热拌改性沥青混凝土应力吸收层的设计
[12-11 16:59:19] 来源：http://www.tmgc8.com 工程设计 阅读：3539次
摘 要： 通过分析旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层容易产生反射裂缝的诱发因素，探讨了应 力吸收层的技术要求、材料选择、级配设计及其性能检验，设计了可以有效防止反射裂缝的 热拌改性沥青混凝土应力吸收层。
关键词：反射裂缝；应力吸收层；级配设计；路用性能；层间抗剪强度
中图分类号：T416.217 文献标识码：A 文章编号： 1007—6921(2010)24—0102—02
水泥混凝土路面在我国得到了广泛的应用，修筑的总里程已超过13 万km。近年来由于交 通量的大幅度增加和汽车载重量的急剧增长等原因，许多水泥混凝土路面出现了破坏，需要 进行补强改建。在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层是一种常用的、有效的路面修复技术， 它具有工期短、对交通影响小、修复后路面服务性能好等优点。但其主要问题是沥青加铺层 中容易出现反射裂缝，这对修复后的路面使用寿命影响很大。
因此控制与防止反射裂缝已成为加铺层设计的关键。本文通过分析产生反射裂缝的因素，探 讨了应力吸收层的技术要求、材料选择、级配设计及性能检验，设计了可以有效防止反射裂 缝的热拌改性沥青混凝土应力吸收层，希望本文能为旧水泥混凝土路面沥青加铺层的应力吸 收层推广提供一些参考。
1 导致反射裂缝的因素
1.1 温度应力
在自然条件下，路面各结构层中的温度也在时刻变化。温度下降使沥青加铺层出现收缩变形 ，同时旧水泥混凝土面板中也会出现收缩和翘曲变形，由于各结构层的膨胀系数、温度场不 同及相互制约作用使变形受到抑制，便可能使接缝区沥青加铺层中产生较大的温度应力。
混凝土板的水平位移由温度变化引起，一年四季冬冷夏热的温度变化造成水泥板收缩与膨胀 。一天昼夜的冷热变化造成板的翘曲。这些变化都造成水泥板接缝处的水平位移。位移的大 小与温度变化大小、水泥混凝土的线膨胀系数、缝的间距、基层与水泥板及水泥板与沥青加 铺层之间的摩擦力大小有关。冬季水泥板收缩时，板的水平位移造成缝顶部的拉应力集中， 此时反射裂缝呈张开方式展开。对加铺层本身，这种冬季收缩造成加铺层内部的拉应力，也 可形成反射裂缝。每天的温度变化造成沿水泥板深度的温度梯度，当天晚上板上温度低，板 下温度高时造成的翘曲应力使反射裂缝呈展开方式展开。
1.2 荷载应力
荷载作用下，旧水泥混凝土板裂缝及接缝边缘处产生较大的弯沉差，而弯沉差必然使缝附近 的层间材料和沥青加铺层材料受到较大的竖向剪切。同时车载也引起相邻两块板较大的挠度 ，这样在沥青混凝土底部将产生很大的水平拉应力。这种水平和竖向的剪切大大地加速沥青 加铺层裂缝的扩展。
1.3 水的作用
在南方多雨地区，如果路面结构防排水不力，水就会渗入到裂缝中，在车载作用下，形成动 水力；如果是季冻性地区，水渗入到裂缝中，在冬季会形成较强的冻胀力。这两种力主要取 决于水的量，当水的量达到一定程度时，其破坏速度惊人。
2 应力吸收层的技术要求
依据以上所述导致反射裂缝的因素，采取应力吸收层的措施尽量避免裂缝的出现。应力吸 收 层主要起应力吸收的过渡作用和缓冲作用。它应该具有良好的柔韧性、粘结性和防水效果， 当然其抗剪强度也应满足一定的要求。根据力学分析可知，当采用不同的黑色面层厚度时， 对应力吸收层有不同的抗剪强度要求。根据国内外在应力吸收层方面的研究成果提出应力吸 收层的技术要求：
抗剪强度：τ=（ C +δ tgφ ）≥ τmax (1)
式中：τ-抗剪强度， C-应力吸收层粘结力系数，δ-正应力，φ-应力吸收层内摩擦角， τmax-应力吸收层最大剪应力
车辙试验动稳定度DS≥800次/mm
小梁弯曲试验最大破坏应变 εmax≥3500uε
设计空隙率≤3%
压实空隙率≤5%
3 配合比设计
3.1 原材料的技术性质
试验采用克拉玛依龙牌70号沥青，粗集料选用锤式反击破碎机加工的石灰岩，细集料采用机 制砂，矿粉由石灰岩磨制而成。原材料的技术性质如表1、表2所示。
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3.2 级配的确定
应力吸收层矿料级配采用连续级配，其级配范围和工程实际级配如表3、表4所示。
3.3 马歇尔试验
根据配合比例掺配矿料，油石比分别按7.5%，8.0%， 8.5%，9.0%，9.5%制作马歇尔试件， 击实温度160℃～165℃，测定各沥青用量马氏指标，测试结果见表5～表7。最佳沥青用量确 定为7.79%，对应最佳沥青用量的毛体积相对密度为2.348。
3.4 路用性能检验
按《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的规定，采用设计级配成型最佳沥青用 量为7.79%的马歇尔试件。
3.4.1 用浸水马歇尔试验检验沥青混合料的水稳定性，经试验马歇尔残留稳定度为97. 2%，符合大于85%的规定，见表8。
