-全厚式沥青路面面建设费用高，，短期内在我国国推广不现实。。-如何研究设计适适合我国经济技技术条件、自然然条件、资源条条件的长寿命沥沥青路面是我们们要解决的主要要问题。-我国在长寿命沥沥青路面方面的的研究正逐步深深入，国内一些些科研机构如长长安大学、东南南大学、交通部部公路科学研究究所、江苏交通通科学研究院等等都对此进行了了研究，铺筑了了试验路，也取取得了不少成就就。3.2.2江苏省沿江高速速公路长寿命路路面试验路结构构方案K57＋229耿泾河中桥K58＋240K59+481K61+231赵市线中桥K62+850常熟一标终点图中：CS－水泥稳定碎石石，ATB－沥青稳定碎石石，GRH－级配碎石，红红色－采用改性性沥青。图中：CS－水泥稳定碎石石，ATB－沥青稳定碎石石，GRH－级配碎石，红色－采用改性性沥青。C/FDAC——粗/细型密级配沥青青混凝土混合料料江苏省沿江高速速公路长寿命路路面试验路结构构D长寿命结构3.2.2长安大学长寿命命沥青路面课题题（1）结构设计特点点：A根据国情，混合合式基层沥青路路面与半刚性基基层沥青路面是是研究重点。。B结合HPDS软件、东南大学学设计软件、SHELLBISAR3.0对结构分别计算算与验算的结果果C结构层总厚度及及沥青层厚度均均有所增加，以以减小由荷载产产生的沥青层底底拉应变，达到到长寿命路面的的设计要求（2）长安大学长寿寿命沥青路面课课题试验路结构构课题组提出了三三种结构方案，，并于铺筑了试试验路。三种方案对照ATB-2512cm路基SMA-134cmHMAC-206cmFAC-258cmATB-3012cm

二灰稳定碎石20cm

二灰稳定碎石18cm路面厚度：68cm沥青层厚：30cm方案一路基

二灰稳定碎石20cm

改性沥青AC-52cm

SMA-134cmHMAC-208cmFAC-2512cm

水泥粉煤灰碎石20cm方案二路面厚度：66cm沥青层厚：26cmSMA-134cmHMAC-206cmFAC-258cm路基ATB-3012cm二灰稳定碎石16cm二灰稳定碎石16cm

玻璃隔栅应力吸收层

水泥粉煤灰碎石18cm方案三路面厚度：68cm沥青层厚：18cm3.2.3沪宁高速公路拓拓宽段工程试验验段结构路面厚度:79cm沥青层厚:39cm路面厚度:79cm沥青层厚:37cm路面厚度:79cm沥青层厚:28cm3.2.4山东长寿命路面面结构汇总（单单位：cm)4长寿命沥青路面面结构层材料设设计4.1概述长寿命沥青路面面各结构层材料设计是保证证路面良好路用用性能的关键，，根据各结构层功功能进行路面材料设计,提出材料指标要要求磨耗层：抵御车车辙、老化、温温度开裂和磨耗耗；中间层：抵御车车辙，传递、分分散荷载；基层：承重层，，抵抗层底弯拉拉应变。4.2磨耗层材料设计计4.2.1影响因素和性能能要求影响因素磨耗层的具体要要求依赖于交通通条件、环境因因素、当地的经经验和经济条件件。面层受到自自然条件(雨水、气温、日日照)和行车荷载的作作用最频繁,处于压应力、剪剪切应力集中的的区域。性能要求包括抗车辙性能能、抗表面开裂裂性能、良好的的抗滑性能、缓缓解水雾的影响响并能减小噪声声等。4.2.2磨耗层材料设计计方法磨耗层材料应选选择SMA、密级配混合料料或OGFC等。-在一些对抗车辙辙性能、耐久性性、抗渗性、抗抗磨损性要求高高的地区,可以选择SMA,这在交通量大且且载重车多的城城市区域尤为适适用。