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1、4容许拉应力 28（三）按表面功能设计 281抗车辙设计 292抗低温缩裂设计 293抗冻胀设计 30四、结束语 31一前言 我省位于我国的东北边陲，冬季漫长而寒冷，在恶劣的气候因素与车量荷载的共同作用下，我省沥青路面结构常常达不到设计使用寿命而出现早期破坏。为了提高沥青路面的使用品质，多年来，道路科技工作者针对寒区沥青路面存在的问题做了大量的科学研究工作，积累了很多经验，取得了一批使用价值很高的研究成果。为了更好地将这些科研成果在我省转化为现实生产力，系统总结近年来国内外沥青路面的最新科研成果，特别是“七五”“八五”期间我国针对高等级公路沥青路面建设所开展的一系列科学研究以及我省在“八五”期

2、间为了全面提高沥青路面的质量所开展的一系列科学研究，将这些科研成果全面系统地归纳总结、消化吸收、补充提高及推广应用，必将对我省公路建设水平的提高起到积极作用。为此，黑龙江省交通厅于1996年下达了“寒区沥青路面筑路技术成果系统总结与应用”的研究课题。旨在总结近十年来国内外沥青路面最新技术与研究成果，形成我省沥青路面的技术指南，以提高我省沥青路面的建设水平。黑龙江省交通科研所承担了此项课题，经过三年多的搜集与整理，已基本完成合同规定的有关研究内容。本研究报告主要总结下列内容：1黑龙江省的气候特点与沥青的气候分区；2沥青的路用性能与评价指标；3沥青混合料的高温抗车辙性能与指标；4沥青混合料的低温抗

3、裂性能与指标；5沥青混合料水稳定性与指标；6沥青混合料的常规设计；7沥青混合料设计方法；8改性沥青技术9沥青路面基层类型的选择；10寒区沥青路面结构的破坏型式；11寒区沥青路面的结构组合。二寒区沥青路面材料的选用与设计（一）沥青与沥青混合料1黑龙江省的气候特点与沥青的气候分区沥青气候分区的意义沥青作为沥青路面的结合料，对沥青路面的使用性能起着决定性的作用，特别是沥青具有较大的温度敏感性，当气候温度变化时，将引起沥青路面物理力学性能的较大的改变，同时水份对沥青路面的性能也有显著的影响。因此，在不同的气候条件下，沥青及沥青混合料具有不同的使用性能。或者说，气候条件不同的地区，应对沥青及沥青混合料有

4、不同的技术要求。因此，沥青的气候分区对沥青的选用和沥青混合料的设计有着十分重要的意义。沥青的气候分区指标沥青路用性能的气候分区（图1-2，图1-3），是根据全国600多个气象台站30年的气象数据资料，经过大量的统计分析，从众多的指标中优选出:七月份平均最高气温作为高温气候分区指标，用年最低气温作为低温气候分区指标，用年降雨量作为路面受水损害的分区指标。全国分区指标是：以月份平均最高气温为高温气候分区指标，并以、为界限，将高温气候分为三级：其中:30 为1区；3020为2区；-9.0 为4区。年降水量为雨量指标，并以250mm，500mm，1000mm为界限，分雨量区为四级：1000mm为雨量1

5、区；1000500mm为雨量2区；500250mm为雨量3区；250mm为雨量4区。分区指标的计算方法：月份平均最高温度：先求每年七月份每一天下午2时的温度（一天的最高温度） 的平均值作为一年的七月份平均最高温度，再求取30年的七月份平均最高温度的平均值，将其作为设计的七月份平均最高温度。即相当于以30年作为设计周期。根率为50%。据最低气温：先求每一年的极端最低气温，再求取30年的极端最低气温的最小值，将其作为设计的极端最低气温。即相当于30年一遇的概率。年降水量是指30年的年降水量的平均值，将其作为设计的年降水量，即相当于作为设计周期，根率为50%。根据全国气候分区指标，黑龙江省按高温、低

6、温及降雨量可分为如下四个区：.2-1-2区 （高温：20-30、低温：-37.0、降雨.500-1000mm）.2-2-3区 （高温：-37.0、降雨.250-500mm）.2-2-2区 （高温：-37.0 -21.5、降雨.500-1000mm）. 2-2-3区 （高温：-37.0 -21.5、降雨.250-500mm）根据上述指标和方法可将黑龙江省进行较细致的分区，以指导沥青路面的设计，也可将指标进一步细划、分成几个亚区。2道路沥青路用性能关键性技术指标沥青路用性指标的核心沥青粘度随温度的变化，即：温度敏感性沥青粘度的测定方法沥青的粘度很多，有运动粘度、动力粘度这是沥青的绝对粘度，其不同的

