長(zhǎng)壽命瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究changshouming liqinglumian guanjian jishuyanjiu,報(bào)告人：申愛(ài)琴（教授 博士生導(dǎo)師） 長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院,長(zhǎng)壽命瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究主要內(nèi)容,1 長(zhǎng)壽命瀝青路面發(fā)展及研究現(xiàn)狀 2 長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)指標(biāo) 3 長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計(jì) 5 長(zhǎng)壽命瀝青路面層間處治技術(shù) 6 長(zhǎng)壽命瀝青路面經(jīng)濟(jì)效益分析,1 長(zhǎng)壽命瀝青路面發(fā)展及研究現(xiàn)狀,1.1 前言,- 近年來(lái)我國(guó)高速公路里程增長(zhǎng)迅速。,2000年底，高速公路通車總里程已達(dá)到1.6萬(wàn)公里， 我國(guó)高速公路總里程躍居世界第三位； 2002年底，我國(guó)高速公路通車總里程已達(dá)到2.52萬(wàn)公里,躍居世界第二位； 截止到2004年底，我國(guó)高速公路通車?yán)锍桃殉^(guò)3.4萬(wàn)公里，保持世界第二。,1.1 前言,我國(guó)所建高速公路中90%以上為半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)。 存在一系列問(wèn)題：,1.2 長(zhǎng)壽命路面的設(shè)計(jì)理念,（1）傳統(tǒng)路面存在的問(wèn)題 - 采用半剛性基層結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)單一) ; - 面層厚度比國(guó)外的薄(總厚度相當(dāng)); - 路面的破壞形式與設(shè)計(jì)指標(biāo)不一致 - 易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞，修復(fù)困難. （2）長(zhǎng)壽命路面的特點(diǎn) - 瀝青面層厚度大; - 服務(wù)周期長(zhǎng)(超過(guò)50年); - 維修方便且費(fèi)用低,（3）長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理念,按功能合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層 基本前提: - HMA 路面足夠厚,以消除自下而上的路面破壞。 結(jié)構(gòu) - 路面必須有合適的厚度和剛度以抵抗變形, - 具有足夠厚度和良好性能以抵抗自基層底的疲勞開(kāi)裂。 功能 - 上面層設(shè)計(jì)主要考慮抗車轍能力和抗磨耗能力; - 中間層設(shè)計(jì)主要考慮抗車轍能力; - 基層設(shè)計(jì)主要考慮抗疲勞能力.,1.3 國(guó)外長(zhǎng)壽命路面的發(fā)展及現(xiàn)狀,1.3.1 歐洲永久性路面 （1）使用壽命40年 （2）裂縫 - 裂縫產(chǎn)生于瀝青面層表面并由上向下發(fā)展； - 絕大多數(shù)為縱向裂縫,位置在輪跡兩側(cè),也有橫向表面裂縫,但很少見(jiàn)。,（3）車轍,1997 年Nunn等人發(fā)現(xiàn),厚瀝青路面存在一個(gè)厚度上限,超過(guò)這個(gè) 限值自下而上的疲勞開(kāi)裂和結(jié)構(gòu)性車轍都不會(huì)發(fā)生。,1.3.1 歐洲永久性路面,（4）疲勞壽命 - 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明,90%多的殘余壽命差別是由瀝青用量和瀝青硬度的不同而引起的,瀝青的老化則是疲勞壽命差異的主要影響因素。 （5）瀝青的養(yǎng)生 - 主要結(jié)構(gòu)層的逐漸硬化對(duì)道路有利, - 確切地說(shuō),瀝青的老化是一種養(yǎng)生過(guò)程。 - 不希望磨耗層過(guò)度老化, 會(huì)導(dǎo)致路面從表層開(kāi)裂。 - 基層使用的瀝青針入度為100,20年后其針入度會(huì)降至20甚至更低。TRL對(duì)AC養(yǎng)生研究表明:道路在使用期間瀝青碎石基層勁度會(huì)逐漸增長(zhǎng)至原來(lái)的4倍或者更高,這種變化對(duì)長(zhǎng)壽命路面的設(shè)計(jì)有重大意義。,1.3.1 歐洲永久性路面,（6）路面強(qiáng)度 - 瀝青在養(yǎng)生作用下道路勁度隨時(shí)間增加，路段彎沉隨時(shí)間而減小； - 施工良好的厚瀝青路面荷載擴(kuò)散能力提高，瀝青基層不會(huì)出現(xiàn)因交通誘發(fā)的破壞。 （7）材料選擇 - 英國(guó)硬質(zhì)瀝青的使用是與長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)的使用相結(jié)合； - 采用剛度更大的基層材料，如HMB15、HMB25、HMB35三種高模量瀝青混合料。,1.3.2 美國(guó)永久性路面,（1）歐洲設(shè)計(jì)理念的延續(xù)和發(fā)展 （2）使用壽命50年，罩面層1520年以后進(jìn)行修復(fù) （3）結(jié)構(gòu)形式 - 全厚式瀝青混凝土路面和高強(qiáng)度厚瀝青路面的發(fā)展。,1.3.2 美國(guó)永久性路面,（4） 疲勞裂縫 實(shí)例：新澤西州建于1968年的州際公路I-287,面層厚度是10in.(25.4cm)。1993 年的路面調(diào)查發(fā)現(xiàn),路表出現(xiàn)很多裂縫,但現(xiàn)場(chǎng)取芯表明裂縫深度大都在3英寸(7. 62 cm)之內(nèi),沒(méi)有由下向上發(fā)展的疲勞裂縫。 （5）提出疲勞極限的概念 - 瀝青面層或?yàn)r青碎石基層在層底拉應(yīng)變很小時(shí),可以承受相當(dāng)多數(shù)量的荷載作用而不發(fā)生疲勞破壞, - 瀝青混合料的疲勞應(yīng)變小于“應(yīng)變下限”時(shí),材料內(nèi)部將不發(fā)生疲勞損壞的累積。,（6）路面設(shè)計(jì)方法,力學(xué)經(jīng)驗(yàn)路面設(shè)計(jì)方法 特點(diǎn)： - 把路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同材料的選擇和施工結(jié)合起來(lái)考慮； - 考慮到路面損壞分析是材料性能、溫度、水和荷載的相互作用結(jié)果； - 提供更精確的設(shè)計(jì)、提高路面壽命、提供費(fèi)用-效益合理的設(shè)計(jì)， - 具有特殊的分析能力，如不同的損壞、特殊荷載、路面損壞調(diào)查評(píng)價(jià)等。,1.3.3 其它國(guó)家長(zhǎng)壽命路面,- 除了美國(guó)和歐洲，加拿大、澳大利亞甚至南非等許多國(guó)家都在對(duì)長(zhǎng)壽命路面進(jìn)行廣泛的研究，并取得了一定成果。 - 到目前為止,永久性路面設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),仍處在發(fā)展完善階段。,1.4 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)壽命瀝青路面研究及發(fā)展現(xiàn)狀,1.4.1 研究現(xiàn)狀 - 處于長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)研究的初級(jí)探索階段。 