沥青路面有关技术问题的探讨(林绣贤).ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,沥青路面有关技术问题的探讨,2005.8,主要内容,一、面层(HMA和SMA),二、基层,三、关于汽车超载对沥青路面的危害问题,四、关于面层沥青混合料的抗剪指标与抗剪强度问题,一、面层(HMA和SMA),1.材料,2.热拌沥青混合料(HMA)的合理集料组成,3.SMA的合理集料组成,4.HMA和SMA压实混合料的体积分析,5.HMA和SMA油石比Q的计算公式,6.最佳油石比快速确定法,7.验证,8.施工与验收,1.材料,1.2,集料,执行“05规范”，特别注意细集料质量。并认真测定粗、细集料的视密度和毛体积密度。,1.材料,1.3抗剥落剂,对于抗剥落剂的判断试验，,除水煮法外，并作混合料的TSR（冻融劈裂）试验决定。,2.热拌沥青混合料(HMA)的合理集料组成,2.1,历史的回顾,n法、K法、I法,n 法,19011907年美国的富勒（WBFuller）与汤姆逊根据试验提出了矿料的理想级配，认为颗粒级配曲线愈接近抛物线则其密实度就愈大，从而发表了著名的理想最大密度连续级配组成计算公式：,P通过某筛孔（粒径）为d的矿料重量百分率；,d筛孔尺寸（即计算的某级矿料粒径）（mm）；,D矿料混合料中的最大粒径（mm）；,I 法,70年代，我国同济大学林绣贤在全面研究国内外级配理论基础上，综合我国的实际情况，创造性的提出了I法：,I为通过率递减系数,Superpave矿料级配控制图,0.075,0.3,2.36,4.75,9.5,12.5,19.0,100,最大密实度,限制区,标称最大尺寸,最大尺寸,Superpave集料级配,Superpave集料级配,关键点,：,Superpave级配曲线实际是,P,x,=100(d/D),0.45,的最大密度线,它是以d,0.45,为横坐标绘图法。,最大粒径、最大公称粒径、控制点、限制区的意义。,限制区以下的适用重型交通，限制区以上适用于轻型交通。,关于限制区的来源和是否有必要问题：限制区可以取消，但限制区第一点是关键点，本人称之为中心控制点，必须存在。,2.热拌沥青混合料(HMA)的合理集料组成,2.3“05规范”的集料组成简介,取消、K型，同意最大密度线及绘图法、最大粒径、最大公称粒径定义。并学美国2001年设计指南以关键筛孔通过率把集料组成表分为粗型AC-C和细型AC-F两大类。,2.热拌沥青混合料(HMA)的合理集料组成,2.5适用于重型交通的合理集料组成表,从表1知关键筛孔通过率基本相同。因此粗型(重型)AC-C与细型(轻型)AC-F的分界线与SUP.重型与轻型交通分界线是一致的。为此，本人综合了各家见解，介入相对粒径概念，以I法统一其内在规律，知关键筛孔是在D/8处通过率为35%，得出适用重型交通的合理集料组成I=0.640.7,如表2。(表中并附有SUP.在中心控制点下的组成范围，两者基本相同，但I法更合理。),2.热拌沥青混合料(HMA)的合理集料组成,2.5适用重型交通的合理集料组成表,表2的范围全在“05规范”AC-C范围内，因此已取得合法地位。但低限通过率较“05规范”略大，对防渗更有利。,表中范围值的下半部适用于上面层、中部适用于中面层、上半部适用于下面层。,适用于重型交通的HMA合理级配组成,表2（续）I法计算结果与Superpave范围值的比较,最大公,称粒径,通过率（%）,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.15,0.075,37.5,24-34,24-35,15-24,15-23,9-17,9-16,6-12,5-12,4-8,4-10,3-6,2-7,2-4,2-4,26.5,30-41,30-40,19-29,19-27,12-20,11-18,8-14,6-14,5-10,3-11,3-7,2-8,2-5,2-5,19.0,37-49,36-49,24-34,23-35,15-24,14-22,10-17,9-17,6-12,5-14,4-8,3-10,3-6,2-6,16.0,41-54,41-51,26-37,26-37,17-26,16-24,11-18,9-18,7-13,6-15,4-9,3-11,3-6,3-6,13.2,47-59,46-58,30-41,28-39,19-29,17-28,12-20,10-19,8-14,6-16,5-10,4-11,3-7,3-7,9.5,58-70,54-69,37-49,32-47,24-34,18-32,15-24,11-24,10-17,6-19,6-12,4-12,4-8,3-7,2.