-在交通量小且载载重车比例较少少的情况下,使用密级配混合合料更为适合。。与SMA一样,它也必须满足抗抗车辙、抗渗、、抗磨耗及气候候状况的要求。。-OGFC具有优良的抗滑滑性能、排水性性能以及减少噪噪声等优点。可可用于对排水有有特殊要求的的的情况以SMA和OGFC配合比设计方法法为例介绍磨耗耗层材料设计方方法。4.2.2.1磨耗层材料—SMA配合比设计SMA配合比设计包括括：（1）材料选择（2）确定初试级配配；（3）测定粗集料骨骨架间隙率VCADRC；（4）选择初试沥青青用量；（5）根据VMA和VCA确定设计级配；；（6）马歇尔试验并并根据空隙率VV确定最佳沥青用用量。SMA配合比设计流程SMA（1）材料选择A粗集料-采用坚硬、粗糙糙的、有棱角的的优质石料.-粗集料性质必须须在《公路沥青路面施施工技术规范》(JTJ032)规定的抗滑表层层的基础上,对石料压碎值提提高到不大于25%,针片状颗粒含量量指标要求不大大于15%。B细集料-最好使用坚硬的的人工砂-细集料的视密度度、坚固性、砂砂当量和棱角性性指标必须满足足《公路沥青路面施施工技术规范》(JTJ032)规定的质量技术术要求.（1）材料选择C填料-粉胶比一般达到到1.8～2.0-必须使用磨细的的石灰石矿粉,应满足《公路沥青路面施施工技术规范》(JTJ032)的要求.采用石灰石矿粉粉的亲水系数必必须小于1,与沥青应有良好好的粘附性,小于0.075mm的含量应大于75%.D纤维稳定剂采用木质素纤维维、矿物纤维,聚合物纤维等各各种正式纤维产产品E沥青结合料-沥青结合料的质质量必须满足沥沥青玛蹄脂的需需要,要有较高的粘度度,符合一定的要求求,以保证有足够的的高温稳定性和和低温韧性.-必须采用符合““重交通道路沥沥青技术要求””的沥青,在大多数地区要要使用比通常较较硬一级的沥青青,最好采用改性沥沥青.-SMA和改性沥青是从从矿料级配和沥沥青结合料两个个方面改善沥青青路面质量.是采用SMA一个途径,还是改性沥青一一个途径,或者同时采用改改性沥青和SMA两个途径,主要取决于使用用者的目的以及及经济实力.（2）确定初试级配配根据国内外经验验及有关部门规规范,推荐的SMA的间断级配如表表.-选择初试级配时时必须以该表为为基础,以4.75mm通过率为变化点点,改变3个不同的通过率率:22%、25%、28%,或者采用20%、25%、30%,3个级配均固定矿矿粉数量,0.075mm通过率为10%左右.沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)矿料级配建议范围4.2.2.1磨耗层材料—SMA配合比设计（3）测定粗集料骨骨架间隙率VCADRC-在压实状态下沥沥青混合料中的的粗集料骨架间间隙率VCAmin必须等于或小于于没有其他集料料、结合料存在在时的粗集料集集合体在捣实状状态下的间隙率率VCADRC（4）选择初试沥青青用量-首先考虑最小沥沥青用量的规定定-在选择初试沥青青用量时,一般可根据粗集集料毛体积相对对密度选择AASHTO的SMA规范关于沥青用用量的规定（5）根据VMA和VCA确定设计级配A按照确定初试的的沥青用量,用3组初试级配拌和和制作马歇尔试试件,试件数量为每组组4个,3组试件共计12个，B将三组初试级配配的试验结果VCAmin和VCADRC比较,绘制成图。