國(guó)內(nèi)相關(guān)研究與實(shí)踐 - 西部交通科技建設(shè)項(xiàng)目“重載交通長(zhǎng)壽命瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目” - 河南尉許高速公路是一種“ 剛?cè)岵?jì)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”的水泥混凝土與瀝青混凝土（PCC+AC）復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖1-1。開(kāi)封至鄭州高速公路、廈門環(huán)島高速公路、合肥至全椒高速公路、天津市道路、國(guó)道323宜州-都街段都修建有復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)。,圖1-1 河南尉許高速公路復(fù)合式長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,2cm厚的應(yīng)力吸收層,4cm 改性瀝青混凝土,2. 長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)指標(biāo),2.1 國(guó)內(nèi)外的瀝青路面設(shè)計(jì)體系 2.1.1 基于經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法 （1）CBR法 - 以CBR值作為路基土和路面材料（主要是粒料）的性質(zhì)指標(biāo)。 - 通過(guò)對(duì)已損壞或使用良好的路面的調(diào)查和CBR的測(cè)定，建立起路基土CBR-輪載-路面結(jié)構(gòu)層厚度（以粒料層總厚度表征）三者間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。,2. 長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)指標(biāo),（2）AASHTO法,在AASHTO試驗(yàn)路的基礎(chǔ)上建立。 - 整理試驗(yàn)路的試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到路面結(jié)構(gòu)-軸載-使用性能三 者間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。 特點(diǎn)： - 采用現(xiàn)時(shí)服務(wù)能力指數(shù)（PSI）作為路面使用性能的度量指標(biāo)。 - 路面使用性能指標(biāo)PSI,主要受平整度的影響，與裂縫、車轍、修補(bǔ)等損壞的關(guān)系很小。,2.1.2 基于力學(xué)的力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,殼牌（Shell）公司的Peattie和Dormon提出力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)瀝青路面的框架： a 以彈性層狀體系（三層）代表路面結(jié)構(gòu)，計(jì)算分析圓形均布輪載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)各特征點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移值; b 以瀝青面層的疲勞開(kāi)裂以及路基土和粒料層的過(guò)量永久性變形作為瀝青路面的主要損壞模式， c 選用面層底面在荷載重復(fù)作用下的拉應(yīng)變以及路基頂面的壓應(yīng)力或壓應(yīng)變作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。,Shell法采用的三層彈性體系路面模型,在第四屆(1977)和第五屆(1982) 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國(guó)際會(huì)議上， 各國(guó)分別提出了十余種以力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法。,力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)方法示例,瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖,2.2 目前的瀝青路面的早期損壞類型及結(jié)構(gòu)損壞模式,2.2.1 瀝青路面的早期損壞類型 （1）第一類早期損壞往往發(fā)生在通車后不久，有的是當(dāng)年， 有的在13年內(nèi)發(fā)生 。 特點(diǎn)： a、局部性； b、通常行車道首先發(fā)生； c、強(qiáng)烈的時(shí)間特性； d、通過(guò)及時(shí)的局部性的維修和銑刨加鋪可以得到緩解。,（2）第二類早期損壞,由深層次原因?qū)е碌脑缙趽p壞，與我國(guó)采用較薄瀝青層的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)有關(guān)。 - 薄瀝青層從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，無(wú)法防止開(kāi)裂，無(wú)法防止各種途徑地水地進(jìn)入，又不能迅速地排除水，尤其是在嚴(yán)重的超限超載車輛通行的路段，超載和水的共同作用使瀝青路面在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生較嚴(yán)重的損壞，且導(dǎo)致基層結(jié)構(gòu)的損壞。,2.2.2 路面結(jié)構(gòu)損壞模式,傳統(tǒng)瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)損壞模式傳統(tǒng)的瀝青混凝土路面損壞類型最主要的是疲勞開(kāi)裂和永久變形這兩類,傳統(tǒng)瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)損壞模式,2.2.2 路面結(jié)構(gòu)損壞模式,（1）車轍 - 一種是車轍只發(fā)生在瀝青面層,為表面車轍; - 另一種車轍產(chǎn)生于土基,為結(jié)構(gòu)性變形。 對(duì)道路的車轍產(chǎn)生速率的調(diào)查結(jié)果： - 瀝青層厚小于180mm時(shí)，車轍率較大； - 瀝青其厚度大于180mm時(shí), 車轍速率會(huì)迅速降低。 對(duì)厚瀝青面層道路,調(diào)查表明： - 車轍的大部分主要發(fā)生在瀝青層表面 。,車轍,（2）疲勞開(kāi)裂,定義： - 疲勞開(kāi)裂是指在荷載重復(fù)作用下瀝青混凝土面層底面彎拉應(yīng)變引起的開(kāi)裂,并且由下而上發(fā)展直至貫穿整個(gè)瀝青混凝土面層,造成路面損壞。如圖2-5。 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明： - 90 %多的殘余壽命差別是由瀝青用量和瀝青硬度的不同而引起的，瀝青的老化則是疲勞壽命差異的主要影響因素。 計(jì)算表明： - 基層彈性勁度隨瀝青的老化增加，擴(kuò)散荷載的能力也逐漸提高，從而減小了車輛荷載引起的、導(dǎo)致路面疲勞的基層拉應(yīng)變。,瀝青路面疲勞開(kāi)裂,（3）永久變形,定義： - 在荷載重復(fù)作用下路基頂面壓應(yīng)變產(chǎn)生的不可恢復(fù)的變形量的積累。 包括： - 固結(jié)和剪切兩部分,通常在路面設(shè)計(jì)中處理。 永久變形與材料的屬性有關(guān)： - 瀝青混凝土-累積永久變形與彈性變形的比率與重復(fù)荷載數(shù)N和溫度T及應(yīng)力值有關(guān)； - 粒狀材料累積變形與彈性變形的比率是體積和八面體剪切應(yīng)力的函數(shù)；,軟土地基累積永久變形與彈性變形的比率為： log(p/r)= a0 + b0 logN 其中, a0和b0為常數(shù)。 