热拌沥青混合料(HMA)的合理集料组成,2.6,适用于轻型交通的合理级配组成,SUP.中心控制点上部的组成I=0.760.03转0.69,而“05规范”AC-F的上限较SUP者低,更为合理,与作者过去的分析相符,大约相当于I=0.730.76转0.69。转折点均在D/8处。,2.7,集料组成合理与否的检验方法,关键筛孔通过率,如D/8处以35%为界,最大公称粒径D(mm),关键筛孔,(mm),美国,日本,“05规范”,SUP.中心控制点,I法,37.5,4.75,35,34.7,35,26.5,4.75,40,40,39.5,41,19,4.75,45?,47,48,19,2.36,35,35,34.6,35,16,2.36,38,/,38,13.2(12.5),2.36,40,40,39.1,41,9.5,2.36,45,45,47.2,48,2.7,集料组成合理与否的检验方法,粗集料CA比,要求CA=0.40.8。(0.8者必然车辙。),2.7,集料组成合理与否的检验方法,细集料FA比,要求FA0.5时驼峰级配易车辙)，表2范围FA=0.40.5,3.SMA的合理集料组成,3.1 SMA合理集料组成建议表,经综合比较世界各国SMA集料组成，得转折点在D/4处。当dD/4时，I=0.500.03,D/4后I=0.85。如表3。,3.1 SMA合理集料组成建议表,d(mm),D(mm),26.5,19,16,13.2,9.5,4.75,2.36,1.18,0.6,0.3,0.15,0.075,SMA-19,100,90-100,75-85,61-72,42-53,20-28,17-24,14-20,12-17,10-15,9-12,8-11,SMA-16,100,90-100,73-84,51-62,24-33,18-25,15-21,13-18,11-15,9-13,8-11,SMA-13.2,100,90-100,63-74,30-39,19-26,16-22,13-19,11-16,10-14,8-12,SMA-9.5,100,90-100,42-53,20-28,17-24,14-20,12-17,10-15,9-12,SMA-4.75,100,90-100,42-53,20-28,17-24,14-20,12-17,10-15,表3,各种公称粒径SMA集料组成建议值,关键筛孔D/4处通过率应在2028间。,CA比:表3中CA比在0.390.53，平均0.46。低限已达极限，如再低会离析。D/4者是沥青玛蹄脂无须检验FA。,3.1 SMA合理集料检验方法,3.SMA的合理集料组成,3.2表3范围与“05规范”的比较,4.HMA和SMA压实混合料的体积分析,4.1 HMA压实试件体积分析图,4.HMA和SMA压实混合料的体积分析,4.2最大理论密度G,mm,确定法,测定法,真空法：正确。集料处于有效密度状态。,溶剂法：错误。集料处于视密度状况。,计算法,集料用有效密度G,se,，正确。,集料用视密度：偏大。,集料用毛体积密度：偏小。,粗集料用毛体积密度、细集料用视密度：不合 理，一般偏小。,4.HMA和SMA压实混合料的体积分析,4.3压实沥青混合料的毛体积密度G,mb,毛体积密度G,mb,以表干法测定为准,4.HMA和SMA压实混合料的体积分析,4.4,压实沥青混合料的毛体积密度G,mb,、最、大理论密度G,mm,按正确的方法得到的G,mm,和G,mb,才能得到正确的V、VMA、VFA等有关结果。