薄型沥青混凝土在BRT专用车道的应用研究.pdf

第 3 0卷第 1期 2 0 1 3年 3月 土木工程与管理学报 J o u r n a l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ma n a g e me n t Vo 1 _ 3 0 No 1 Ma Y 2 0 1 3 薄型沥青混凝土在 B R T专用车道的应用研究 黄小军 ， 王 飞 ， 雷 鹏 ( 1 华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉4 3 0 0 7 4； 2 秭归县公路管理局，湖北宜昌4 4 3 6 0 0) 摘要： 薄型沥青混凝土是起源于上世纪 8 0年代的新型路面材料 ， 凭借其良好的抗滑 、 减噪、 防水功能， 在 国外 已经广泛使用， 国内也得到初步的应用， 薄型沥青混凝土主要运用于路面预防养护和旧路改建。本文针对快速 公交系统( B R T ) 的运行特点和 B R T专用车道的病害 ， 借鉴国内外薄型沥青混凝土经验， 提出采用 S MA 一 1 3+R A 抗车辙剂作为 B R T车道面层材料， 并确定了该级配混合料的最佳油石比。采用有限元方法分析了 S MA 一 1 3+ R A抗车辙剂作为 B R T车道面层沥青路面结构的应力状态， 通过室内浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验以及车 辙试验等检测了该混合料的路用性能， 并运用到实际 B R T专用车道改建工程中。路用性能的实地检测表明该 混合料满足规范要求 ， 为以后 B R T车道的改扩建提供了参考。 关键词： B R T专用车道 ； 薄型沥青混凝土； 级配； 路用性能； 车辙 中图分类号： U 4 1 6 2 1 9 文献标识码： A 文章编号： 2 0 9 5 - 0 9 8 5 ( 2 0 1 3 ) 0 1 - 0 0 5 2 - 0 4 Ap p l i c a t i o n S t u d y o n BRT S p e c i a l La me s o f T h i n As p h a l t Co n c r e t e HU A NG X i a o - j u n ， W A NG F e i ， 删P e n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d Me c h a n i c s ， Hu a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 4， C h i n a ； 2 Z i g u i C o u n t r y H i g h w a y A u t h o r i t y ，Y i c h a n g 4 4 3 6 0 0， C h i n a ) Abs t r a c t ：Th i n a s p h a l t c o nc r e t e p a v e me n t i s ne w t y p e o f ma t e r i a l s wh i c h o r i g i na t e d i n t h e 1 9 8 0s I t h a s b e e n wi d e l y u s e d i n f o r e i g n d u e t o i t s g o o d p e r f o r ma n c e， s u c h a s a n t i - s k a t i n g，n o i s e r e d u c t i o n， wa t e r p r o o f I t a l s o g e t s p r e l i mi n a r y a p p l i c a t i o n i n c i v i l Th i n a s ph a l t c o n c r e t e h a s be e n wi d e l y us e d i n p a v e me n t p r e v e n t i v e ma i n t e n a n c e a n d o l d r o a d r e c o n s t r u c t i o n C o n s i d e r t h e o p e r a t i o n c h a r a c t e ris t i c s o f t h e r a p i d t r a n s i t s y s t e m ( B R T)a n d t h e d i s e a s e o f B R T s p e c i a l l a n e s ，S MA 一 1 3+A n t i R u t a g e n t R A a s s u r f a c e c o u r s e u s i n g i n BR T s p e c i a l l a n e s i s p r o p o s e d a n d t h e b e s t p r o p o r t i o n i s c o n fi rm e d， wh i c h r e f e r t o t h e d o me s t i c a n d f o r e i g n e x p e rie nc e s S t r e s s e s o f p a v e me n t wi t h f l e x i b l e ba s e o f S MA一 1 3+An t i - Ru t