永久變形與車輛荷載作用軸次關(guān)系最初是由Monismith等人于1975 年提出的，如下式所示:p= ANb , 其中,p為累積永久應(yīng)變；r 為彈性變形；N為作用軸次；A、b為回歸參數(shù)。,永久變形,2.3 各國(guó)提出的長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理念、方法、指標(biāo),隨著社會(huì)發(fā)展,交通量和軸載的增加,瀝青路面的諸多設(shè)計(jì)方法的局限性也愈加顯化 針對(duì)與解決此類問(wèn)題 誕生了基于力學(xué)的長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,2.3.1 基于力學(xué)的長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,實(shí)質(zhì)： -運(yùn)用力學(xué)方法來(lái)分析路面結(jié)構(gòu)對(duì)氣候和荷載的響應(yīng)。 （1）Monismth1992年在TRB會(huì)議上提出了這種設(shè)計(jì)方法, Monismth和Long建議控制瀝青層底的彎拉應(yīng)變60，基頂壓應(yīng)變200。,基于力學(xué)的路面設(shè)計(jì)流程(Monismith,1992),Monismith和Long建議 各層應(yīng)變控制指標(biāo),基層,路基,2.3.2 基于力學(xué)的長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,（2）伊利諾斯州的基于力學(xué)的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 - 以ILLI_PAVE程序的有限元分析結(jié)果為基礎(chǔ),采用了一個(gè)控制應(yīng)變的疲勞方程,這個(gè)疲勞方程可以用來(lái)控制HMA層的配合比、拉應(yīng)力和路用性能。 - 這種設(shè)計(jì)方法已經(jīng)被伊利諾斯州交通運(yùn)輸部(IDOT)所采納。 （3）以明尼蘇達(dá)公路研究課題采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),明尼蘇達(dá)州制定了一種力學(xué)設(shè)計(jì)方法。 用層狀彈性理論程序WESLEA計(jì)算路面結(jié)構(gòu)在荷載下的響應(yīng)。,2.3.2 基于力學(xué)的長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,（4）英國(guó)的設(shè)計(jì)方法 - 以計(jì)算結(jié)構(gòu)層中臨界位置的響應(yīng)為理論基礎(chǔ)。 Nunn 等人認(rèn)為， - Nunn 等人在1997年發(fā)現(xiàn)，瀝青路面面層存在一個(gè)厚度極限，在施工良好的道路中，超過(guò)這個(gè)厚度限值，由下到上的疲勞開(kāi)裂和結(jié)構(gòu)性的車轍都可避免。 - 當(dāng)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)(ESAL)超過(guò)8000萬(wàn)次時(shí)，瀝青面層厚度不再需要增加。 - 在瀝青面層層底存在一個(gè)極限彎拉應(yīng)變水平，當(dāng)層底應(yīng)變處于這個(gè)水平以下時(shí)疲勞損壞就不會(huì)發(fā)生。,長(zhǎng)壽命瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)原理,考慮國(guó)內(nèi)提出的抗剪概念的長(zhǎng)壽命瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)原理圖,3. 長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),3.1 長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)分層以及各層功能特點(diǎn),長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要達(dá)到三個(gè)目標(biāo)： （1）不出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞，包括結(jié)構(gòu)性裂縫和結(jié)構(gòu)性車轍； （2）路面破壞僅發(fā)生在路面表層，且能迅速修復(fù)； （3）定期的路面表層養(yǎng)護(hù)、檢修和更換能使路面結(jié)構(gòu)達(dá)到長(zhǎng)壽命（超過(guò)50年）。,3.1 長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)分層以及各層功能特點(diǎn),- 長(zhǎng)壽命路面的破壞主要是磨耗層自上而下的功能性破壞。 - 路面設(shè)計(jì)時(shí) ，將上面層設(shè)計(jì)成功能層，將中下面層、基層設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)的承重層。 - 結(jié)構(gòu)具體分層： 由路基頂面向上長(zhǎng)壽命瀝青路面由HMA基層、HMA中間層和磨耗層三部分組成。,長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)示意圖,3.1.1 結(jié)構(gòu)要點(diǎn),(1) 輪載下100150mm區(qū)域是高受力區(qū)域,也是各種損壞(主要是車轍)易發(fā)區(qū)域; (2) 磨耗層（面層）：4075mm高性能瀝青混凝土，為車輛提供良好的行駛界面, 應(yīng)具有足夠的表面構(gòu)造深度，抗車轍、水穩(wěn)定性好; (3) HMA中間層：100175mm高模量抗車轍瀝青混凝土，起到連接和擴(kuò)散荷載的作用, 應(yīng)具有高模量(剛度)、抗車轍特性;,3.1.1 結(jié)構(gòu)要點(diǎn),(4) HMA基層：75100mm高柔性抗疲勞瀝青混凝土，起到消除疲勞破壞的作用, 最大拉應(yīng)變產(chǎn)生在HMA基層底部, 該區(qū)域最易發(fā)生疲勞破壞，所以該層應(yīng)具備柔性高、抗疲勞能力強(qiáng)、水穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn); (5) 路面基礎(chǔ)不僅為瀝青面層的鋪筑提供良好的界面, 而且對(duì)于路面的變形、抗凍都是至關(guān)重要的。,3.1.2 HMA基層受力特性,取兩個(gè)結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象分析,3.2 國(guó)外長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),3.2.1 各國(guó)長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)年限,各國(guó)長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)年限,3.2.2 美國(guó)長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)實(shí)例,3.2.2 密歇根州永久性路面設(shè)計(jì)推薦結(jié)構(gòu),3.2.3 俄亥俄州結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例,臨界拉應(yīng)變=70， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)如表。