7、温度条件使用不同的粘度计进行测定，如：滑板粘度计、旋转粘度计以及毛细管粘度计等。另外，为了方便试验，还有很多反映粘度的试验方法：如：针入度、流量粘度等，这些都是条件粘度。其中：针入度是我们道路上最常用的测定沥青粘度的方法。针入度的粘温关系与特征值针入度作为一种最常用的条件粘度（针入深度，用1/10mm表示），它具有以下特征：.在单对数坐标上，针入度p与温度t存在直线关系：式中：A针入度-温度感应系数 K常数.沥青的软化点是一个等粘温度，软化点温度时，沥青的针入度值约等于800（1/10mm），用T800表示针入度为800（1/10mm）时的温度，叫名义软化点.沥青的脆点同样是一个等粘温度，脆点

8、时的针入度值约等于1.25（1/10mm），用T1.2表示针入度为1.25（1/10mm）时的温度，叫名义脆化点.沥青路用性能的评价方法.沥青的高温性能的评价;由于沥青路面的使用温度一般在-4070之间，所以，沥青的高温路用性能可以用名义T800来评价，一般来说:T800越高，沥青的高温稳定性越好.沥青的低温性能的评价:沥青的低温路用性能可以用名义脆化点T1.2来评价，一般来说:T1.2越低，沥青的低温抗裂性越好.沥青的感温性评价:A、 用针入度温度感应性系数A、反映沥青的感温性，A值是直线的斜率，A值越小，说明针入度P随温度的变化越小，即，沥青的感温性越小。B、 用针入度指数P.I.值反映沥

9、青的感温性当 P.I.+2 时.为凝胶型沥青，感温性很小。当 P.I.在2+2之间时.为溶凝胶型沥青，感温性介于两者之间。总之，P.I.值越大，沥青的感温性越小，P.I.值越小，沥青的感温性越大，C、 用针入度指数PVN反映沥青的感温性PVN按MCLEOD的方法，由25针入度及135粘度求算:另外，还有一些评价方法如粘温指数VTS及沥青等级指数CL等，这里不再介绍。由于上述各种温度敏感性指标反映的是不同温区的感温性，故计算结果不近相同。PI是由040针入度变化决定的，VTS是60135粘度变化决定的，PVN是25针入度及60或135粘度决定的。而路面使用期间的温度一般在-4070之间。所以用P

10、I更能说明这一实用温度区间的温度敏感性。而且测定方法最为简单。采用三个以上温度的针入度值经回归计算求得P.I.一般用5、15、25、35（或30）均可。相关系数：R0.995。 LogP=CLogt+R C针入度时间指数。采用10S、15S、20S针入度回归C及R值。再求5S的针入度更为准确。总体上讲，PI的大小能反映沥青的感温性，参考国外标准，建议用PI值和A值的大小，将沥青分为A、B、C、D四个等级最小PI值要求表高温稳定性要求低温抗裂性能要求路用性能指数A B CA B C D设计温度（）30 2030 -9.0最大A值要求0.0467 0.0482 0.0489 0.0467 0.04

11、82 0.0489 0.0514最小PI值要求 -1.0 -1.2 -1.4 -1.0 -1.2 -1.4 -1.6D、 用沥青的塑性范围Ts（=T800-T1.2）反映沥青的感温性。由于A=lg800/（T800-T1.2），lg800为常数，所以A值只取决于T800与T1.2的差。Ts（=T800-T1.2）值越大，沥青的感温性越小。反之，沥青的感温性越大当Ts96.8时，为凝胶型沥青；当Ts在52.896.8之间时，为溶凝胶型沥青。3沥青混合料的路用性能与评价指标高温抗车辙性能与评价指标沥青路面的高温稳定性主要表现为抗车辙能力，是沥青混合料在夏季高温条件下，经长期交通荷载的作用后，抵抗产