对此“05规范”已予明确。因而过去存在的混乱情况已得纠正。,5.,HMA和SMA油石比Q的计算公式,5.1集料吸入沥青的油石比Q,ba,集料有效密度G,se,的确定,由真空法得的最大理论密度G,mm,，反算得G,se,：,Q为试件的油石比，G,b,为沥青相对密度,5.,HMA和SMA油石比Q的计算公式,5.1集料吸入沥青的油石比Q,ba,集料有效密度G,se,的确定,计算法：用集料的视密度G,sa,和毛体积密度G,sb,测定结果，以下式计算,式中：,或,5.,HMA和SMA油石比Q的计算公式,5.1集料吸入沥青的油石比Q,ba,集料吸入沥青的油石比,Q,ba,5.,HMA和SMA油石比Q的计算公式,5.2,有效沥青油石比Q,be,HMA,有效沥青油石比Q,be,5.,HMA和SMA油石比Q的计算公式,5.2,有效沥青油石比Q,be,SMA有效沥青油石比Q,be,Qx为纤维含量与集料比的百分率；Gxe为纤维的有效相对密度,5.,HMA和SMA油石比Q的计算公式,5.3,HMA和SMA的油石比Q,HMA和SMA的油石比Q,至此为止，全部是压实沥青混合料体积分析的内在关系的公式,.,6.,最佳油石比快速确定法,6.1,设计空隙率,什么是设计空隙率？为什么以空隙率4%作为设计空隙率？,防渗,防车辙,防老化,使路面稳定,耐久,6.,最佳油石比快速确定法,6.2,最小VMA,VMA决定于集料的性质和组成配比,式中：,VMA,0,最细集料(如97%)。一般希望V=57%间(约相当马氏压实度9997%)。个别点V在45%(相当马氏的10099%)和78%(相当马氏的9796%)也算合格。,二、基层,1.历史回顾,2.半刚性基层集料的合理组成和配比,3.柔性基层,二、基层,1.历史回顾,泥结碎石,石灰土、水泥土,灰土结石,二灰碎石（三渣）,二、基层,2.半刚性基层集料的合理组成和配比,2.1,基本原则,半刚性基层主要矛盾是防裂、减裂，盲目追求强度是一种误导。其集料以就地取材为主，无须苛求。,2.半刚性基层集料的合理组成和配比,2.2,二灰碎石的集料合理组成配比,在论二灰碎石配比组成一文12详细分析了发展历史过程，建议了集料的配比组成，当dD/4时，I=0.50.03，D/4后，I转为0.75，如表5。其组成原理与SMA是共通的，只是SMA在D/4以后为沥青玛蹄脂，故要转0.85而已。,最大公称,粒径D(mm),通过下列方孔筛(mm)的质量百分率(%),37.5,31.5,26.5,19.0,9.5,4.75,2.36,1.18,0.6,0.075,31.5,100,90-100,100,64-85,90-100,100,52-63,63-74,90-100,24-33,29-39,42-53,16-23,17-25,20-28,12-17,13-19,15-21,9-13,10-14,11-16,7-10,7-10,8-12,3-4,3-4,4-5,26.5,19.0,表5 二灰碎石集料组成范围,2.半刚性基层集料的合理组成和配比,2.2,二灰碎石的集料合理组成配比,至于二灰与集料的比值，根据当前施工设备可以集料达到紧装密度为准，以3：7二灰的最大击实密度填充，按参考文献12的体积法计算而得。简单的结论是石灰：粉煤=3：7；二灰：集料=2：8；集料中细集料：粗集料=2：8。实践证明，按此设计施工，基本不裂。,2.半刚性基层集料的合理组成和配比,2.3,水泥稳定碎石,其组成基本原理同HMA，故集料组成可用表2中D=26.5和D=19者。,水泥含量上基层以45%，平均4.5%为宜。下基层以23%为宜。如上基层以1%粉煤灰等量代替水泥，更起防裂作用,2.半刚性基层集料的合理组成和配比,2.4,半刚性基层有关强度试验,除7天抗压强度外，还应以快速法测得设计龄期的抗压模量、弯拉强度与模量等以检验设计参数。其制样标准应以要求的压实度控制。,二、基层,3.,柔性基层,大粒径沥青碎石配比组成及高模量沥青混合料问题,三、关于汽车超载对沥青路面的危害问题,1.考虑超载的等效“轴载,换算,”,2.考虑超载的设计弯沉和容许弯拉应力计算,3.