,Wayne US 30道路永久路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù),StarkI-77結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù),3.2 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探索,- 全厚式瀝青路面建設(shè)費(fèi)用高，短期內(nèi)在我國(guó)推廣不現(xiàn)實(shí)。 - 如何研究設(shè)計(jì)適合我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件、自然條件、資源條件的長(zhǎng)壽命瀝青路面是我們要解決的主要問(wèn)題。 - 我國(guó)在長(zhǎng)壽命瀝青路面方面的研究正逐步深入，國(guó)內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)如長(zhǎng)安大學(xué)、東南大學(xué)、交通部公路科學(xué)研究所、江蘇交通科學(xué)研究院等都對(duì)此進(jìn)行了研究，鋪筑了試驗(yàn)路，也取得了不少成就。,3.2.2 江蘇省沿江高速公路長(zhǎng)壽命路面試驗(yàn)路結(jié)構(gòu)方案,K57229耿涇河中橋 K58240 K59+481 K61+231趙市線中橋 K62+850常熟一標(biāo)終點(diǎn),圖中：CS水泥穩(wěn)定碎石，ATB瀝青穩(wěn)定碎石，GRH級(jí)配碎石，紅色采用改性瀝青。,圖中：CS水泥穩(wěn)定碎石，ATB瀝青穩(wěn)定碎石，GRH級(jí)配碎石， 紅色采用改性瀝青。C/FDAC粗/細(xì)型密級(jí)配瀝青混凝土混合料,江蘇省沿江高速公路長(zhǎng)壽命路面試驗(yàn)路結(jié)構(gòu),D長(zhǎng)壽命結(jié)構(gòu),3.2.2 長(zhǎng)安大學(xué)長(zhǎng)壽命瀝青路面課題,（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)： A 根據(jù)國(guó)情，混合式基層瀝青路面與半剛性基層瀝青路面是研究重點(diǎn) 。 B 結(jié)合HPDS軟件、東南大學(xué)設(shè)計(jì)軟件、SHELL BISAR 3.0對(duì)結(jié)構(gòu)分別計(jì)算與驗(yàn)算的結(jié)果 C 結(jié)構(gòu)層總厚度及瀝青層厚度均有所增加，以減小由荷載產(chǎn)生的瀝青層底拉應(yīng)變，達(dá)到長(zhǎng)壽命路面的設(shè)計(jì)要求 （2）長(zhǎng)安大學(xué)長(zhǎng)壽命瀝青路面課題試驗(yàn)路結(jié)構(gòu) 課題組提出了三種結(jié)構(gòu)方案，并于鋪筑了試驗(yàn)路。,三種方案對(duì)照,3.2.3 滬寧高速公路拓寬段工程試驗(yàn)段結(jié)構(gòu),3.2.4 山東長(zhǎng)壽命路面結(jié)構(gòu)匯總（單位：cm),4 長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計(jì),4.1 概述,長(zhǎng)壽命瀝青路面各結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計(jì)是保證路面良好路用性能的關(guān)鍵， 根據(jù)各結(jié)構(gòu)層功能進(jìn)行路面材料設(shè)計(jì),提出材料指標(biāo)要求 磨耗層：抵御車轍、老化、溫度開(kāi)裂和磨耗； 中間層：抵御車轍，傳遞、分散荷載； 基層：承重層，抵抗層底彎拉應(yīng)變 。,4.2 磨耗層材料設(shè)計(jì),4.2.1 影響因素和性能要求 影響因素 磨耗層的具體要求依賴于交通條件、環(huán)境因素、當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)條件。面層受到自然條件 (雨水、氣溫、日照) 和行車荷載的作用最頻繁, 處于壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力集中的區(qū)域。 性能要求 包括抗車轍性能、抗表面開(kāi)裂性能、良好的抗滑性能、緩解水霧的影響并能減小噪聲等。,4.2.2 磨耗層材料設(shè)計(jì)方法,磨耗層材料應(yīng)選擇SMA、密級(jí)配混合料或OGFC等。 - 在一些對(duì)抗車轍性能、耐久性、抗?jié)B性、抗磨損性要求高的地區(qū), 可以選擇SMA, 這在交通量大且載重車多的城市區(qū)域尤為適用。 - 在交通量小且載重車比例較少的情況下, 使用密級(jí)配混合料更為適合。與SMA一樣, 它也必須滿足抗車轍、抗?jié)B、抗磨耗及氣候狀況的要求。 - OGFC具有優(yōu)良的抗滑性能、排水性能以及減少噪聲等優(yōu)點(diǎn)?？捎糜趯?duì)排水有特殊要求的的情況 以SMA和OGFC配合比設(shè)計(jì)方法為例介紹磨耗層材料設(shè)計(jì)方法。,4.2.2.1 磨耗層材料SMA配合比設(shè)計(jì),SMA配合比設(shè)計(jì)包括： （1）材料選擇 （2）確定初試級(jí)配； （3）測(cè)定粗集料骨架間隙率VCADRC； （4）選擇初試瀝青用量； （5） 根據(jù)VMA和VCA確定設(shè)計(jì)級(jí)配； （6）馬歇爾試驗(yàn)并根據(jù)空隙率VV確定最佳瀝青用量。,SMA,（1）材料選擇,A 粗集料 - 采用堅(jiān)硬、粗糙的、有棱角的優(yōu)質(zhì)石料. - 粗集料性質(zhì)必須在公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ032) 規(guī)定的抗滑表層的基礎(chǔ)上,對(duì)石料壓碎值提高到不大于25 % ,針片狀顆粒含量指標(biāo)要求不大于15 % 。 B 細(xì)集料 - 最好使用堅(jiān)硬的人工砂 - 細(xì)集料的視密度、堅(jiān)固性、砂當(dāng)量和棱角性指標(biāo)必須滿足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ032) 規(guī)定的質(zhì)量技術(shù)要求.,（1）材料選擇,C 填料 - 粉膠比一般達(dá)到1. 82. 0 - 必須使用磨細(xì)的石灰石礦粉, 應(yīng)滿足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ032)的要求. 采用石灰石礦粉的親水系數(shù)必須小于1 ,與瀝青應(yīng)有良好的粘附性,小于0.075 mm的含量應(yīng)大于75%. D 纖維穩(wěn)定劑 采用木質(zhì)素纖維、礦物纖維,聚合物纖維等各種正式纖維產(chǎn)品,E 瀝青結(jié)合料,- 瀝青結(jié)合料的質(zhì)量必須滿足瀝青瑪蹄脂的需要,要有較高的粘度,符合一定的要求,以保證有足夠的高溫穩(wěn)定性和低溫韌性. - 必須采用符合“重交通道路瀝青技術(shù)要求”的瀝青,在大多數(shù)地區(qū)要使用比通常較硬一級(jí)的瀝青,最好采用改性瀝青. - SMA和改性瀝青是從礦料級(jí)配和瀝青結(jié)合料兩個(gè)方面改善瀝青路面質(zhì)量. 