1、沥青稳定碎石基层路用性能研究摘要：从沥青稳定碎石基层混合料的使用条件入手，阐述了沥青稳定碎石混合料的路用性能要求。着重分析了沥青路面下半刚性基层材料由于自身固有的特性致使沥青路面不可避免的要产生反射裂缝。为了解决半刚性基层所带来的反射裂缝和水损坏问题，提出了对沥青稳定碎石基层进行更加深入研究的建议。 关键词：沥青稳定碎石基层混合料；半刚性路面 中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号： 1 问题的提出与意义 1-1 概 述 公路运输在整个国民经济生活中一直发挥着重要的作用。近年来，随着我国道路交通事业的发展，将沥青混凝土路面应用于高等级公路显得愈来愈重要。在己建成的高速公路中，90%以上是
2、以半刚性材料为基层，沥青混凝土为面层的路面（简称半刚性路面） 。半刚性基层具有较高的强度与承载力、良好的整体稳定性和耐久性，为实现“强基薄面”的结构提供了可靠保证。然而，随着半刚性沥青路面的大量使用，逐步发现半刚性沥青路面也存在着一些严重的问题。其主要表现在：半刚性材料具有的干缩和温缩特性，使沥青路面不可避免要产生反射裂缝，并容易导致沥青面层的破坏。另外，半刚性基层的抗冲刷性能也较弱，易引起水损害等不利影响。 1-2 问题的提出 鉴于半刚性基层材料自身固有的特性，为了防止和减少半刚性沥青路面反射裂缝，国内外科研工作者进行了大量的研究工作，如采用调整结合料用量与比例，增加粗骨料含量并严格设计级配
3、，以便尽可能的减小温缩和干缩效应，增加半刚性基层材料抗裂性能。或采用通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝及从结构本身入手防止和减少半刚性沥青路面基层的反射裂缝等。以上这些方法虽对抑制沥青路面反射裂缝起到了一定的作用，但仍没有从根本上解决沥青路面的开裂问题。故此，急需寻求一种其它的基层材料来克服半刚性基层的缺点，以提高沥青路面的使用品质。而以刚度相对较小的柔性材料作为沥青路面的基层，可以吸收部分层底拉应力，大大减少路面开裂的可能性。以解决沥青路面的反射裂缝问题。以沥青稳定级配碎石为基层的柔性基层沥青路面具有半刚性基层沥青路面所不具备的许多优越性。 （1）沥青混合料对于水分的变化不敏感，不易受水
4、损害，不易产生收缩开裂而导致面层出现反射裂缝； （2）由于面层和基层材料结构的相似性，路面结构受力、变形更为协调； （3）同沥青面层一起构成全厚式沥青面层，从而使得整个沥青面层的修筑时间减少； （4）刚度相对较小，减少裂缝产生的几率。 1-3 问题研究的意义 由于沥青稳定碎石柔性基层具有诸多优点，以其为基层的路面结构在国外已得到广泛应用，而国内的相关研究还不完善。因此，深入系统的研究沥青稳定碎石柔性基层的混合料设计方法，了解、分析沥青稳定碎石柔性基层的路用性能，找出适合实际情况的沥青稳定碎石柔性基层的施工工艺和方法去指导施工，对于避免沥青路面的过早开裂，提高沥青路面的服务年限和使用质量有着极为
5、重要的意义。 2 沥青稳定碎石混合料的路用性能要求 路面基层是面层的基础，基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去。实际上基层是路面结构中的承重层，它应具有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力的能力。虽然基层遭受大气因素的影响比面层小，但是仍然有可能经受地下水和通过面层渗入雨水的浸湿，所以基层结构应具有足够的水稳定性。同时，基层表面要求有较好的平整度，这是保证面层平整性的基本条件。 沥青稳定碎石混合料作为路面的基层，必须具有上述基层材料所必需的工程特性。同时，作为沥青混合料，其强度、稳定性、破坏模式等，都与沥青稳定碎石基层的使用环境密切相关，特别是对于温度比较敏
6、感，在不同温度区域的破坏模式有很大的不同。而我国的沥青路面面层大多数情况下厚度较薄（绝大多数在 20cm 以下） ，这样外界荷载和环境因素（温度、湿度等）的变化，就会对处于面层之下的基层材料沥青稳定碎石混合料的性能产生剧烈的影响。 因此，主要从沥青稳定碎石基层混合料的使用条件，即：荷载因素、温度状况、结构功能，以及施工应用方便性的要求等方面，来研究沥青稳定碎石混合料的路用性能要求。 2-1 高温稳定性 沥青稳定碎石混合料是一种典型的流变性材料，它的强度和劲度模量随着温度的升高而降低。为了保证沥青路面在高温季节不至于产生推移、波浪、车辙、泛油等病害，作为基层的沥青稳定碎石混合料必须进行高温稳定性
7、研究，以确保高温时，其能够有足够的强度和劲度模量来支撑路面结构，保证路面的使用品质。 2-2 低温抗裂性 沥青是一种温度敏感性材料，温度的变化会使其力学性能发生很大的变化。随着温度的降低，沥青混合料的强度和劲度都会明显增大，然而，其变形能力却会显著下降，并会出现脆性破坏。 沥青稳定碎石混合料作为基层材料，虽然所面临的低温状态不会很严重，但在冬季气温急剧降低时，也可能会因收缩而产生横向裂缝。基层的开裂不但会造成基层本身强度的降低，而且裂缝会反射到面层，造成面层的开裂，破坏路面结构完整性，进而在水分和行车荷载的综合作用下产生饱和。其结果是路面强度明显降低，在大量行车荷载的反复作用下，产生冲刷和卿浆