12、生车辙和波浪等病害的性能。就沥青面层而言，车辙又主要是由于沥青混合料高温时在车辆荷载作用下发生压缩变形后，不能恢复部分累积产生的。因此沥青混合料的抗压性能对其高温稳定性有着重要的影响作用。沥青混合料的抗车辙性能用车辙试验的动稳定度来反映，在不具备车辙试验条件下，沥青混合料的高温稳定性以塑性变形反映的模量来确定。试验证明：塑性应变与总应变成正比，所以可用总变形反映的模量（即抗压弹性模量）来反映沥青混合料的高温抗压缩性能，也就是用高温时的沥青混合料的抗压弹性模量E。代表其高温稳定性。另外考虑到模量较难测量和测准，而沥青混合料的强度与其模量又有正比关系。所以建议沥青混合料的高温指标可用300.5（2

13、mm/min加载速度）的抗压强度R30和模量E30两项指标来反映。在不具备车辙试验条件的情况下，可以用上述指标来反映混合料的高温稳定性。低温性能与评价指标沥青路面材料的低温抗裂性，无论是抗低温缩裂能力，抗反射裂缝能力，抗低温荷载裂缝能力还是抗冻胀裂缝能力均与沥青混合料低温时的抗拉性能有着重要的关系。以往对材料的抗拉性能多用抗拉强度表示，但考虑到低温开裂不仅与材料强度有关，而且与材料的变形能力有关。比如：材料有很强的伸长能力，既使其强度不很高，它也不易发生开裂，因此我们将材料单位面积的极限拉应力（抗拉强度）与其单位长度的极限伸长量（极限拉应变）的乘积称为材料的开裂能，用U表示，用以表示材料的抗开

14、裂能力。即：U=R拉m = R2拉/EU为材料的开裂能； R拉为抗拉强度，可用劈裂强度表示； m为极限拉应变，可用劈裂的极限应变表示； E为抗拉模量，可用劈裂模量表示。从沥青混合料的试验结果看，无论是抗拉强度，还是开裂能都会随着温度的下降在某一温度处出现峰值，温度继续下降可能会出现第二个峰值，如图3，图4。我们将出现第一个峰值时所对应的温度称为材料的脆化点用Tg表示。由于峰值的存在就使得沥青混合料的低温抗裂指标很难用抗拉强度或开裂能简单地表示，因为不同的沥青品种，不同的试验方式，不同的加载速度会使沥青混合料具有相同的脆化点。试验结果表明：在同一种加载方式和加载速度条件下，同一种沥青的各种级配的

15、混合料具有相同的脆化点。这样使我们可以考虑用脆化点处的开裂能和脆化点两个因素综合考虑沥青混合料的低温抗裂指标。 我们既希望混合料脆化点处的开裂能大些，又希望脆化点低些，因为这样才能使沥青混合料的低温抗裂性更好。于是我们将脆化点处的开裂能乘以Tg-10，定义为开裂能矩，用UT表示，则开裂能矩越大说明材料越不易开裂。根据试验计算结果，我们建议：用劈裂试验（2mm/min加载速度）求得的开裂能矩UT来反映沥青混合料的低温抗裂能力。水稳定性能与评价指标沥青混合料的水稳定性用两个指标进行评价：用浸水马歇尔残留稳定度来评价；用冻融劈裂残留强度来评价。这两个指标目前沥青路面施工规范中都有要求。4沥青混合料的

16、设计沥青混合料的常规设计在组成沥青混合料的原材料（碎石、石屑、砂、矿粉、沥青、外掺剂）确定之后，沥青混合料的技术性质。在很大程度上决定于各组成材料之间的比例。沥青混合料组成设计的任务就是确定粗集料，细集料、矿粉和沥青在设计的沥青混合料中的最优配合比例。设计程序：A 原材料的路用性试验，包括：沥青的针入度、延度、软化点、老化、蜡含量等指标试验；石料的抗压强度、压碎值、粘附性、磨光值、吸水率、酸碱性、视密度等试验。B 粗、细集料、矿粉的筛分及密度试验。C 用筛分结果按照有关要求调整级配曲线。D 按调整好的级配，选择不同的沥青用量进行马歇尔试验确定最佳沥青用量和沥青混合料的密度。E 按最佳沥青用量和