3.4.2 渗水试验检验。对车辙试件进行室内渗水试验，渗水系数为0ml/min，满足渗水率小于20ml/min的要求。
3.4.3 用冻融劈裂试验残留强度比试验检验沥青混合料的水稳定性， 冻融劈裂试验残留 强度比为93.8%，符合大于80%的规定，试验结果见表9。
3.4.4 低温弯曲检验。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）中沥青混合料弯曲试验方法， 测定250mm×30mm×35mm弯曲梁试件在-10℃条件下的破坏应变，弯曲应变值为5072με。 试验结果见表10。
3.4.5 谢伦堡沥青析漏试验检验。按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）的试验方法，拌制应力吸收层 混合料三份，每份1kg，在185℃条件下恒温一小时后测定沥青析漏损失为0.01%，小于 《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中0.1%的要求。
3.4.6 三轴剪切试验。通过三轴试验与计算分析，综合考虑温度、垂直荷载、剪切速率等影响因素，获得对应于路 面实际行车荷载作用下层间抗剪强度公式为：
τmax=kvC+σztgφ (2)
kv-剪切速率修正系数，与实际设计车速有关；
σz-垂直荷载，可近似取0.7MPa；
C，φ-60℃时粘结材料的粘聚力与内摩擦角。
3.4.7 车辙实验。采用车辙试验作为热拌改性沥青混凝土应力吸收层高温稳定性的评价方法，并以动稳定度作 为评价指标。动稳定度越高，混合料的抗车辙能力越强，高温稳定性越好。试验结果平均值 为4 514次/mm。
4 结论
从以上试验结果可以看出，通过马歇尔试验、水稳定性检验、高温稳定性检验、低温弯曲检 验、渗水检验、谢伦堡沥青析漏试验检验及三轴剪切试验，所配制的沥青混合料的各项技术 指标均满足要求，显示出选用的配合比具有良好的路用性能。配合比设计得出的矿料级配及 最佳沥青用量可在生产上使用。根据三轴剪切试验可知层间有结合料与无结合料相比层间抗 剪强度明显提高。
在黑白路面之间设置应力吸收层，既可以起到“承上启下”的粘结作用，防止“二层皮”的 产生，又能起到防水与排水作用，防止水损坏的产生，同时还能吸收水泥路面接缝处的反射 应力，起到阻止或延缓反射裂缝产生与扩展的作用。鉴于此，结合反射裂缝产生的因素得出 ：应力吸收层必须具有突出的粘结力，以保证与黑白路面尤其是水泥路面的粘结；同时，还 必须具有足够的高温抗变形与低温抗开裂能力，即必须具有突出的高温抗剪切变形能力和低 温延展性及柔韧性。此外，还必须能够排水与密水。
［参考文献］
［1］ James F. Condron et al， NCHRP Synthesis of Highway Practice 171:fab rics in asphalt overlays and pavement maintenance, Transportation Research Board ［J］， National Research Council， Washington， D. C (1991).www.tmgc8.com
［2］ 卢雄强. 旧水泥混凝土路面沥青罩面改造研究［D］.湖南大学硕士学位论文， 2003.
［3］ 陈峙峰. 旧水泥混凝土路面沥青加铺层设计及其应用技术研究［D］.大连理工 大学硕士学位论文，2003.
［4］ Button， J. W. and R. L. Lytton，“Evaluation of Fabrics， Fibers an d G rids in Overlays”， Proceedings， 6th Interna-tional Conference on Structural D esig n of Asphalt Pave-ments， Vol.1， Ann Arbor， Mich.1987，(7).
［5］ Smith， R. D.，“Laboratory Testing of Fabric Interlayers for Asphal t Concrete Paving: Interim report”in transportation research record 916: Engin eering Fabrics in Trans-portation Construction， Transportation Research Board［ J］， National Research Council， Washington， D. C.(1983).
［6］ 顾强康，冷培义.水泥混凝土道面上沥青加铺层反射裂缝试验研究［J］.中国 公路学报，1999，(1).
［7］ JTJ 052—2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.北京：人民交通 出版社，2000.
［8］ JTJ 058—2000，公路工程集料试验规程［S］. 北京：人民交通出版社，2000 .