C从中选择符合VCAmin<VCADRC要求的级配,以4.75mm的通过率最大的的一组级配为设设计级配.D注意,尽量选择VMA稍大于17%的级配为设计级级配,以防在施工过程程中VMA可能会有所降低低.根据VCA确定级配中4.75mm的通过率（6）马歇尔试验验并根据空隙隙率VV确定最佳沥青青用量-在设计级配确确定以后,可以变化3个不同的沥青青用量,每组4个试件.1个用于测定理理论最大相对对密度,3个压实成型进进行马歇尔试试验。-由此可以根据据空隙率要求求确定最佳沥沥青用量.马歇尔试验的的结果必须符符合SMA混合料的设计计技术要求,如表.我国SMA马歇尔试验配配合比设计技技术要求4.2.2.2磨耗层材料—OGFC配合比设计OGFC设计包括：（1）目标空隙率率；（2）材料选择；；（3）试验级配的的选择；（4）沥青用量的的初选和试件件成型；（5）空隙率的确确认；（6）沥青析漏试试验；（7）最佳沥青用用量的确定；；（8）混合料配合合比设计检验验。OGFC4.2.2.2磨耗层材料—OGFC配合比设计（1）目标空隙率率-空隙率以20%为基准,在18%～25%范围内决定。。（2）材料选择A沥青和纤维-使用高劲度结结合料改性沥沥青，如表。。-使用基质沥青青通常要比当当地气候条件件使用的沥青青高2个等级。-添加剂使用木木质纤维或矿矿物纤维OGFC改性沥青技术术要求（2）材料选择B集料-粗集料形状以以方形石为佳佳-细集料可以使使用少量人工工砂,但不能混入粘粘土、灰尘等等有害物质。。C填料-要求使用石灰灰石粉,也可使用质量量通过验证的的熔渣粉末等等材料。-台湾地区提出出的OGFC材料试验方法法及指标要求求见表。台湾地区OGFC材料试验方法法及指标要求求（3）试验级配的的选择-应用已推荐级级配范围,但必须按给定定方法检查粗粗集料石-石接触的骨架架结构。现行规范尚未未提出OGFC级配范围,-试验时,以规格级配的的中间值为目目标的集料配配合比作为1号,在1号配合比外,把2.36mm筛通过质量百百分率各调整整±3%的集料配合比比定为2号和3号。几个最新OGFC推荐级配范围围表中级配是美美国、日本、、韩国和我国国台湾地区的的最新OGFC推荐级配范围围,供设计时参考考（4）沥青用量的的初选和试件件成型-为了测量压实实试件的空隙隙率,可以根据经验验初选沥青用用量为4.5%。对于1、2、3号配合比,各制作4个马歇尔试件件;-OGFC混合料是开级级配,细集料少,温度下降非常常快,因此在试件制制作过程中需需要特别注意意温度的控制制。（5）空隙率的确确认A利用制作的试试件,按照体积法测测量试件的毛毛体积密度,按照真空法测测量分散OGFC混合料的理论论最大密度,从而计算其空空隙率。B将计算空隙率率与目标空隙隙率比较,调整2.36mm筛通过率,再算出各档集集料配合比,并把它作为最最终集料配合合比。（6）沥青析漏试试验以最终集料配配合比,按照沥青用量量4.0%～6.0%的范围,以0.5%为单位按照““沥青混合料料谢伦堡沥青青析漏试验””(T0732-2000)进行沥青析漏漏试验。（7）最佳沥青用用量的确定根据沥青析漏漏试验和试件件飞散损失试试验结果,以沥青析漏试试验的反弯点点作为最大沥沥青用量,以试件飞散试试验的反弯点点作为最少沥沥青用量,在该范围内,考虑现场条件件等因素后,决定最佳沥青青用量。（8）混合料配合合比设计检验验用试验确定的的最佳沥青用用量,进行马歇尔稳稳定度、渗水水试验、动稳稳定度试验、、水稳定性试试验等沥青混混合料配合比比检验试验。。