17、混合料密度进行高低温及水稳定性验证，如果各项指标均满足要求，则所确定的用料比例为目标配合比F 生产配合比的确定在生产配合比确定后，按生产配合比控制，热拌机冷料仓的上料速度（比例）。矿料经过加热、除尘及二次筛分别进入热料仓。再从热料仓取料进行筛分和调试级配，并按目标配合比的最佳沥青用量0.3%，进行马歇尔试验确定生产配合比的沥青用量。G 标准配合比的确定拌和机按生产配合比进行试拌，在路上进行试铺，并用拌和的沥青混合料进行马歇尔试验及路上钻取的芯样检验，由此确定生产用的标准配合比。标准配合比应作为生产上控制的依据和质量检验的标准。SMA混合料的设计方法SMA混合料的设计方法与一般的沥青混合料的设计

18、方法不同，它是一种按全程设计方法。SMA混合料设计有五个主要步骤：第一步，选择适宜的SMA原材料，主要包括：粗集料、细集料、矿粉，沥青粘结料和纤维稳定剂；第二步，选择初试级配，选择三个试验级配，加入较适宜的沥青用量，进行马歇尔重锤击实，每面50次或旋转式击实100转，分析试件的VMA、VFA，确定设计级配；第三步，确定沥青用量，对设计级配用不同的沥青用量制作马歇尔试件，分析VV、VFA等指标，确定最佳沥青用量；第四步，进行马歇尔试验，检验稳定度、流值；第五步，SMA各项技术指标的验证，包括：1 肯塔堡飞散试验2 谢伦堡析漏试验3 车辙试验4 水稳定性试验5 渗水系数试验6 构造深度测定 SMA

19、的设计流程SMA混合料目标配合比设计流程图材料试验粗集料、细集料、矿粉纤维稳定剂沥青或改性沥青测定粗集料VCADRC选择初试级配设计粗集料骨架，例如：SMA-16，以4.75mm通过率为 关键性筛孔，选用22%、26%、30% 3个档次，设计3组配比选择初试沥青用量，制作马歇尔试件 不合格分析VMA、VFA，确定设计级配 合格对设计级配变化沥青用量制作马歇尔试件分析VV、VFA等，确定最佳沥青用量 合格 不合格进行马歇尔试验，检验稳定度、流值进行各种配合比设计检验，确定配合比、SMA选择材料的要求1、 对沥青粘结料的要求SMA对沥青没有特殊的要求，可以用重交通沥青，也可使用改性沥青；2、 粗集

20、料的技术要求A、粗集料应该洁净、干燥、无风化、无杂质，其要求见表3-2-1。粗集料技术要求表 表3-2-1。压碎值洛杉矶磨耗视密度吸水率扁平颗粒含量黏附性坚固性磨光值冲击值25%30%2.6t/m2%15%4级12%4228%B、粗集料应具有近似立方体的颗粒形状，有二个破碎面颗粒比例不少于75%，不宜使用颚式破碎机加工的碎石。3、 细集料的技术要求细集料应洁净、干燥、无杂质，其质量应符合表3-3-1要求。细集料的技术要求表 表3-3-1。坚固性（0.3mm）砂当量2.5t/m60%注：当砂当量实验有困难时，可用水洗法测定小于0.075mm颗粒含量，不得大于3%。、矿粉的技术要求A、沥青玛蹄脂碎

21、石混合料的矿粉宜采用石灰石等碱性石料磨细的矿粉。B、矿粉应干燥、洁净，其质量应符合表3-4-1要求。矿粉的技术要求表 表3-4-1。含水量亲水系数粒度范围0.6mm0.15mm0.075mm1%1100%90-100%75-100%C、当采用水泥、石灰作矿粉时，其用量不宜超过矿料总量的2%。D、不得将拌和机回收的粉尘作为矿粉使用。、纤维的选用A、SMA沥青混合料使用的纤维掺加剂可以是矿物纤维，也可以是木质素纤维，可以是颗粒状纤维如：德国产的VIATOP 66 ，VIATOP 80木质素纤维，也可以是松散的絮状纤维，如：美国Interfibe公司生产的松散的絮状纤维。B、松散的絮状纤维，并符合下

22、表要求。PH值长度平均直径吸油性吸湿性7.55mm0.045mm自身重量5.01.0倍5%C、也可采用矿物纤维，其质量应符合下列要求：平均纤维长度：6mm；平均直径：5m；纤维中混杂颗粒含量0.3mm筛通过率95%；075筛通过率65%。（二）改性沥青技术 1概述 近年来，随着我国经济的迅猛发展，交通建设也达到了一个新的发展阶段，公路建设的历史开始谱写新的一页，公路建设真正成了各地经济建设的重点项目，“要想富，先修路”的思想已经深入人心。我国各省进入了高等级公路建设的新阶段。沥青混凝土路面作为高等级公路的主要结构型式，在交通量迅速增长、车辆大型化，超载严重、车辆渠化的今天，正面临着严峻的考验。

