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沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

宣布日期：

2024-02-26

摘要

为了充分发挥细粒式沥青混淆料应力吸收层作用，提升沥青路面使用性能及耐久性，针对应力吸收层的功效需求提出了细粒式AC-10沥青混淆料应力吸收层“4个控制点”的设计要领，进行了差别油石比下沥青混淆料的析漏试验、0℃小梁弯曲试验、趁魅辙试验、浸水马歇尔及冻融劈裂试验，研究了油石比对抗裂性能及高温抗变形能力的影响纪律，并提出以相对变形作为高温抗变形能力的控制指标。研究结果标明，接纳该要领设计的AC-10沥青混淆料具有良好的路用性能。

要害词：门路工程 | 应力吸收层 | 设计要领 | 反射裂缝 | 抗变形能力

广西地区早期修建的高品级门路主要以水泥混凝土路面为主，近年来大部分水泥混凝土路面进入养护维修阶段。在水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土既能充分利用原有路面强度优势，又能发挥沥青路面的整体性和舒适性，已成为水泥混凝土路面革新升级的主要方法。但由于水泥混凝土路面的接缝及裂缝缺陷，行车荷载作用下在层间漏洞处易泛起应力集中而导致反射裂缝的爆发，进而影响路面的使用性能和耐久性[1]。境内外通常接纳聚酯玻纤布、乳化沥青封层、土工格栅或者沥青混淆料应力吸收层等预防反射裂缝的爆发，其中沥青混淆料应力吸收层具有更优异的黏结性能、低温抗裂性能及疲劳性能，是高品级公路水泥混凝土路面加铺计划中防反射裂缝的有效步伐[2]。沥青胶结料对应力吸收层使用性能有显著影响，在几种常用的SBS改性沥青、橡胶沥青及70号门路石油沥青中，SBS改性沥青及橡胶沥青具有优异的使用性能[3，4]。有学者提出以60℃动力黏度、软化点及针入度作为要害指标进行控制，有利于提升应力吸收层沥青混淆料的疲劳性能及低温性能[5]。

在沥青混淆料应力吸收层设计要领上，刘小滔等提出接纳zui紧密状态油石比与析漏“拐点”油石比确定zui佳油石比规模，以抗变形能力和0℃抗裂性能综合确定zui佳油石比[6]；耿立涛则接纳高温性能、水稳定性能和疲劳性能评价沥青混淆料应力吸收层使用性能[3]。目前海内沥青混淆料应力吸收层设计大多是接纳马歇尔设计法，凭据经验以体积指标确定zui佳油石比，再进行性能验证，设计流程与沥青混淆料结构层基本一致。然而细粒式沥青混淆料作为应力吸收层，主要目的是延缓反射裂缝爆发、避免雨水下渗，从而提高沥青路面加铺层耐久性，与沥青路面结构层在性能需求上并纷歧致，沥青混淆料结构层的设计思想不完全适用于应力吸收层。目前海内仍缺乏应力吸收层设计的相关标准和规范，也未形成系统、成熟的设计要领。为充分发挥应力吸收层的功效优势，本文针对应力吸收层的功效定位，重点考虑应力吸收层的抗裂性能、防水性能、抗变形能力及疲劳性能，提出细粒式AC-10沥青混淆料应力吸收层“4个控制点”的设计要领及评价指标，为细粒式沥青混淆料应力吸收层在湿热地区水泥混凝土路面革新升级中的应用及质量控制提供参考。

设计要领

沥青混淆料应力吸收层位于水泥混凝土路面面板与沥青下面层之间，厚度通常为2~3cm。关于高品级水泥混凝土路面，在加铺革新时，沥青层的加铺厚度通常为6~12cm，即2.5cm应力吸收层＋4cm沥青面层，或者2.5cm应力吸收层＋5cm沥青下面层＋4cm沥青上面层�；诠こ淌导识云湫阅艿男枨�，主要考虑以下几点：

(1)水泥混凝土路面加铺沥青层，在水泥混凝土面板接缝及裂缝处易爆发反射裂缝早期病害。为延缓及预防反射裂缝的泛起，应力吸收层bi须具有良好的抗裂性能，而小梁弯曲试验正好可以反应质料的这种性能�？悸堑绞鹊厍骄孪喽越细�，接纳0℃弯拉破坏应变指标进行评价。