a g e n t RA a s s u rfa c e c o u r s e we r e c a l c u l a t e d a n d c o mp a r e d b y fi ni t e e l e me n t me t h o d Th e p r o p e r t i e s o f t h e mi x t u r e a r e v e rifie d t h r o ug h a s e rie s o f i n d o o r t e s t s，s u c h a s Re t a i n Ma r s h a l l t e s t ， f r e e z e- t h a w s pl i t t i n g t e s t a n d ru t t i ng t e s t Th e mi x t u r e h a s b e e n a p p l i e d t o a c t u a l BRT s p e c i a l l a n e s i n t h e r e c o n s t ruc t i o n p r o j e c t T h e fi e l d p e rf o r ma n c e d e t e c t i o n s c o n c l u d e t h a t t h e m i x t u r e s a t i s fi e d t h e s t a n d a r d r e q u i r e me n t wh i c h pr o v i d e s r e f e r e n c e s f o r l a t e r BRT d r i v e wa y r e c o n s t r uc t i o n K e y wo r ds ：BRT b u s l a ne；t h i n a s p ha l t c o n c r e t e；g r a d a t i o n；wa y u s e p e rfo rm a n c e；t r a c k B R T因其具有大运量、 快速以及智能和便捷 优质的服务水平等特点， 迅速成为各大城市发展 公交系统的优先选择。北京、 上海、 南京等城市， B R T系统被广大市民所认可。但是， B R T公交车 辆载重量远大于普通公交 ， 且大部分路段为封 闭 专用车道， 形成了一种完全渠化的交通方式。因 月 ，B R T车道容易出现松散、 车辙、 剥落等路面病 。尤其是在信号灯路 口和车站台区域， 由于车 的急刹车和定点停靠， 路面病害更加严重， 影响 B R T车道的服务质量。 郑州市快速公 交系统首期工程 于 2 0 0 9年 2 1 0日开工 建设 ， 于 2 0 0 9年 5月 2 0日全面完 收稿 日期 ： 2 0 1 2 -0 6 - 2 5 修 回日期 ： 2 0 1 2 1 0 一 l 0 作者简介： 黄小军( 1 9 8 6 ) ， 男， 江西南丰人， 硕士研究生， 研究方向为路基路面材料( E m a i l ： h x j 3 3 3 1 2 7 6 1 6 3 c o l n ) 此 害 辆 了 第 1 期 黄小军等：薄型沥青混凝土在 B R T专用车道的应用研究 5 3 工 。郑州的快速公交 系统 ( B R T) 开通 2年来 ， 由 于车辆 载重 大， 交 通量 繁重 ， 交 通渠 化 等原 因 ， B R T行车道尤其是 B R T站台， 都出现 了不同程度 的裂缝 、 龟裂 、 坑槽 、 车辙 、 拥抱 、 沉陷等病害。 薄型沥青混凝土具有抗滑性能好、 厚度小等 优点 ， 广泛运用于高等级公路 、 市政道路的新建和 养护 J 。对于 B R T车道 ， 考虑到车辆 的重载 、 渠 化交通等特点 ， 宜重点提高路 面的抗车辙和抗剪 切能力。低标号的改性沥青混合料 因其粘附性能 和水稳定性能 ， J b D n 抗车辙剂 的沥青混合料可以 提高抗车辙能力 ， 因此 ， 薄型沥青混凝土的材料 、 级配选择以及之 问合理的组合需要专门的研究。 1 原材料性能和配合比设计 1 1 原材料性能检测 沥青采用 S B S改性沥青 ， 基本性 能指标如表 1 所示 。各项技术性能指标都满足规范要求。选 用压碎值 、 耐磨性较高的玄武岩为粗骨料用料 ， 石 灰岩细集料磨碎为矿粉 。集料性能如表 2 、 表 3 所示 ， 均满足规范要求。 表 1 S B S改性沥青基本性能 试 验 项 目 单 位 纂 霎 实 验 方 法 针人度， 2 5 ， 1 0 0 g ， 5 s D m m 6 5 5 0 I 0 6 0 4 2 0 0 0 延度 ， 5 e m m i n ，1 5 e m 1 5 5 1 0 0 T 0 6 0 5 1 9 9 3 软化点( 环球法) 6 7 1 6 5 TO6 0 6 2 0 0 0 旋转粘度 ， 1 3 5 C P a s 1 5 2 6 0 1 1 D 6 1 1 1 9 9 3 弹性恢复， 2 5 ， 9 8 I8 0 T 0 6 6 2- 2 0 0 0 1 0 mm 6 0 mi n 溶解度( 三氯乙烯) 9 9 7 9 9 51 0 6 0 7 1 9 9 3 表 2 粗骨料主要技术性能 粒径 ll l m 9 5 4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 O 3 0 1 5 O 0 7 5 季 观 密 璧2 7 9 7 2 7 5 6 2 7 8 7 2 7 6 6 2 7 5 1 2 7 3 8 2 6 9 5 2 7 0 4 g c m 规范要求 2 印 2 5 o 压碎值 ( ) 冲 击值 ( ) 规范要求 9 7 6 2 2 6 表 3 矿粉性能 1 2 配合比设计 1 2 1 B R T车道面层的配合比设计 B R T具有车辆载重 大 ， 日交通量大 ， 交通渠 化等特点 。