23、有些高速公路建成不久，沥青路面就不能适应交通的需要，早期损坏的情况时有发生。在国外，随着交通的发展也同样带来了很多问题，使沥青路面损坏问题更加严重。目前，沥青混凝土路面的主要损坏形式包括：高温车辙及变形问题；沥青路面水损坏问题；寒冷地区沥青路面的低温裂缝问题表面功能不足的问题。产生上述各类问题的原因是多方面的，但是有一点是最重要的。那就是材料，如果没有好的材料不可能全面解决各类问题的。也就是说传统的或者是常规的方法已经无法使沥青混凝土路面适应当前日益严峻的交通发展形式，必须另辟新径，除了保证材料质量和提高施工水平外，提高沥青路面的使用性能还应该从改善矿料级配或改善沥青结合料性能加以考虑，从而提

24、高沥青混凝土的路用性能。改善沥青就是在普通沥青很难适应目前交通的情况下，从改善沥青结合料性能的角度来考虑综合提高沥青路面使用性能。 2沥青改性剂的分类目前，用于对沥青改性的添加剂种类很多，从无机矿物到有机添加剂都有。在道路工程中，常用聚合物作为沥青改性剂。常见的聚合物改性剂按其物理化学性质的不同一般分为以下三种：.热塑性橡胶类： 即可塑性弹性体，主要是苯乙烯类嵌段共具物，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SBS）、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物（SIS）、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SEBS）等。由于他们兼具橡胶和树脂两类改性剂的性质，故也称为橡胶树脂类。其中，由于SBS具有良好的路用性

25、质，目前已成为世界上应用最为普遍的道路沥青改性剂。.橡胶类 主要有天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、氯丁橡胶（CR）、异丁基胶（IIR）、丁二烯橡胶（BR）、异戊二烯橡胶（IR）、聚苯乙烯-异戊二烯胶（SIR）及废橡胶等。其中SBR是世界上应用较广泛的改性剂之一。.树脂类分为两类，一类是热可塑性树脂，一类为热硬化性树脂。热可塑性树脂如乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、乙烯-丙烯酸乙脂共聚物（EEA）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、无规聚丙烯（APP）、丁氰胶（NBR）、聚氯乙烯（PVC）等；热硬化性树脂；环氧树脂（EP）、聚氨脂树脂（PU）等。其中PE在世界上应用较为广泛。 3常用改性剂的

26、性质. SBR，它改善了沥青的变形能力和内聚力，降低感温性，提高了高温和抗车辙能力的同时，对低温的变形能力也有所改善。用量一般为沥青用量的3-5%（固体成分比）。.SBS、SIS等是近年来用得较为广泛，性能较好的一种改性剂，它对沥青的高温性能和低温抗裂性均有明显改善。PE等对沥青路面的高温稳定性的改善效果明显，但对低温性能没有改善，使其应用受到了很大的限制。现将常用聚合物改性剂的性能列于下表。常用聚合物改性剂性能一览表 类别聚合物种类代号形态简要使用性能橡胶类天然橡胶NR胶乳增加混合料粘附性、降低感温性、但低温性能差苯乙烯-丁二烯聚合物（胶质游离类）SBR改善变形能力和粘附性，降低感温性（凝胶类）聚氯乙烯CR提高弹性和粘结性，降低感温性橡胶树脂类苯乙烯-丁二烯嵌段聚合物SBS粒状或粉末改善变形能力和抗永久变形能力，降低感温性苯乙烯-异戊二烯嵌段聚合物SIS苯乙烯-乙烯-丁二烯SEBS提高稳定性、劲度模量及抗永久变形能力树脂类乙烯-醋酸乙烯聚合物EVA粒状改善抗永久变形的能力，提高劲度模量乙烯-丙烯酸乙酯聚合物EEA聚氨脂PU液状增强抗反射裂缝的能力，允许更大弯沉环氧树脂EP 4SBS改性沥青及其混合料的路用性评价 .SBS改性沥青的路用性评价通过添加改性剂来对沥青改性，能较明显地提高其高温性质、低温性质及感温性，下表显示了国产