美国OGFC马歇尔配合设设计指标及要要求4.2.2.3OGFC路面排水设计计排水沥青路面面的上面层采采用OGFC，下面采用不不透水的沥青青混合料结构构层，以防止止雨水下渗进进入基层。为确保OGFC铺装层以下结结构的不透水水性，设计中中主要采用以以下方法：-基层上用0.5cm沥青下封层（（稀浆封层））；-中下面层的沥沥青混合料均均用密级配的的沥青混凝土土；-在排水沥青铺铺装层及密级级配的中面层层之间设置一一层0.5cm的沥青上封层层（稀浆封层层）。从而达达到了防止排排水性沥青铺铺装层的雨水水下渗问题.4.3HMA中间层材料设设计中间层须同时时具有耐久性性、稳定性和和抗车辙性能能。4.3.1耐久性-耐久性是其抗抗疲劳性能、、水稳定性、、抗老化性能能的综合反应应，其与混合合料的空隙率率有密切关系系。-提高中间层沥沥青混合料的的耐久性能可可以通过合理理选择材料和和增加骨料表表层沥青膜的的厚度来实现现。4.3.2稳定性稳定性可以从从粗骨料间的的骨架结构及及采用合适的的高等级沥青来获得,这对面层上部部150mm区域是至关重重要的。因为为此区域是承承受车轮荷载载作用的高应应力区,极易产生剪切切损坏。长寿命路面沥沥青结构等级级确定4.3.3抗车辙性能长寿命沥青路路面应力分析析可知，剪切切应力峰值主主要集中在中中间层中间层最有可可能出现剪切切破坏,因此要求有较较好的抗车辙辙性能。材料设计时可可采用改性沥沥青，塑料隔隔栅,混合料采用骨骨架嵌锁结构构沥青混合料嵌嵌锁细部结构构4.3.3抗车辙性能（1）结合料要求求中间层沥青结结合料所要求求的高温等级级与磨耗层一一致,以抵抗车辙。。-由于面层中温温度的梯度相相当陡,并且中间层温温度不可能像像表面层那样样低,所以中间层的的低温等级便便可放宽一个个等级。例如如表面层用的的沥青等级为为PG70-28,则中间层可用用PG70-22。（2）集料要求中间层混合料料的内部摩阻阻力通过集料料间嵌锁获得得,-可采用碎石和和砂砾以确保保形成集料骨骨架,选择之一就是是采用最大公公称直径较大大的集料。对对最大公称直直径达到37.5mm的混合料,可以使用Superpave混合料设计方方法。只要集集料间保持接接触,使用小粒径的的集料也可以以达到同样效效果。注意：粗集料混合料料的离析必须须考虑，这主主要是对施工工控制提出要要求求在制造、、运输和摊铺铺过程中需要要严格按施工工规范操作。。4.4HMA基层材料设计计4.4.1性能要求-长寿命路面的的基层设计为为结构的承重重层，要求有有一定的抗车车辙能力。-路面结构中,基层层底出现现的拉应力最最大,在弯拉应力的的反复作用下下出现层底疲疲劳开裂的可可能性也最大大,要求基层具有有很好的耐久久性,优良的抗疲劳劳性能。4.4.2抗疲劳设计HMA基层设计必须须使底面的弯弯拉应变低于于材料的疲劳劳极限。这样样才可预防或或减缓路面结结构性破坏。。（1）增加混合合料的柔性。。-增加沥青含量量有助于改善善混合料柔性性。这种高沥青含含量的基层已已经应用于美美国的加利弗弗尼亚州和伊伊利诺斯州。-采用改性沥青青也可以提高高混合料抵抗抗变形和抗疲疲劳能力。沥青含量（种种类）与路面面疲劳寿命关关系疲劳寿命应变无限疲劳寿命低沥青含量/改性沥青高沥青含量/普通沥青（2）增加路面厚厚度-为路面结构设设计一个适当当的厚度,让底部的拉应应变低于积累累破坏可能发发生的程度。。