参照 国内外级配研究 的相关经验 ， 对 于重载交通 ， 4 7 5 m m以上的集料含量在 7 5 以 上 ， 同时小 于 0 0 7 5 m m 的填料 通 常 也要 达 到 1 0 ， 而级配范 围在 0 64 7 5之间的含量仅有 1 0 左右 J 。结合实际工程经验， 采用S M A 一 1 3 + R A抗车辙剂作为 B R T车道面层级配。R A抗车 辙剂可有效提高沥青路 面的高温抗 车辙能力 ， 与 国内外 同类添加剂相 比具有分散性好 、 质量稳定 等优点 。掺加 R A抗车辙剂的沥青混合料 与普 通混合料的配合 比设计方 法一样 ， R A抗 车辙剂 预先与矿料干拌后再加入沥青拌和 ， 试验过程 中， 将集料与 0 8 R A抗车辙剂( 相对于混合料 总质 量) 放人拌和设备按常规方法拌和， 常规方式制 作试件。 S M A 一 1 3的级配范围和合成级配曲线如表 4 和图 1 。 表4 S MA 一 1 3 ( 抗车辙剂) 级配范围 Nin ON S M A 1 3上限 1 0 0 4 3 3 9 2 8 2 6 2 3 1 6 1 2 ( 抗车辙 剂) 下限 9 6 3 7 3 1 2 2 1 9 l 7 l 1 7 设计级配9 8 5 4 0 0 3 5 0 2 5 0 2 2 5 2 0 0 1 3 5 9 5 1 O0 0 90 0 80 0 70 0 60 0 50 0 40 0 30 O 20 0 1 0 0 O O 图 1 级配设计 1 2 2 最佳沥青含量 依据 公路沥青路面施工技术规范 ( J T G F 4 0 2 0 0 4 ) 进行最佳沥青含量试验 ， 试验结 第 1 期 黄小军等 ： 薄型沥青混凝土在 B R T专用车道的应用研究 5 5 STEP=l SUB=1 TI M E=1 s Y( AUC) RS YS=0 DM X= 6 50 1 0 S M N= 841 61 7 S M X=3 47 7 2l 图 4 底层 弯拉应力 图 3表明该层沥青混凝土路面结构在标准荷 载作用下产生实测路表 回弹弯沉为 0 0 6 5 m m。 图4表明层底弯拉应力最大值为 0 0 8 4 M P a ， 这 和设计值比较， 满足使用要求。 2 2 室外实际铺筑路段性能 依据设计级配、 材料等铺筑的郑州市 B R T车 道路段， 在通车后半年对 B R T 专用车道航海路段 的路用性能进行检测， 依据 J T J 0 7 3 2 - 2 0 0 1 公路 沥青路 面养护技术规范 ， 结果如表 1 1 。 表 1 1 路用性能结果 从表 1 1 可以看出原路面的平整度等各项路 用性能都显著提高， 充分说明本文所设计的级配 与材料具有 良好的路用性能。 3 结 论 本文针对快速公交系统 ( B R T ) 的运行特点和 B R T专用车道的病害， 借鉴国内外薄型沥青混凝 土经验 ， 提出了 B R T的设计配合 比。通过 室内浸 水马歇尔试验和冻融劈裂试验以及车辙试验等检 测了该混合料的路用性能 ， 并运用到实际 B R T专 用车道改建工程中。得到如下结论： ( 1 ) 路用性能试验结果表明将 S MA 一 1 3+R A 抗车辙剂作为 B R T车道面层补强层能满足使用 要求 ， 该超薄沥青 昆 合料的车辙动稳定度达 3 9 8 7 7 m m， 冻融劈裂试验残留强度比为 8 1 9 6 ， 超 过规范对改性沥青 S MA混合料的要求 ； 混合料浸 水马歇尔残 留稳定度为 9 2 8 6 ， 也超过规范对 该混合料的要求。由此可见， 本文薄型沥青混合 料的路用性能满足规范对城市道路面层的要求， 具有抗车辙、 抗水损害、 抗冻等技术特点。 ( 2 ) 通过对沥青 面层结构 的弯沉 、 弯拉应力 等力学性能进行 A N S Y S软件仿真分析 ， 从而验证 超薄沥青混凝土的优越性 。 ( 3 ) 在郑州市 B R T车道改建通车半年多来 ， 对路面使用性能指标进行 了观测测量 ， 其各项路 用性能都满足要求。 参考文献 1 王广伟 ， 杨国宝超薄磨耗层沥青混合料的应用研 究 J 城市道桥与防洪 ， 2 0 1 1 ， 8 ( 8 ) ： 3 2 7 3 3 0 2 李平，扈惠敏超薄磨耗层沥青混凝土配合比设 计与路用性 能研究 J 工程与建设 ，2 0 1 1 ，2 5 ( 4 ) ： 4 7 7 - 4 7 9 3 沈金安沥青及沥青混合料路用性能 M 北京 ： 人民交通出版社， 2 0 0 1 4 J T J 0 5 2 2 0 0 0， 公 路沥青及沥青混合料试验规程 S 5 J T G F 4 0 - 2 0 0 4 ， 公路沥青路面施工技术规范 S 6 J T J 0 7 3 2 - 2 0 0 1 ， 公路沥青路面养护技术规范 S 7 张勇，白子建B R T专用车道路面结构分析与组 合设计 J 中国市政工程， 2 0 1 0 ， 1 ( 2 ) ： 1 3 1 5 8 王小雄， 崔文社， 尹冉超薄磨耗层在高速公路 在沥青混凝土路面养护中的应用 J 公路， 2 0 1 1 ， 5 ( 5 ) ：1 9 7 - 2 0 2 9 管廷华 强度衰减路基稳定性及其路面结构力学响 应研究 D 徐州： 中国矿业大学， 2 0 1 1 1 0 华政辉 路基路面结构动力特性试验研究 D 成 都 ： 西南交通大学， 2 0 0 2