是采用SMA一個(gè)途徑,還是改性瀝青一個(gè)途徑,或者同時(shí)采用改性瀝青和SMA兩個(gè)途徑,主要取決于使用者的目的以及經(jīng)濟(jì)實(shí)力.,（2）確定初試級(jí)配,根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)部門規(guī)范,推薦的SMA 的間斷級(jí)配如表. -選擇初試級(jí)配時(shí)必須以該表為基礎(chǔ), 以4.75 mm 通過(guò)率為變化點(diǎn), 改變3 個(gè)不同的通過(guò)率: 22%、25%、28% , 或者采用20%、25%、30% ,3個(gè)級(jí)配均固定礦粉數(shù)量,0.075 mm 通過(guò)率為10%左右.,瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA) 礦料級(jí)配建議范圍,4.2.2.1 磨耗層材料SMA配合比設(shè)計(jì),（3）測(cè)定粗集料骨架間隙率VCADRC - 在壓實(shí)狀態(tài)下瀝青混合料中的粗集料骨架間隙率VCAmin必須等于或小于沒(méi)有其他集料、結(jié)合料存在時(shí)的粗集料集合體在搗實(shí)狀態(tài)下的間隙率VCADRC （4）選擇初試瀝青用量 - 首先考慮最小瀝青用量的規(guī)定 - 在選擇初試瀝青用量時(shí),一般可根據(jù)粗集料毛體積相對(duì)密度選擇,AASHTO 的SMA 規(guī)范關(guān)于瀝青用量的規(guī)定,（5）根據(jù)VMA和VCA確定設(shè)計(jì)級(jí)配,A 按照確定初試的瀝青用量,用3組初試級(jí)配拌和制作馬歇爾試件, 試件數(shù)量為每組4個(gè),3組試件共計(jì)12個(gè) ， B 將三組初試級(jí)配的試驗(yàn)結(jié)果VCAmin和VCADRC比較,繪制成圖。 C 從中選擇符合VCAmin< VCADRC要求的級(jí)配,以4. 75 mm的通過(guò)率最大的一組級(jí)配為設(shè)計(jì)級(jí)配. D 注意,盡量選擇VMA稍大于17 %的級(jí)配為設(shè)計(jì)級(jí)配,以防在施工過(guò)程中VMA可能會(huì)有所降低.,根據(jù)VCA確定級(jí)配中4. 75mm 的通過(guò)率,（6）馬歇爾試驗(yàn)并根據(jù)空隙率VV確定最佳瀝青用量,- 在設(shè)計(jì)級(jí)配確定以后,可以變化3 個(gè)不同的瀝青用量,每組4個(gè)試件. 1個(gè)用于測(cè)定理論最大相對(duì)密度,3個(gè)壓實(shí)成型進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。 - 由此可以根據(jù)空隙率要求確定最佳瀝青用量. 馬歇爾試驗(yàn)的結(jié)果必須符合SMA混合料的設(shè)計(jì)技術(shù)要求,如表.,我國(guó)SMA馬歇爾試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求,4.2.2.2 磨耗層材料OGFC配合比設(shè)計(jì),OGFC設(shè)計(jì)包括： （1）目標(biāo)空隙率； （2）材料選擇； （3）試驗(yàn)級(jí)配的選擇； （4）瀝青用量的初選和試件成型； （5）空隙率的確認(rèn)； （6）瀝青析漏試驗(yàn)； （7）最佳瀝青用量的確定； （8）混合料配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)。,OGFC,4.2.2.2 磨耗層材料OGFC配合比設(shè)計(jì),（1）目標(biāo)空隙率 - 空隙率以20%為基準(zhǔn), 在18%25%范圍內(nèi)決定。 （2）材料選擇 A 瀝青和纖維 - 使用高勁度結(jié)合料改性瀝青，如表 。 - 使用基質(zhì)瀝青通常要比當(dāng)?shù)貧夂驐l件使用的瀝青高2個(gè)等級(jí)。 - 添加劑使用木質(zhì)纖維或礦物纖維,OGFC,改性瀝青技術(shù)要求,（2）材料選擇,B 集料 - 粗集料形狀以方形石為佳 - 細(xì)集料可以使用少量人工砂, 但不能混入粘土、灰塵等有害物質(zhì)。 C 填料 - 要求使用石灰石粉, 也可使用質(zhì)量通過(guò)驗(yàn)證的熔渣粉末等材料。 - 臺(tái)灣地區(qū)提出的OGFC材料試驗(yàn)方法及指標(biāo)要求見(jiàn)表。,臺(tái)灣地區(qū)OGFC 材料試驗(yàn)方法及指標(biāo)要求,（3）試驗(yàn)級(jí)配的選擇,- 應(yīng)用已推薦級(jí)配范圍, 但必須按給定方法檢查粗集料石-石接觸的骨架結(jié)構(gòu)。 現(xiàn)行規(guī)范尚未提出OGFC級(jí)配范圍, - 試驗(yàn)時(shí), 以規(guī)格級(jí)配的中間值為目標(biāo)的集料配合比作為1號(hào), 在1號(hào)配合比外, 把2.36mm 篩通過(guò)質(zhì)量百分率各調(diào)整3% 的集料配合比定為2號(hào)和3號(hào)。,幾個(gè)最新OGFC 推薦級(jí)配范圍,表中級(jí)配是美國(guó)、日本、韓國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的最新OGFC推薦級(jí)配范圍, 供設(shè)計(jì)時(shí)參考,（4）瀝青用量的初選和試件成型,- 為了測(cè)量壓實(shí)試件的空隙率,可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選瀝青用量為4.5%。 對(duì)于1、2、3號(hào)配合比, 各制作4個(gè)馬歇爾試件; - OGFC混合料是開(kāi)級(jí)配, 細(xì)集料少, 溫度下降非常快, 因此在試件制作過(guò)程中需要特別注意溫度的控制。,（5）空隙率的確認(rèn) A 利用制作的試件, 按照體積法測(cè)量試件的毛體積密度, 按照真空法測(cè)量分散OGFC混合料的理論最大密度, 從而計(jì)算其空隙率。 B 將計(jì)算空隙率與目標(biāo)空隙率比較, 調(diào)整2.36mm篩通過(guò)率, 再算出各檔集料配合比, 并把它作為最終集料配合比。 （6）瀝青析漏試驗(yàn) 以最終集料配合比, 按照瀝青用量4.0%6.0% 的范圍, 以0.5%為單位按照“瀝青混合料謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)”(T0732-2000) 進(jìn)行瀝青析漏試驗(yàn)。,（7）最佳瀝青用量的確定 根據(jù)瀝青析漏試驗(yàn)和試件飛散損失試驗(yàn)結(jié)果, 以瀝青析漏試驗(yàn)的反彎點(diǎn)作為最大瀝青用量, 以試件飛散試驗(yàn)的反彎點(diǎn)作為最少瀝青用量, 在該范圍內(nèi), 考慮現(xiàn)場(chǎng)條件等因素后, 決定最佳瀝青用量。 （8）混合料配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn) 用試驗(yàn)確定的最佳瀝青用量, 進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度、滲水試驗(yàn)、動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)、水穩(wěn)定性試驗(yàn)等瀝青混合料配合比檢驗(yàn)試驗(yàn)。,美國(guó)OGFC馬歇爾配合設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求,4.2.2.3 OGFC路面排水設(shè)計(jì),排水瀝青路面的上面層采用OGFC，下面采用不透水的瀝青混合料結(jié)構(gòu)層，以防止雨水下滲進(jìn)入基層。 為確保OGFC鋪裝層以下結(jié)構(gòu)的不透水性，設(shè)計(jì)中主要采用以下方法： - 基層上用0.5cm瀝青下封層（稀漿封層）； - 中下面層的瀝青混合料均用密級(jí)配的瀝青混凝土； - 在排水瀝青鋪裝層及密級(jí)配的中面層之間設(shè)置一層0.5cm的瀝青上封層（稀漿封層）。從而達(dá)到了防止排水性瀝青鋪裝層的雨水下滲問(wèn)題.,4.3 HMA中間層材料設(shè)計(jì),中間層須同時(shí)具有耐久性、穩(wěn)定性和抗車轍性能。 4.3.1 耐久性 - 耐久性是其抗疲勞性能、水穩(wěn)定性、抗老化性能的綜合反應(yīng)，其與混合料的空隙率有密切關(guān)系。 - 提高中間層瀝青混合料的耐久性能可以通過(guò)合理選擇材料和增加骨料表層瀝青膜的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。