超薄混凝土沥青路面参数影响分析及合理化取值研究.doc

1、超薄混凝土沥青路面参数影响分析及合理化取值研究摘要：超薄混凝土沥青路面是基于对现有混凝土路面板的充分利用，该路面混凝土的最小厚度 8cm，达到恢复路面标高并实现快速通车的目的。由于超薄混凝土厚度较薄，粗骨料粒径较小，砂浆在硬化的过程中容易引起早期开裂。为了提高超薄混凝土的抗病害能力，本文根据近年来国内外的相关研究，围绕超薄沥青混凝土配合比设计和超薄沥青路面结构的力学响应及结构与材料取值优化展开研究，以期研究结果可为超薄混凝土沥青路面领域类似研究提供一定的参考依据。 关键词：道路工程；超薄混凝土沥青路面；混和料配合比；参数合理化取值； 中图分类号：U41 文献标识码： A 文章编号： 0 前言

2、目前在沥青路面上加铺水泥混凝土路面设计方法大致经历了以下两个阶段： （1）将加铺层和旧路面层作为两个层次，并假设下卧层为刚性的，因此层间粘结状况不影响设计结果； （2）20 世纪 80 年代，欧洲提出了新的设计概念，在加铺层和旧路面层之间设置一个粘结层，使得加铺层和旧路面层完美的结合在一起。在这种新的设计理念的指导下形成了超薄混凝土技术（Ultra-ThinWhitetopping，简称 UTW） ，90 年代欧美等国家对该技术展开了广泛的应用研究。 以此为出发点，本文根据近年来国内外的相关研究，围绕超薄沥青混凝土配合比设计和超薄沥青路面结构的力学响应及结构与材料取值优化展开研究。 1 UTA

3、C 的组成结构及强度形成机理 1.1 组成结构 沥青混合料的结构特性与材料组成、材料力学性能及各部分组成之间的相对位置密切相关。压实成型的沥青混合料是由集料、沥青胶浆和残余空隙所组成具有空间网络结构的多相分散体系，其力学强度主要取决于集料颗粒间的内摩擦力和嵌挤力、沥青胶结材料的粘结性以及沥青与集料之间的粘附性等方面，沥青混合料主要有悬浮-密实结构、骨架-空隙结构和骨架-密实结构三种典型结构类型。 1.2 强度形成机理 沥青混合料的强度由矿质集料骨架的强度和沥青的胶结强度两部分构成。其一表现为颗粒材料的摩擦阻力；另一部分则表现了沥青材料的粘结、凝聚和抗拉能力。作为影响沥青混合料粘弹性性质的根本因

4、素.要求沥青胶浆具有合适的组成，即合适的粉胶比。我国的沥青路面中总存在因粉胶比控制不当而产生的病害，为此应将粉胶比作为考虑因素。 2 UTAC 混和料配合比设计正交试验分析 超薄沥青混凝土面层的厚度薄，沥青混合料中集料的粒径比较小。同时要求具有较好的构造深度、抗滑性能和密实性能。因此有必要对超薄沥青混凝土的级配组成、集料、沥青、填料及它们之间的合理组合进行专门研究。 2.1 原材料性能 为改善混合料中石料与沥青的粘附性，提高混合料的水稳定性.采用水泥和消石灰来代替矿粉。超薄沥青混凝土配合比对路用性能及力学性能有多种影响因素，由沥青混合料的结构特点和强度形成的分析可以看出，沥青类型、集料类型、填

5、料类型、粗集料含量、粉胶比等作为重要影响因素，对其强度和使用性能有较为复杂的影响.排列组合起来，试验量就非常之大，而且数据处理起来也非常麻烦。 2.2 超薄沥青混合料性能的优化 由各因素对考核指标的影响程度对比分析，可以得出如下结论： （1）为提高混合料的高温性能而过多地加大粉胶比，将导致低温性能、强度及其他使用性能的下降。 （2）辉绿岩同样具有较好的路用性能，完全能满足高等级沥青路面对于表面抗滑、水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性能的要求，用于沥青混凝土路面的上面层，能取得可观的经济效益。 （3）使用改性沥青在沥青混凝土中的不可替代优势。 （4）对于混合料使用性能的其他方而，使用水泥或石灰作为