8、现象，从而使裂缝发展成为网裂、龟裂而使路面很快产生结构破坏。 而应用沥青稳定碎石柔性基层的初衷之一，就是减少像半刚性基层路面那样的基层反射裂缝，因此必须要保证沥青稳定碎石基层混合料有良好的低温抗裂性能，已发挥其柔性基层的优点。 2-3 强度和刚度 基层是路面面层的基础，是沥青路面的承重层。因此，沥青稳定碎石混合料作为基层材料必须具备足够的强度以支撑路面结构。另外在车辆荷载的作用下，路面内部的应力状态非常复杂，根据理论分析，在路面中有三个不同的应力区，即：（1）在路面的上层为三向受压区，既有压应力又有剪应力；（2）路面中层为受压区，该区内由于荷载产生的剪应力已经很小，处于一种竖向受压的状态；（3
9、）路面下层为受拉区，在荷载的作用下会出现弯拉应力。沥青稳定碎石基层位于面层以下，处于受压区和受拉区。即沥青稳定碎石基层需要承受荷载的压实作用以及底面的弯拉作用。因此，要保证沥青稳定碎石基层混合料有足够的抗压强度和抗拉强度。 另一方面，为了防止在车辆荷载作用下产生过量的变形，从而造成路面结构的车辙、沉陷等破坏。也应该保证沥青稳定碎石基层有足够的刚度。 2-4 耐久性 为了保证路面具有较长的使用年限，必须保证作为路面基础的沥青稳定碎石基层具有较好的耐久性。道路是一种是野外结构物，建成后要受到行车荷载和外界环境的因素（温度、湿度等）的反复作用，对于沥青稳定碎石基层，由于其层位的关系，它受恶劣环境影响
10、的程度虽不象面层那样剧烈，但在路面使用期间，在环境影响下经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交迭变化状态，致使基层结构强度由于疲劳而逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数以后，在荷载作用下沥青稳定碎石基层内产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力，产生疲劳破坏。因此沥青稳定碎石基层混合料应该有良好的抗疲劳性能。以保证路面结构的耐久性。 2-5 施工和易性 要保证室内配料在现场施工条件下顺利的实现，沥青稳定碎石混合料除了应具备前述的技术要求外，还应具备适宜的施工和易性。影响沥青混合料施工和易性的因素很多，诸如当地气温、施工条件及混合料性质等。 单纯从混合料材料性质而言，影响沥青混合料施工和易性的
11、首先是混合料的级配情况，如粗细集料的颗粒大小相距过大，缺乏中间尺寸，混合料容易分层层积（粗粒集中表面，细粒集中底部） ；如细集料太少，沥青层就不容易均匀地分布在粗颗粒表面；细集料过多，则使拌和困难。此外当沥青用量过少，或矿粉用量过多时，混合料容易产生疏松不易压实。反之，如沥青用量过多，或矿粉质量不好，则容易使混合料粘结成团块，不易摊铺。 沥青稳定碎石混合料柔性基层的应用研究，应该从级料集配设计和确定沥青最佳用量方面，确保基层混合料的施工和易性。 3 进一步研究的建议 为了更好地利用沥青稳定碎石基层，以解决半刚性基层所带来的反射裂缝和水损坏问题，应对沥青稳定碎石基层进行更广泛、更深入的研究。在今
12、后的研究工作中，建议对以下问题作进一步的研究： （1）尝试提出新的沥青稳定碎石基层混合料级配，对其进行试验研究，以期提出适合基层用的沥青混合料的级配范围； （2）研究沥青稳定碎石基层沥青路面的结构设计方法，提出相应的设计指标及标准； （3）对沥青稳定碎石柔性基层防止沥青路面反射裂缝的理论原理作出进一步研究推敲； （4）碎沥青稳定碎石混合料的实验室成型方法作进一步研究，以期获得最符合实际的应用状态的试件成型方法和试验指标试验参数； （5）对沥青稳定碎石基层混合料的施工技术应更一步研究，进一步探索沥青稳定碎石基层厚度和合理的压实机械组合对压实度的影响。 参考文献 李东玉沥青稳定碎石 ATB-30
13、柔性基层配合比设计与施工交通世界，2006（2）：8688 袁宏伟沥青稳定碎石基层材料设计方法研究硕士学位论文西安：长安大学，2003 易湘舒多年冻土地区沥青稳定碎石基层混合料路用性能研究硕士学位论文西安：长安大学，2003 沈金安沥青及沥青混合料的路用性能北京：人民交通出版社，2001. 刘中林骨架大粒径沥青混合料组成设计与路用性能研究博士学位论文西安：长安大学，2002 王龙.沥青碎石与级配碎石过渡层在防止半刚性基层反射裂缝的对比分析.哈尔滨工业大学交通学院. 杨荣山，艾长发柔性路面与半刚性路面的性能对比分析四川成都：西南交通大学 交通部JTJ059-95，公路沥青路面设计规范北京：人民交通出版社，1996 交通部JTJ F40-2004，公路沥青路面施工技术规范北京：人民交通出版社，2004