分析：荷载不不变，路面厚厚度增加其路路面顶部压应应变、底部拉拉应变绝对值值均减小，另另外，当底部部疲劳拉应变变小到一定程程度则可以认认为其疲劳寿寿命是无限的的（即疲劳作作用次数是无无限大），所所以可以为路路面结构设计计一个适当的的厚度，使底底部的拉应变变减小，即可可保证基层底底部不发生疲疲劳破坏。路面厚度与路路面疲劳寿命命关系压应变拉应变应变疲劳寿命无限疲劳寿命压应变拉应变应变疲劳寿命无限疲劳寿命4.4.3基层材料设计计其他规定（1）沥青基层应应尽量减小孔孔隙率,以确保在集料料空隙间沥青青结合料的较较高填充量,这对增加基层层的耐久性和和柔性是非常常有利的。（2）细级配沥青青混合料有助助于改善疲劳劳寿命(EppsandMonismith)。（3）沥青等级应应满足沥青各各层对其高温温性能的要求求,沥青低温性能能应当与中间间层相同。（4）沥青基层极极易受水影响响,所以必须考虑虑湿度因素。。高含量沥青混混合料能抵抗抗湿度的影响响,但是在配合比比设计时最好好仍然进行水水稳定性能测测试,例如使用AASHTO-T-283方法。5长寿命沥青路路面层间处治治技术5.1层间处治技术术的研究现状状5.1.1国外研究现状状国外关于长寿寿命沥青路面面层间处治技技术的研究资资料较少，只只针对层间的的研究主要以以国际稀浆封封层协会（ISSA）为代表。5.1.2国内研究现状状（1）八十年代代末关昌余等等人采用古德曼层层间结合力学学模型描述多多层柔性路面面结构层间的的半结合状态态，计算分析析了层间粘结结系数K对路面结构受受力状态的影影响，提出了了抗剪强度和和粘结系数的的实验室实测测结果，分析析了各种因素素对粘结系数数的影响，提提出了可用于于柔性路面结结构设计的粘粘结系数取值值方法。（2）1999年国内李杰武武等人在研究究RCC-AC复合式路面的的过程中认为为:基层和面层的的厚度、模量量对基面层间间剪应力的影影响较大。5.1.2国内研究现状状（3）2000年封基良等人人在研究沙漠漠公路基面层层滑移中认为为:在竖向荷载或或水平荷载单单独作用下剪剪应力随面层层基层参数的的变化如表剪应力变化趋势面层参数变化基层参数变化厚度增加模量增加厚度增加模量增加竖向荷载减小增加减小减小水平荷载减小减小增加增加5.1.2国内研究现状状（4）2002年同济大学的的孙立军教授授：应用有限元法法对非均布荷荷载作用下路路面的应力应应变场进行了了分析，得出层间接触触条件的不同同对路面结构构最大剪应力力的影响，与与结构整体强强度、基层类类型以及荷载载大小有很大大的关系。5.1.3剪应力测试试试验设备（1）关昌余等人人在进行层间间抗剪模量测测定时，研制制了直剪仪测定抗剪模量量的直剪仪示示意图（2）河南省公路局为为研究RCC-AC复合式路面RCC与AC层间结合状态，研研制了层间剪应力力试验仪。层间剪应力试验仪仪示意图（3）同济大学在在对沥青铺装层与与水泥混凝土桥面面的界面粘结性能能实验时，研制的的加载装置加载装置示意图（4）长安大学也为研研究RCC-AC复合式路面RCC与AC层间结合状态，研研制了一套较为智智能的测试系统(LLM)。LLM测试系统试验布置置示意图5.2层间处治技术研究究方法5.2.1力学分析方法（1）ANSYS有限元法：允许材料参数在深深度方向变化，也也能考虑材料参数数在水平方向的变变化，并考虑本构构关系的应力依赖赖性。存在问题用解析的方法分析析沥青路面有很大大的局限性首先，它必须假设设道路材料为线弹弹性或一些非常简简单的非线形，其次，解析的方法法只能求解一些较较为简单的荷载形形式另外，解析方法把把路面看作是在水水平方向无限大的的连续介质体，没没有考虑路面的有有限尺寸，而且不不能分析路面上出出现裂缝等几何不不连续体对结构的的力学特性的影响响。