6、填料对结果的影响相差不大。 （5）在粗集料形成了骨架而细集料又正好填满骨架空隙时，混合料的动稳定度应当有极大值。 3 超薄沥青路面参数影响分析及合理化取值 3.1 超薄面层总厚度及组合的影响 通过实验可以看出.路表弯沉随面层总厚度增大而减小，在上、下面层厚度分别相同的情况下，路表弯沉随另一面层厚度增大而减小：在面层总厚度不变的情况下，增加表面层厚度可减小总弯沉值。其次是不同厚度上下面层组合情况。上面层厚度分别相同时.基层及底基层底面的最大主应力值随面层总厚度的增大而减小。影响基层及底基层底面的最大主应力值的主要是面层总厚度.上下面层的组合影响不大厚度组合不同.不同深度处最大剪应力峰值变化也不同

7、。在路表面，最大剪应力峰值随超薄面层厚度的增大而减小；在超薄表面层及基层内.最大剪应力峰值随超薄面层厚度的增大而减小；而在下面层内.最大剪应力峰值无明显规律。在所有组合中，最大剪应力峰值的极值均出现在超薄面层结构内。 3.2 基层底基层总厚度的影响 从不同基层底基层厚度组合作用下的路表的弯沉变化曲线可以看出.基层厚度相同，底基层厚度增大弯沉值减小，底基层厚度相同.基层厚度增大弯沉也减小。也就是说基层底基层不同厚度组合对路表弯沉没有明显的影响，其总厚度才是影响路表弯沉值主要因素。底基层厚度相同，基层厚度增大，基层及底基层底面最大主应力减小；基层厚度相同，底基层厚度增大。底基层底面的最大主应力值减

8、小，基层底面的最大主应力值则随底基层厚度而变化，基层厚度较小时，最大主应力值随底基层厚度增加而加大.至底基层厚度 20cm 时达最大值.而后又随底基层厚度的增加而减小。可见基层及底基层总厚度是影响基层及底基层底面最大主应力值的主要因素，另外，底基层厚度有一个最佳值，在本文所拟定的基层厚度组合中，基层厚度一定，底基层的最佳厚度为 20cm。 3.3 剪应力的影响 在路表面最大剪应力峰值随基层底基层厚度的增减较小。在超薄表面层内，最大剪应力峰值最大，最大剪应力峰值随基层底基层厚度的增大而增大。在下面层内，最大剪应力峰值有增有减.但增减较小。在基层内，最大剪应力峰值有增有减.但增减较小。在底基层内，

9、当底基层厚度不变时，最大剪应力峰值随基层厚度的增大而减小。最大剪应力的峰值都发生在超薄面层内.因此，超薄面层的抗剪强度应较高。 4 超薄沥青路面结构和材料统一设计的方法 4.1 结构组合设计 我国现行的路面设计规范.以弹性层状体系为基础，设计时先假定各层材料并根据材料的力学特性进行厚度计算，而后进行抗疲劳、抗车辙、抗低温开裂等方面的验算。该设计过程对于路面结构、材料力学性质和环境交通条件等因素的考虑，多为相对独立的计算或验算过程。难以解决路面结构与材料的力学性质和环境交通等因素之间相互影响甚至相互制约的矛盾。 4.2 超薄沥青路面结构与材料的一体化 沥青路面的设计过程中，结构设计是材料设计的基

10、础和前提。材料设计则是结构设计的保障和体现。解决路面结构设计与材料设计协调统一的问题。应分析研究路面材料在结构中的所起作用。从路面性能的角度分析路面材料指标及路面材料性能与路面结构性能之间的关系.确定相应于不同路面结构或不同路面材料的设计要求：进行基于性能指标的路面结构和材料设计旨在实现路面结构设计与材料设计的统一，使半刚性基层沥青路面在结构性能和功能性能两方面能同时达到最佳状态。 5.结语 由于超薄沥青混凝土路面的相关研究尚处于起步阶段，许多内容尚不成熟，难免受多种因素的制约，如技术条件、计算手段、数据采集及自身水平等的限制。本文只在静载条件下对沥青路面结构进行了分析，进一步的研究还需亟待。 参考文献 1刘子忠,曹志强.半刚性基层裂缝分析及防治措施J.公路,2011(7):315-317. 2王宏畅,黄晓明,傅智.半刚性基层材料路用性能的试验研究J.公路交通科技,2011，2(11):45-49. 3沙庆林.多碎石沥青混凝土 SAC 系列的设计与施工M.北京:人民交通出版社.2012.