,4.3.2 穩(wěn)定性,穩(wěn)定性可以從粗骨料間的骨架結(jié)構(gòu)及采用合適的高等級(jí)瀝青來(lái)獲得, 這對(duì)面層上部150mm區(qū)域是至關(guān)重要的。因?yàn)榇藚^(qū)域是承受車輪荷載作用的高應(yīng)力區(qū),極易產(chǎn)生剪切損壞。,長(zhǎng)壽命路面瀝青結(jié)構(gòu)等級(jí)確定,4.3.3 抗車轍性能,長(zhǎng)壽命瀝青路面應(yīng)力分析可知，剪切應(yīng)力峰值主要集中在中間層 中間層最有可能出現(xiàn)剪切破壞, 因此要求有較好的抗車轍性能。 材料設(shè)計(jì)時(shí)可采用改性瀝青，塑料隔柵, 混合料采用骨架嵌鎖結(jié)構(gòu),瀝青混合料嵌鎖細(xì)部結(jié)構(gòu),4.3.3 抗車轍性能,（1）結(jié)合料要求 中間層瀝青結(jié)合料所要求的高溫等級(jí)與磨耗層一致, 以抵抗車轍。 - 由于面層中溫度的梯度相當(dāng)陡,并且中間層溫度不可能像表面層那樣低, 所以中間層的低溫等級(jí)便可放寬一個(gè)等級(jí)。例如表面層用的瀝青等級(jí)為PG70-28, 則中間層可用PG70-22。,（2）集料要求,中間層混合料的內(nèi)部摩阻力通過(guò)集料間嵌鎖獲得, - 可采用碎石和砂礫以確保形成集料骨架, 選擇之一就是采用最大公稱直徑較大的集料。對(duì)最大公稱直徑達(dá)到37.5mm的混合料, 可以使用Superpave混合料設(shè)計(jì)方法。只要集料間保持接觸, 使用小粒徑的集料也可以達(dá)到同樣效果。 注意：粗集料混合料的離析必須考慮，這主要是對(duì)施工控制提出要 求在制造、運(yùn)輸和攤鋪過(guò)程中需要嚴(yán)格按施工規(guī)范操作。,4.4 HMA基層材料設(shè)計(jì),4.4.1 性能要求 - 長(zhǎng)壽命路面的基層設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)的承重層，要求有一定的抗車轍能力。 - 路面結(jié)構(gòu)中, 基層層底出現(xiàn)的拉應(yīng)力最大, 在彎拉應(yīng)力的反復(fù)作用下出現(xiàn)層底疲勞開(kāi)裂的可能性也最大, 要求基層具有很好的耐久性,優(yōu)良的抗疲勞性能。,4.4.2 抗疲勞設(shè)計(jì),HMA基層設(shè)計(jì)必須使底面的彎拉應(yīng)變低于材料的疲勞極限。這樣才可預(yù)防或減緩路面結(jié)構(gòu)性破壞。 （1） 增加混合料的柔性。 - 增加瀝青含量有助于改善混合料柔性。 這種高瀝青含量的基層已經(jīng)應(yīng)用于美國(guó)的加利弗尼亞州和伊利諾斯州。 - 采用改性瀝青也可以提高混合料抵抗變形和抗疲勞能力。,瀝青含量（種類）與路面疲勞壽命關(guān)系,（2）增加路面厚度,- 為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)暮穸?讓底部的拉應(yīng)變低于積累破壞可能發(fā)生的程度。 分析：荷載不變，路面厚度增加其路面頂部壓應(yīng)變、底部拉應(yīng)變絕對(duì)值均減小，另外，當(dāng)?shù)撞科诶瓚?yīng)變小到一定程度則可以認(rèn)為其疲勞壽命是無(wú)限的（即疲勞作用次數(shù)是無(wú)限大），所以可以為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)暮穸?，使底部的拉?yīng)變減小，即可保證基層底部不發(fā)生疲勞破壞。,路面厚度與路面疲勞壽命關(guān)系,4.4.3 基層材料設(shè)計(jì)其他規(guī)定,（1）瀝青基層應(yīng)盡量減小孔隙率, 以確保在集料空隙間瀝青結(jié)合料的較高填充量, 這對(duì)增加基層的耐久性和柔性是非常有利的。 （2）細(xì)級(jí)配瀝青混合料有助于改善疲勞壽命(Epps and Moni smith)。 （3）瀝青等級(jí)應(yīng)滿足瀝青各層對(duì)其高溫性能的要求, 瀝青低溫性能應(yīng)當(dāng)與中間層相同。 （4）瀝青基層極易受水影響, 所以必須考慮濕度因素。 高含量瀝青混合料能抵抗?jié)穸鹊挠绊? 但是在配合比設(shè)計(jì)時(shí)最好仍然進(jìn)行水穩(wěn)定性能測(cè)試, 例如使用AASHTO-T-283方法。,5 長(zhǎng)壽命瀝青路面層間處治技術(shù),5.1 層間處治技術(shù)的研究現(xiàn)狀,5.1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外關(guān)于長(zhǎng)壽命瀝青路面層間處治技術(shù)的研究資料較少，只針對(duì)層間的研究主要以國(guó)際稀漿封層協(xié)會(huì)（ISSA）為代表。,5.1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀,（1） 八十年代末關(guān)昌余等人 采用古德曼層間結(jié)合力學(xué)模型描述多層柔性路面結(jié)構(gòu)層間的半結(jié)合狀態(tài)，計(jì)算分析了層間粘結(jié)系數(shù)K對(duì)路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的影響，提出了抗剪強(qiáng)度和粘結(jié)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)結(jié)果，分析了各種因素對(duì)粘結(jié)系數(shù)的影響，提出了可用于柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的粘結(jié)系數(shù)取值方法。 （2）1999年國(guó)內(nèi)李杰武等人在研究RCC-AC復(fù)合式路面的過(guò)程中認(rèn)為: 基層和面層的厚度、模量對(duì)基面層間剪應(yīng)力的影響較大。,5.1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀,（3） 2000年封基良等人在研究沙漠公路基面層滑移中認(rèn)為: 在豎向荷載或水平荷載單獨(dú)作用下剪應(yīng)力隨面層基層參數(shù)的變化如表,5.1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀,（4） 2002年同濟(jì)大學(xué)的孫立軍教授： 應(yīng)用有限元法對(duì)非均布荷載作用下路面的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行了分析， 得出層間接觸條件的不同對(duì)路面結(jié)構(gòu)最大剪應(yīng)力的影響，與結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、基層類型以及荷載大小有很大的關(guān)系。,5.1.3 剪應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)設(shè)備,（1）關(guān)昌余等人在進(jìn)行層間抗剪模量測(cè)定時(shí)，研制了直剪儀,測(cè)定抗剪模量的直剪儀示意圖,（2）河南省公路局為研究RCC-AC復(fù)合式路面RCC與AC層間結(jié)合狀態(tài)，研制了層間剪應(yīng)力試驗(yàn)儀。,層間剪應(yīng)力試驗(yàn)儀示意圖,（3） 同濟(jì)大學(xué)在對(duì)瀝青鋪裝層與水泥混凝土橋面的界面粘結(jié)性能實(shí)驗(yàn)時(shí)，研制的加載裝置,加載裝置示意圖,（4）長(zhǎng)安大學(xué)也為研究RCC-AC復(fù)合式路面RCC與AC層間結(jié)合狀態(tài)，研制了一套較為智能的測(cè)試系統(tǒng)(LLM)。,LLM測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)布置示意圖,5.2 層間處治技術(shù)研究方法,5.2.1 力學(xué)分析方法 （1）ANSYS有限元法： 允許材料參數(shù)在深度方向變化，也能考慮材料參數(shù)在水平方向的變化，并考慮本構(gòu)關(guān)系的應(yīng)力依賴性。 