（2）Bisar3.0分析法理论依据为英、荷荷联资的Shell公司的Shell设计法。Shell设计法属于力学—经验法，是国际上上公认的比较完善善的路面设计方法法。Shell设计法的力学图示示如下:双圆均布荷载作用用的力学图示5.2.2材料性能研究5.2.2.1乳化沥青性能研究究(1)普通乳化沥青的渗渗透性试验洒布型阳离子乳化化沥青的渗透性试试验结果(1)普通乳化沥青的渗渗透性试验试验结果表明:阳(阴)离子乳化沥青在表表面致密的半刚性性基层上洒布,其渗透效果不佳。。洒布作业在基层层施工后尽快进行行,则可形成较好的粘粘结薄层。洒布型阴离子乳化化沥青的渗透性试试验结果（2）高渗透力乳化沥沥青的渗透试验采用中裂阳离子乳乳化剂对掺加渗透透剂的AH-90沥青乳化后、沥青青含量45%的油水比例的乳化化沥青,具有较强的渗透性性能,试验项目基层施工0.5h后洒布基层施工7d后洒布基层施工28d后洒布渗透深度1～28mm1～23mm1～18mm备注渗透深度通过钻芯取样检测高渗透力乳化沥青青的渗透试验结果果试验结果表明:高渗透力乳化沥青青对半刚性基层渗渗透效果相对于普普通的乳化沥青较较佳。由此对比确确定用高渗透力乳乳化沥青作为基层层的透层油使用。。5.3.2.2改性沥青性能研究究同济大学与长安大大学共同对沥青混混凝土路面基面层层间结合材料进行行了研究，自行研研制了SBR、ES和SBS等3种改性乳化沥青作作为层间粘结剂,基质沥青为兰炼AH-90。（1）粘结强度测试改性沥青粘结强度度比较改性剂含量（%）3579SBR乳化沥青440.92756.85722.34540.97ES乳化沥青522.74638.60709.18602.31SBS乳化沥青520.528354.5215.96200.09三种改性沥青分别别当改性剂量为5%,7%,3%时达到最佳粘结强强度单位：KPa5.2.2.2改性沥青性能研究究(2)层间剪切试验(3)温度对剪切力的影影响温度（℃）-152560SBR改性乳化沥青554.3795.5105.6热沥青434.4685.633.2不同温度条件的粘粘结强度单单位：KPa在不同温度条件下下SBR改性乳化沥青较热热沥青有较好的粘粘结强度不同沥青作层间处处治材料进行剪切切试验结果显示SBR改性乳化沥青具有有最佳的抗剪性能能5.2.2.3土工聚合物性能研研究从20世纪70年代末塑料土工格格栅出现后,近几年又涌现出经经编土工格栅和玻玻纤土工格栅。格栅类型比较项目极限抗拉强度极限延伸率接点强度耐温性蠕变性刚度塑料格栅一般≧10%高一般大大经编格栅高10%左右低较好较大一般玻纤格栅很高3%左右低很好无一般3种不同格栅性能比比较3种不同格栅性能比比较得出结论(1)玻纤格栅具有最佳佳的极限抗拉强度度。经编格栅具有有最佳的极限延伸伸率(2)玻纤格栅耐温性明明显较其它格栅好好,经编格栅由于经过过涂层浸渍,耐温性有所提高。。(3)塑料格栅的纵、横横向接点是直接成成型做成,故强度和纵、横向向肋条的强度相当当,而经编、玻纤格栅栅接点为编织而成成,故强度较本身材料料强度低很多。格栅的选择关键性指标:-筋材强度(包括短期和长期强强度)和延伸率(包括短期和长期延延伸率,即蠕变)。强度为控制筋材材能否满足工程所所需增强要求的指指标,延伸率则为控制筋筋材能否满足工程程变形要求的指标标。