?(2)为避免雨水下渗至水泥混凝土面板内而引起路面的加速破坏，应力吸收层bi须具有良好的防水性能及水稳定性，因此在目标空隙率设计上应比沥青路面结构层更小。

?(3)应力吸收层高温抗变形能力缺乏时在行车荷载作用下易泛起剪切变形，累积变形抵达一定水平时会严重影响路面的使用性能和行车宁静性。沥青层内zui大剪应力主要爆发在沥青层以下6cm左右[7]。为避免层间泛起剪切破坏或过大变形，当接纳单层加铺计划时需要重点考虑应力吸收层的高温抗变形能力。

?(4)应力吸收层在水泥混凝土路面接缝或者裂缝处易泛起应力集中，在车辆荷载重复作用下因疲劳损伤而加剧应力吸收层的开裂。为提高其抗疲劳性能，应力吸收层应具有较高的油石比、较低的空隙率[8，9]。为避免油石比过高而泛起施工泛油现象，接纳析漏“拐点”处油石比作为上限进行控制。

基于上述考虑，提出弯曲破坏应变指标、空隙率指标、高温抗变形指标及析漏拐点“4个控制点”的设计要领。沥青混淆料应力吸收层设计流程如图1所示。

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

质料组成设计

原质料

本研究接纳SBS改性沥青进行试验研究，技术指标如表1所示。

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

试验用集料为5~10mm、3~5mm及0~3mm的石灰岩碎石，填料为石灰岩加工的矿粉。集料技术指标如表2所示。

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

矿料级配设计

矿料级配接纳间断级配类型，以形成较好的骨架结构。优选的矿料级配如表3所示。

性能试验及剖析

zui佳油石比规模简直定

(1)体积指标

接纳设计的矿料级配进行差别油石比下马歇尔试验，划分测试其体积指标，试验结果如表4所示。

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

空隙率与油石比的关系曲线如图2所示。

混淆料在较低空隙率下具有良好的抗渗水性能及疲劳性能，但空隙率过小时在高温重载作用下易泛起流动变形而泛起早期病害，本研究以空隙率为2％~4％进行控制。由图2可知，随油石比的增加空隙率逐渐减小，在一定规模内，油石比与空隙率具有良好的线性相关性，则以空隙率为di一控制点的油石比规模为5.45％~6.35％。

(2)析漏损失率

细粒式沥青混淆料典范特征是集料较细、矿粉用量大、油石比高，但当油石比过高时沥青混淆料中自由沥青含量偏多，现场摊铺碾压时保存泛油、软弹的危害。因此，考虑施工和易性的影响，以析漏损失率“拐点”对应的油石比作为zui佳油石比控制上限。为获得差别油石比下析漏损失率拐点，参照《公路工程沥青及沥青混淆料试验规程》(JTG E20-2011)进行了8组油石比下混淆料的析漏试验，结果如表5所示。析漏损失率与油石比关系曲线如图3所示。

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

凭据图3，AC-10沥青混淆料析漏损失率随油石比的增加而增da，在油石比为6.6％时，析漏损失率增加速率泛起突变，标明当油石比凌驾6.6％时混淆料中的自由沥青含量迅速增加，将倒运于施工质量控制，易泛起碾压泛油或软弹现象，同时会影响混淆料高温抗变形能力。因此以此“拐点”的油石比作为di二控制点，则油石比上限为6.6％。

抗裂性能

为了进一步了解油石比对抗裂性能影响纪律，进行了0℃条件下5.4％、5.8％、6.2％、6.6％等4种油石比的小梁弯曲试验。凭据《公路工程沥青及沥青混淆料试验规程》(JTG E20-2011)，成型差别油石比的趁魅辙板并切割成小梁试件。每组油石比成型6根小梁试件。试验结果如表6所示，油石比与弯拉破坏应变关系曲线如图4所示。

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

凭据图4可知，油石比与弯拉破坏应变泛起良好的二次曲线关系，随着油石比的增加混淆料的弯拉破坏应变逐渐增da。这标明增加油石比可有效提高混淆料应力吸收层的抗反射裂缝能力。参考相关文献[5]以不低于6000με对应的油石比作为第三控制点，则油石比不低于5.6％。