存在問(wèn)題 用解析的方法分析瀝青路面有很大的局限性 首先，它必須假設(shè)道路材料為線彈性或一些非常簡(jiǎn)單的非線形， 其次，解析的方法只能求解一些較為簡(jiǎn)單的荷載形式 另外，解析方法把路面看作是在水平方向無(wú)限大的連續(xù)介質(zhì)體，沒(méi)有考慮路面的有限尺寸，而且不能分析路面上出現(xiàn)裂縫等幾何不連續(xù)體對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性的影響。,（2）Bisar3.0分析法,理論依據(jù)為英、荷聯(lián)資的Shell公司的Shell設(shè)計(jì)法。 Shell設(shè)計(jì)法屬于力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法，是國(guó)際上公認(rèn)的比較完善的路面設(shè)計(jì)方法。Shell設(shè)計(jì)法的力學(xué)圖示如下:,雙圓均布荷載作用的力學(xué)圖示,5.2.2 材料性能研究,5.2.2.1 乳化瀝青性能研究 (1)普通乳化瀝青的滲透性試驗(yàn),灑布型陽(yáng)離子乳化瀝青的滲透性試驗(yàn)結(jié)果,(1)普通乳化瀝青的滲透性試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明:陽(yáng)(陰) 離子乳化瀝青在表面致密的半剛性基層上灑布,其滲透效果不佳。灑布作業(yè)在基層施工后盡快進(jìn)行,則可形成較好的粘結(jié)薄層。,灑布型陰離子乳化瀝青的滲透性試驗(yàn)結(jié)果,（2）高滲透力乳化瀝青的滲透試驗(yàn),采用中裂陽(yáng)離子乳化劑對(duì)摻加滲透劑的AH - 90 瀝青乳化后、瀝青含量45 %的油水比例的乳化瀝青,具有較強(qiáng)的滲透性能,高滲透力乳化瀝青的滲透試驗(yàn)結(jié)果,試驗(yàn)結(jié)果表明: 高滲透力乳化瀝青對(duì)半剛性基層滲透效果相對(duì)于普通的乳化瀝青較佳。由此對(duì)比確定用高滲透力乳化瀝青作為基層的透層油使用。,5.3.2.2 改性瀝青性能研究,同濟(jì)大學(xué)與長(zhǎng)安大學(xué)共同對(duì)瀝青混凝土路面基面層間結(jié)合材料進(jìn)行了研究，自行研制了SBR、ES 和SBS等3種改性乳化瀝青作為層間粘結(jié)劑, 基質(zhì)瀝青為蘭煉AH-90。 （1）粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試,改性瀝青粘結(jié)強(qiáng)度比較,三種改性瀝青分別當(dāng)改性劑量為5%,7%,3%時(shí)達(dá)到最佳粘結(jié)強(qiáng)度,單位：KPa,5.2.2.2 改性瀝青性能研究,(2)層間剪切試驗(yàn),(3)溫度對(duì)剪切力的影響,不同溫度條件的粘結(jié)強(qiáng)度 單位：KPa,在不同溫度條件下SBR改性乳化瀝青較熱瀝青有較好的粘結(jié)強(qiáng)度,不同瀝青作層間處治材料進(jìn)行剪切試驗(yàn)結(jié)果顯示SBR改性乳化瀝青具有最佳的抗剪性能,5.2.2.3 土工聚合物性能研究,從20世紀(jì)70年代末塑料土工格柵出現(xiàn)后,近幾年又涌現(xiàn)出經(jīng)編土工格柵和玻纖土工格柵。,3 種不同格柵性能比較,3 種不同格柵性能比較得出結(jié)論,(1) 玻纖格柵具有最佳的極限抗拉強(qiáng)度。經(jīng)編格柵具有最佳的極限延伸率 (2) 玻纖格柵耐溫性明顯較其它格柵好, 經(jīng)編格柵由于經(jīng)過(guò)涂層浸漬, 耐溫性有所提高。 (3) 塑料格柵的縱、橫向接點(diǎn)是直接成型做成,故強(qiáng)度和縱、橫向肋條的強(qiáng)度相當(dāng), 而經(jīng)編、玻纖格柵接點(diǎn)為編織而成, 故強(qiáng)度較本身材料強(qiáng)度低很多。,格柵的選擇,關(guān)鍵性指標(biāo): - 筋材強(qiáng)度(包括短期和長(zhǎng)期強(qiáng)度) 和延伸率(包括短期和長(zhǎng)期延伸率, 即蠕變)。強(qiáng)度為控制筋材能否滿足工程所需增強(qiáng)要求的指標(biāo), 延伸率則為控制筋材能否滿足工程變形要求的指標(biāo)。 根據(jù)瀝青路面層間材料需要-我們從中優(yōu)選出玻纖格柵。 - 玻纖格柵適用于瀝青和混凝土路面加筋、路面反射裂縫防治及新舊路面的銜接等變形量不是很大的場(chǎng)合。 - 作用: 抗疲勞開(kāi)裂、抗低溫收縮、耐高溫車轍和延緩反射裂縫。,5.4 層間處治實(shí)用技術(shù)及功能,5.4.1 透層材料及其作用 5.4.1.1 設(shè)置目的： - 在粒料類基層(如級(jí)配礫石、級(jí)配碎石) 及各種水泥穩(wěn)定、石灰穩(wěn)定和石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定基層上,噴灑一層低粘滯度的液體瀝青,使之透入基層表面,作為鋪筑瀝青面層前的一種預(yù)先處治,以增加基層與瀝青面層之間的粘結(jié)力、填塞基層表面的孔隙以及將基層表面可能松散的集料結(jié)合在一起。,5.3.1.2 透層的作用,(1) 幫助增進(jìn)并維持基層與瀝青面層間的粘結(jié)力. (2) 封閉基層表面的孔隙,從而減少水分的透入,避免可能形成的沖刷現(xiàn)象. (3) 能在很大程度上防止基層吸收第一次噴灑的面層瀝青. (4) 增強(qiáng)基層的表面,處治松散表層. (5) 臨時(shí)性地保護(hù)基層,抵抗氣候及輕交通的有害作用,兼有養(yǎng)護(hù)作用.,5.4.1.3 透層材料的選擇,- 一般采用液體石油瀝青，乳化瀝青，煤瀝青。 - 透層瀝青的選用應(yīng)根據(jù)基層表面密實(shí)情況確定,表面致密、孔隙率小時(shí)宜選用滲透性強(qiáng)、粘度低的瀝青;表面粗糙、孔隙率大時(shí)可選用粘度較高的瀝青。,5.3.1.4 選擇標(biāo)準(zhǔn)：,透層其性能就應(yīng)該滿足以下幾方面的要求: 滲透性。 - 透層瀝青在灑布后要能透入基層5mm以上,并且不能在基層表面形成油膜。 干燥性。 - 灑布的透層瀝青要能夠很快揮發(fā)干燥,且透入后的瀝青在揮發(fā)后要保持足夠數(shù)量的殘留瀝青,以充分發(fā)揮透層作用。 耐久性。 - 揮發(fā)后的殘留瀝青要有一定的抗老化能力,以保證在較長(zhǎng)的使用期限內(nèi)發(fā)揮其應(yīng)有的作用。此外,透層瀝青還應(yīng)該保證其安全性。透層不能使用易燃和有毒性的瀝青,以免造成火災(zāi)和對(duì)人體及環(huán)境的危害。,5.3.2 下封層材料及其作用,5.3.2.1 設(shè)置目的： - 瀝青路面下封層是為了封閉基層表面, 防止水分滲入基層, 增強(qiáng)基層與面層之間的粘結(jié)而設(shè)置的瀝青混合料薄層。 5.3.2.2 目前國(guó)內(nèi)下封層的主要結(jié)構(gòu) - 單層式瀝青下封層、雙層式瀝青下封層及稀漿封層等, 采用的瀝青種類有: 普通乳化瀝青、改性乳化瀝青及熱瀝青等。,5.4.2.3 下封層作用,（1）粘結(jié)作用 與結(jié)合不良的情況比較，它可以減少面層底層由行車荷載引起的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，它還可以明顯減少溫度變化引起的瀝青面層內(nèi)的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變。 （2）封水、防水作用 下封層同透層一起能夠在基層頂面形成一個(gè)密封層，防止了外部水移入和內(nèi)部水份蒸發(fā)，使基層水化作用充分進(jìn)行，保證在最佳含水量情況下形成強(qiáng)度，從而能提高基層強(qiáng)度的整體均勻性。