超载对沥青路面危害的分析,三、关于汽车超载对沥青路面的危害问题,1.考虑超载的等效轴载,换算,根据孙立军教授及其门生们的研究：汽车超载时，其弯沉值、弯拉应力、剪应力均随超载率mm=(实际轴载-额定轴载)/额定轴载正比例增长。据此当考虑超载因素时，按等效原则可得轴载换算公式如下：,计算设计弯沉值和沥青层层底拉应力时,三、关于汽车超载对沥青路面的危害问题,1.考虑超载的等效轴载,换算,根据孙立军教授及其门生们的研究：汽车超载时，其弯沉值、弯拉应力、剪应力均随超载率mm=(实际轴载-额定轴载)/额定轴载正比例增长。据此当考虑超载因素时，按等效原则可得轴载换算公式如下：,计算半刚性基层容许拉应力时：,三、关于汽车超载对沥青路面的危害问题,2.,考虑超载的设计弯沉和容许弯拉应力计算,如不改变轴载换算公式，则在设计弯沉值和容许弯拉应力公式中应考虑超载因素，即：,m为设计路段加权平均超载率,三、关于汽车超载对沥青路面的危害问题,3.超载对沥青路面危害的分析,例如某高速公路改建，经加强超载管理后，调查得超载率如下：,不超载者40%，超载20%者27%；超载30%者26%；超载50%者6%；超载100%者1%。则加权平均超载率为：,三、关于汽车超载对沥青路面的危害问题,3.超载对沥青路面危害的分析,计算设计弯沉值及沥青层层底容许弯拉应力时：,较未考虑超载因素时，累计轴载数提高2.81倍。原累计轴载数为2.7510,7,考虑超载后为7.710,7,原设计弯沉值柔性基层者为31.2，今降为25.4。半刚性基层设计弯沉值原为19.5现降为15.9与(a)式计算结果相同，沥青层层底容许拉应力也得除以1.23，即沥青混合料弯拉强度要求提高23%。,三、关于汽车超载对沥青路面的危害问题,3.超载对沥青路面危害的分析,当计算半刚性基层层底容许拉应力时，其加权平均超载率为：,即累计轴载数较未考虑超载时提高到12倍，达3310,7,。即容许弯拉应力应按原值除以1.32，与(b)式结果相同，也就是半刚性基层弯拉强度要提高32%。,三、关于汽车超载对沥青路面的危害问题,3.超载对沥青路面危害的分析,综上所述:超载对半刚性基层沥青路面危害更大。,但超载对弯沉与弯拉的影响，还只是路面使用寿命缩短问题。分析表明，更严重的是对沥青面层的剪切损坏，特别在上坡段，高温季节甚至一次或几次的重车大的偶然超载，都能造成沥青面层的推挤、滑移、车辙等大面积损坏。因此设计时必须有抗剪指标，对沥青混合料强度提出要求。,四、关于面层沥青混合料的抗剪指标与抗剪强度问题,1.设计指标,2.高温设计温度与计算车辙的有效温度问题,3.据此对施工提出抗剪强度,d,的要求,4.,m,的计算结果和,d,一些测定结果的应用初探,四、关于面层沥青混合料的抗剪指标与抗剪强度问题,1.设计指标,式中：,m,沥青路面结构在垂直与水平综合荷载下的最大剪应力，以弹性层状,体系理论或有限无法计算。,R,容许剪应力。,d,沥青混合料抗剪强度，推荐以贯入法测定而摒弃三轴试验法。,K 结构安全系数、视不同路段根据实践检验而定。,考虑超载,四、关于面层沥青混合料的抗剪指标与抗剪强度问题,2.高温设计温度与计算车辙的有效温度问题,四、关于面层沥青混合料的抗剪指标与抗剪强度问题,3.据此对施工提出抗剪强度,d,的要求,四、关于面层沥青混合料的抗剪指标与抗剪强度问题,4.,m,的计算结果和,d,一些测定结果的应用初探,分析综合归纳 继承发展创新,请批评指正,谢谢,!,6.3,不同压实功与最小VMA的经验关系,表5.3.3-1,密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准,矿料间隙率VMA（%）,不小于,设计空,隙率,（%）,最大公称最大粒径（mm）最小VMA及VFA技术要求（%）,26.5,19,16,13.2,9.5,4.75,2,10,11,11.5,12,13,15,3,11,12,12.5,13,14,16,4,12,13,13.5,14,15,17,5,13,14,14.5,15,16,18,6,14,15,15.5,16,17,19,沥青饱和度VFA（%）,5570,6575,7085,