抗变形能力

趁魅辙动稳定度通常用来评价混淆料的高温抗变形能力，反应的是混淆料在试验中的后15min碾压历程的抗变形能力，忽略了早期变形对混淆料性能影响，不可权衡混淆料整体的变形情况。粗粒式沥青混淆料由于粗集料含量高，更容易形成骨架嵌挤作用，高温yong久变形往往较小。但细粒式沥青混淆料则相反，高温条件下易爆发流动变形，纵然在趁魅辙动稳定度结果较高时也可能泛起较大的yong久变形。由于yong久变形与混淆料的厚度直接相关，本研究提出以趁魅辙试验的相对变形为指标评价应力吸收层的抗变形能力。界说相对变形指标为碾压结束时总变形量与1min时变形量的差值与趁魅辙板试件厚度的比值。为预防应力吸收层爆发较大yong久变形而影响路面使用性能，相对变形以3.0％进行控制，并将动稳定度作为参考指标。为获得油石比对沥青混淆料抗变形能力影响纪律，进行60℃条件下5.4％、5.8％、6.2％、6.6％等4种油石比的沥青混淆料趁魅辙试验，结果如表7所示。油石比与相对变形及动稳定度各指标关系曲线如图5所示。

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

由图5可知，在一定规模内，油石比与相对变形及动稳定度均具有良好的线性相关性，相对变形随油石比增加而增da，动稳定度随油石比增加而逐渐减小。这主要是因为随着油石比的增加沥青膜厚度增da，混淆料中自由沥青含量增加，混淆料颗粒间的润滑作用增加，在荷载作用下颗粒间相对移动的阻力减小，更易爆发剪切流动变形，使高温抗变形能力降低。以3.0％的相对变形对应的油石比作为第四控制点，则油石比上限为6.25％。

zui佳油石比确定

凭据上述的试验研究，di一控制点确定的油石比规模为5.45％~6.35％，di二控制点确定的油石比规模为不大于6.6％，第三控制点确定的油石比为不低于5.6％，第四控制点确定的油石比规模为不大于6.25％。综合4个控制点确定的油石比规模为5.6％~6.25％。均衡考虑使用性能，以规模中值5.9％为zui佳油石比。结合表4及图2~图5，则zui佳油石比下AC-10沥青混淆料体积指标及路用性能如表8所示。

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

水稳定性验证

本研究接纳室内成型zui佳油石比下的趁魅辙板试件进行渗水试验，室内验证结果为不渗水。同时接纳浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验验证该油石比下的混淆料水稳定性，结果标明所设计的沥青混淆料具有良好的水稳定性。试验结果如表9所示。

沥青混淆料应力吸收层设计要领研究

结语

(1)沥青混淆料应力吸收层可有效预防水泥混凝土路面加铺结构中早期开裂病害的爆发，但若设计不对理也可能成为软弱夹层而影响路面的使用性能，须予以重视。

(2)本文针对应力吸收层的功效定位，提出细粒式AC-10沥青混淆料“4个控制点”的设计要领，确定的zui佳油石比为5.9％。该油石比下的沥青混淆料具有良好的路用性能。

(3)兼顾疲劳性能及抗渗性能，建议空隙率控制规模为2％~4％。提出以相对变形指标来控制应力吸收层的高温抗变形能力，为预防应力吸收层yong久变形过大而影响路面行车舒适性，建议相对变形指标不大于3.0％。

参考文献：

[1]尚同羊,张苛,高涛涛,等.橡胶沥青应力吸收层设计要领探讨[J]，郑州大学学报:工学版,2013，34(2)40-44.

[2]余波,施晓强，王力.差别应力吸收层综合性能评价研究[J].公路交通科技,2015,32(8):34-38.

[3]耿立涛,任瑞波,郭玉清,等.应力吸收层沥青混淆料的试验研究[J].建筑质料学报,2012,15(4):570-574.

[4]洪海,程培峰.温度作用下 HDPE-橡胶粉改性沥青应力吸收层避免反射裂缝性能[J].中国公路学报2014,27(12):16-22

[5]谭忆秋,石昆磊,王佳妮,等.沥青性质对应力吸收层沥青混淆料性能影响的研究[J].公路交通科技2009,26(2):13-17.

[6]刘小滔,王旭东,周兴业,等.用于应力吸收层使用的沥青混淆料配合比设计要领研究[J].路基工程2012,(1):62-65.

[7]杨勇，吕松涛,陈杰.基于刚性夹层的水泥混凝土路面沥青加铺层设计指标[J].长沙理工大学学报:自然科学版,2015,12(3):7-13.

[8]黄卫东,田健君,李本亮,等.连续密级配橡胶沥青混淆料应力吸收层的研究[J].建筑质料学报，2014,17(5):856-861.

[9]王海朋,陈静,张晓华,等.应力吸收层沥青混淆料设计及性能研究[J].公路,2020,65(2):18-24.

全文完宣布于《公路》2021年4月

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