,5.3.3 應(yīng)變消減中間層,5.3.3.1 設(shè)置目的： 減少或預(yù)防反射裂縫，用中間層使瀝青面層變薄，同時(shí)延緩或消滅路面使用期間的反射裂縫。,5.3.3.2 應(yīng)變消減中間層作用,（1）減少路面與基層相對(duì)運(yùn)動(dòng)的傳遞；提高路面與基層之間的結(jié)合，從而消除或減輕層間的滑移危險(xiǎn)； SAMI單獨(dú)成一層，并成為上下層接觸面間的彈性聯(lián)結(jié)，由于此彈性聯(lián)結(jié)，面層和基層間可以差動(dòng)而不承受由于基層移動(dòng)造成的應(yīng)力。 （2）減弱反射裂縫 采用低彈性模量和具有良好粘結(jié)性能的改性瀝青在低溫時(shí)可以形成彈性膜，使基層上傳的應(yīng)力可以在膜中間層的界面上被消散，從而不至于引起瀝青面層開(kāi)裂。,5.4.4 其他層間處治技術(shù),（1）設(shè)置應(yīng)力吸收層： 應(yīng)力吸收層材料在延緩或抑制瀝青路面的反射裂縫方面具有不同于一般防裂夾層的優(yōu)越性，成為半剛性基層瀝青路面采用的一種重要技術(shù)方案。 （2）鋪設(shè)玻纖格柵層： 玻纖格柵層具有消散應(yīng)力，阻止反射裂縫的出現(xiàn)，同時(shí)還具有承重的作用。 （3）增設(shè)防水粘結(jié)層： 從層間應(yīng)具備的功能考慮設(shè)置防水粘結(jié)層，既起到防止水破壞又起到連接相鄰結(jié)構(gòu)層的作用。,5.5 研究方向-層間處治評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)的提出,- 以層間結(jié)構(gòu)材料的抗剪強(qiáng)度為指標(biāo)確定層間材料的種類和用量，通過(guò)分析層間材料對(duì)溫度的敏感性，提出抗剪強(qiáng)度一溫度指數(shù)的定義。 - 剪應(yīng)力指標(biāo)的引入不僅會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響，更將對(duì)路面材料設(shè)計(jì)、尤其是路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)帶來(lái)革命性的變化，它是判別瀝青路面層間連接作用的關(guān)鍵指標(biāo)和有效手段，是聯(lián)系路面材料設(shè)計(jì)與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的更為直接的橋梁，是應(yīng)該著重研究的。,6 長(zhǎng)壽命瀝青路面經(jīng)濟(jì)效益分析,6.1 綜合效益概述,綜合效益的比較應(yīng)包括壽命周期費(fèi)用和其他費(fèi)用的比較 壽命周期費(fèi)用： 路面壽命期內(nèi)全部的施工和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用以及和養(yǎng)護(hù)活動(dòng)相關(guān)的施工場(chǎng)內(nèi)的交通費(fèi)用。,壽命周期費(fèi)用的分析過(guò)程及影響因素,（1）分析過(guò)程： 確定新建和罩面改建后的路面使用性能衰變模型； 交通量預(yù)估； 為分析期制定養(yǎng)護(hù)和改建策略； 確定各種養(yǎng)護(hù)和改建策略的時(shí)機(jī)或預(yù)期壽命； 為施工、改建和養(yǎng)護(hù)評(píng)估管理費(fèi)用； 評(píng)估用戶和非用戶費(fèi)用； 制定現(xiàn)金流量圖； 計(jì)算費(fèi)用現(xiàn)值；,壽命周期費(fèi)用的分析過(guò)程及影響因素,（2）影響因素： 分析期、材料價(jià)格、折現(xiàn)率、 交通量的預(yù)測(cè)、使用性能控制標(biāo)準(zhǔn)、 不同養(yǎng)護(hù)和改建策略、評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取,其他費(fèi)用,包括： （1）路面改建現(xiàn)場(chǎng)由于乘客和貨物運(yùn)輸所產(chǎn)生的費(fèi)用， （2）施工現(xiàn)場(chǎng)道路使用者和施工人員較高的事故發(fā)生率有關(guān)的費(fèi)用。 （3）道路維修中造成路面無(wú)法正常使用延誤費(fèi)用； （4）路面損壞，車速降低，車輛磨損增加、耗油量增加費(fèi)用； （5）路面破壞，行駛不暢，交通阻塞，延時(shí)誤工費(fèi)用； （6）路面使用狀況不佳，交通事故率增加造成費(fèi)用。,6.2 長(zhǎng)壽命瀝青路面與半剛性基層路面綜合效益比較,我國(guó)高速公路中90%以上為半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)，比較其與長(zhǎng)壽命瀝青路面的經(jīng)濟(jì)效益有現(xiàn)實(shí)意義；,6.2.1 半剛性瀝青路面經(jīng)濟(jì)效益分析,問(wèn)題： 早期破壞現(xiàn)象嚴(yán)重：裂縫、水損害、車轍等 普遍現(xiàn)象： 早期破損修補(bǔ)破損加快頻繁修補(bǔ)越修壞得越快,后果,- 導(dǎo)致路面使用壽命遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值； - 影響交通順暢，行車舒適性性大大降低，容易引發(fā)交通事故，造成燃油浪費(fèi)； - 若基層出現(xiàn)破壞，維修復(fù)雜，耗用大量資金和人力資源，維修過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間封閉交通，嚴(yán)重影響道路使用功能。 ,6.2.2 長(zhǎng)壽命瀝青路面經(jīng)濟(jì)效益分析,- 長(zhǎng)壽命瀝青路面由于采用瀝青穩(wěn)定基層初期建設(shè)費(fèi)用較高； - 長(zhǎng)壽命瀝青路面路面裂縫減少，疲勞破壞、車轍等病害較少，能夠?yàn)榈缆肥褂谜咛峁﹥?yōu)良持續(xù)的服務(wù)； - 永久性瀝青路面無(wú)需大規(guī)模的翻修只要定期檢測(cè)更換磨耗層，維護(hù)修復(fù)方便快捷，縮短維修時(shí)間； - 長(zhǎng)壽命瀝青瀝青路面路用性能良好，高強(qiáng)度加厚瀝青路面比普通瀝青路面使用周期更長(zhǎng)并且養(yǎng)護(hù)費(fèi)用更少。,6.2.4 國(guó)外調(diào)查研究分析,- 國(guó)外研究指出，若一個(gè)重交通道路的路面能夠運(yùn)營(yíng)50年且不需要任何改建措施，那么它就會(huì)使公路建設(shè)總體投資減少而又有較高的投資效益。 - 美國(guó)使用的長(zhǎng)壽命路面，其使用年限一般為20年40年，若按照總的全壽命成本效益計(jì)算，則長(zhǎng)壽命瀝青路面更加經(jīng)濟(jì)。 - 據(jù)紐約一些采用50年設(shè)計(jì)使用壽命的道路統(tǒng)計(jì)資料，長(zhǎng)壽命瀝青路面與傳統(tǒng)的路面平均每公里的造價(jià)之比，對(duì)30cm的面層為1.24，對(duì)25cm厚度的面層為1.4。這一比率隨著承包商對(duì)建造長(zhǎng)壽命瀝青路面所需的新施工工藝的熟悉以及需要新增設(shè)備費(fèi)用的折舊將會(huì)進(jìn)一步下降。,6.4 結(jié)論和研究意義:,無(wú)論從性能價(jià)格比還是壽命周期費(fèi)用方面分析，長(zhǎng)壽命瀝青路面較傳統(tǒng)瀝青路面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此在我國(guó)開(kāi)展長(zhǎng)壽命瀝青路面研究對(duì)于提高道路使用性能，節(jié)約道路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、維修綜合費(fèi)用都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義！,歡迎交流！,