永久性路面研究与发展.docx
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永久性路面研究与发展
永久性路面
X登良
提纲：
一、欧州永久性路面
二、美国永久性路面
三、疲劳极限
四、永久性路面的构造组合
五、永久性路面构造层材料设计
六、关于疲劳问题
七、永久性路面需研究解决的几个问题
一、欧州永久性路面
1.设计使用年限＞40年
2.车辙
·当沥青层厚度＞18cm时，车辙形成速率迅速降低
·当沥青层厚度为18~36cm时，车辙速率与厚度已无明显关系
·车辙主要发生的路面外表
3.裂缝
·有纵向、横向两类，一般于3~5年后产生
·外表先开裂，逐渐向下开展，当h＞18cm时，仅限于10cm以内。
·裂缝呈“V〞字形。
4.强度
·随着沥青针入度的下降，强度增大原始100→施工后70→20年后20。
存在一最小强度临界值，在随后的运营过程中，强度会逐渐增大〔在正常养护情况下〕→长寿命
5.疲劳寿命
·增加沥青厚度会延长使用寿命
·沥青层强度的不断增长〔老化、压密〕会延长使用寿命。
·当累计轴载超过8000万次后，继续增加沥青层厚度对增加其使用寿命已无意义。
二、美国永久性路面
·是欧州设计理念的开展
·使用寿命＞50年，罩面层15--20年
·是全厚式路面〔Full-DepthAsphaltpavement〕和高强度沥青路面〔DeepstrengthAsphaltpavement〕良好性能的延伸。
增加沥青层的厚度可降低层底开裂和防止构造性车辙，路面的损坏仅限于路面外表25~100mm范围之内。
·提出疲劳极限〔Fatiguelimit〕的概念
三、疲劳极限〔弯拉应变临界点〕
·是确定路面厚度的关键
·是永久性路面设计理念的理论根底
·原理：
沥青路面具有自愈能力〔healing〕，当拉应变小于该临界点时，不会产生疲劳破坏。
·临界点
一般建议100με
美国一般60--70με
改性沥青--100με
路基顶面极限压应变--200με
·提高沥青质量或适当增加沥青用量〔富沥青〕可提高抗裂能力
俄亥俄州运输部的试验
四、永久性路面的构造组合
·路面构造示意图
·构造层沥青等级确实定
·路面构造设计年限
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
40
30
35
40
50
30-50
35
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
40
40
30-50
30-50
30-35
不小于35
30
单位
德国
英国
法国
南非
日本
加拿大
澳大利亚
年限
30-40
40
30-40
20-40
20-40
30-40
20-40
·密歇根州永久性路面设计图表
推荐的永久路面设计图表〔VonQuintus,2001年〕表12-3-8
20年设计交通量
SAL×10
3
10
20
30
总沥青层厚度
290
345
370
405
SMA厚度〔mm〕
--
--
35
65
Supempave（厚度）
〔mm〕
50
50
--
--
联结层厚度〔mm〕
115
90
140
115
140
125
150
HMA基层厚度
〔mm〕
125
150
155
180
165
180
190
集料基层厚度
〔mm〕
--
--
330
430
集料底基层厚度
〔mm〕
380
250
--
--
非冰冻敏感路基土厚〔mm〕
345
315
220
200
维修1
年
20
15
15
15
铣刨—罩面
厚度〔mm〕
50
50—100
65—115
65--115
维修2
年
32
30
30
30
铣刨—罩面
厚度〔mm〕
50
50
50
50--75
·俄亥俄州
临界拉应变=70με
构造设计参数
WayneUS30道路永久路面构造设计参数表12-3-10
材料
模量
泊松比
厚度
SMAPG76-22M〔设计空隙率3.5%〕
E=3450MPa
μ=0.35
1.5in
Superpave19PG76~22M
〔设计空隙率4%〕
E=3450MPa
μ=0.35
1.75in
联结层PG64-22
〔302，设计空隙率4.5%〕
E=3450MPa
μ=0.35
设计层
抗疲劳层PG64-22
〔302，设计空隙率3%〕
E=3450MPa
μ=0.35
4in
集料基层
E=140MPa
μ=0.4
6in
路基
CBR=4,5,6
μ=0.45
StarkI-77构造设计参数表12-3-11
材料
厚度
Superpave12.5PG76-22M
〔设计空隙率3.5%〕
1.5in
Superpave19PG76-22M
（设计空隙率4.0%）
1.75in
联结层PG58-28
〔设计空隙率4.0%，30%再生料〕
10in
抗疲劳层PG58-28
〔302，设计空隙率3.0%〕
4in
集料基层
6in
路基层
五、永久性路面构造层材料设计
·抗车辙，不透水，抗磨耗的外表层
·抗车辙的联结层
·抗疲劳的基层
1.外表层〔磨耗层〕
·要求具有抗车辙、抗开裂、抗滑、低噪声、无水漂
·SMA、OGFC为首选构造
·宜采用改性沥青
2.联结层
·宜采用骨架型构造
·高模量沥青混合料
·沥青PG标准高温同磨耗层低温可降低一个等级
3.沥青基层
·要求抗疲劳开裂能力强——改性沥青，富沥青含量。
·法、英采用高模量基层，是一重要的研究思路〔原理：
高模量基层所产生的拉应变较小，但拉应变的临界值如何"〕
·水稳定性问题要重视
·采用较低的设计空隙率〔VA=2~3%〕
4.永久性路面强调一个坚实的路面根底
·根底〔土基+垫层+底基层〕是长寿命的关键
·土基的CBR值，宜大于6~8；否那么需采取补救措施〔石灰稳定，换填砂砾〕。
六、关于疲劳问题
1.疲劳影响因素
·澳大利亚试验说明
影响因素
影响趋势
控制应力
控制应变
沥青粘度
粘度越大，疲劳寿命越高
粘度越大，疲劳寿命越低
沥青用量
到最正确用量
最正确用量以后
疲劳寿命随沥青用量增大
疲劳寿命随沥青用量降低
疲劳寿命随沥青用量增加注
疲劳寿命随沥青用量增加
空隙率
空隙率越大，疲劳寿命越低
空隙率越大，疲劳寿命越低
集料百分率
集料含量越大，疲劳寿命越高
集料含量越大，疲劳寿命越低
温度
温度越高，疲劳寿命越低
温度越高，疲劳寿命越高
荷载作用速度
作用速度越大，疲劳寿命越高
作用速度越大，疲劳寿命越低
我国试验说明〔应力控制〕
影响因素优化结果
4.75mm通过率63.5%
6.075mm通过率6.03%
粉胶比1.053%
空隙率3.51%
2.疲劳试验
·澳大利亚、美国AI
试验条件：
20℃，10Hz
以模量降到初始模量的50%时的作用次数，作为疲劳试验次数。
3.疲劳方程
·Shell疲劳方程：
式中：
VB—沥青体积百分率；
Smix—沥青混合料劲度模量；
—荷载产生的拉应变。
·澳大利亚压应变疲劳方程
七、永久性能路面需研究解决的几个问题
·路面构造组合及各层材料参数的优化〔如模量的相互匹配，半刚性层的设置等〕。
·不同混合料类型和沥青品种〔包括不同标号及改性沥青〕的疲劳极限。
·不同类型半刚性基层材料的疲劳极限
·最不利工作状态确实定〔温度条件〕。
·疲劳试验方法及疲劳方程的建立
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