根据沥青路面层间间材料需要-我们从中优选出玻玻纤格栅。-玻纤格栅适用于沥沥青和混凝土路面面加筋、路面反射射裂缝防治及新旧旧路面的衔接等变变形量不是很大的的场合。-作用:抗疲劳开裂、抗低低温收缩、耐高温温车辙和延缓反射射裂缝。5.4层间处治实用技术术及功能5.4.1透层材料及其作用用5.4.1.1设置目的：-在粒料类基层(如级配砾石、级配配碎石)及各种水泥稳定、、石灰稳定和石灰灰工业废渣稳定基基层上,喷洒一层低粘滞度度的液体沥青,使之透入基层表面面,作为铺筑沥青面层层前的一种预先处处治,以增加基层与沥青面面层之间的粘结力力、填塞基层表面面的孔隙以及将基基层表面可能松散散的集料结合在一一起。5.3.1.2透层的作用(1)帮助增进并维持基基层与沥青面层间间的粘结力.(2)封闭基层表面的孔孔隙,从而减少水分的透透入,避免可能形成的冲冲刷现象.(3)能在很大程度上防防止基层吸收第一一次喷洒的面层沥沥青.(4)增强基层的表面,处治松散表层.(5)临时性地保护基层层,抵抗气候及轻交通通的有害作用,兼有养护作用.5.4.1.3透层材料的选择-一般采用液体石油油沥青，乳化沥青青，煤沥青。-透层沥青的选用应应根据基层表面密密实情况确定,表面致密、孔隙率率小时宜选用渗透透性强、粘度低的的沥青;表面粗糙、孔隙率率大时可选用粘度度较高的沥青。5.3.1.4选择标准：透层其性能就应该该满足以下几方面面的要求:渗透性。-透层沥青在洒布后后要能透入基层5mm以上,并且不能在基层表表面形成油膜。干燥性。-洒布的透层沥青要要能够很快挥发干干燥,且透入后的沥青在在挥发后要保持足足够数量的残留沥沥青,以充分发挥透层作作用。耐久性。-挥发后的残留沥青青要有一定的抗老老化能力,以保证在较长的使使用期限内发挥其其应有的作用。此此外,透层沥青还应该保保证其安全性。透透层不能使用易燃燃和有毒性的沥青青,以免造成火灾和对对人体及环境的危危害。5.3.2下封层材料及其作作用5.3.2.1设置目的：-沥青路面下封层是是为了封闭基层表表面,防止水分渗入基层层,增强基层与面层之之间的粘结而设置置的沥青混合料薄薄层。5.3.2.2目前国内下封层的的主要结构-单层式沥青下封层层、双层式沥青下下封层及稀浆封层层等,采用的沥青种类有有:普通乳化沥青、改改性乳化沥青及热热沥青等。5.4.2.3下封层作用（1）粘结作用与结合不良的情况况比较，它可以减减少面层底层由行行车荷载引起的拉拉应力和拉应变，，它还可以明显减减少温度变化引起起的沥青面层内的的拉应力和拉应变变。（2）封水、防水作用用下封层同透层一起起能够在基层顶面面形成一个密封层层，防止了外部水水移入和内部水份份蒸发，使基层水水化作用充分进行行，保证在最佳含含水量情况下形成成强度，从而能提提高基层强度的整整体均匀性。5.3.3应变消减中间层5.3.3.1设置目的：减少或预防反射裂裂缝，用中间层使使沥青面层变薄，，同时延缓或消灭灭路面使用期间的的反射裂缝。5.3.3.2应变消减中间层作作用（1）减少路面与基层层相对运动的传递递；提高路面与基基层之间的结合，，从而消除或减轻轻层间的滑移危险险；SAMI单独成一层，并成成为上下层接触面面间的弹性联结，，由于此弹性联结结，面层和基层间间可以差动而不承承受由于基层移动动造成的应力。（2）减弱反射裂缝采用低弹性模量和和具有良好粘结性性能的改性沥青在在低温时可以形成成弹性膜，使基层层上传的应力可以以在膜中间层的界界面上被消散，从从