沥青稳定碎石基层混合料配合比设计方法及技术性能研究

摘要

半刚性基层沥青路面存在严重的反射裂缝及水损害等早期破坏现象，严重影响道路的服务能力。与半刚性基层相比，沥青稳定碎石基层能与面层牢固粘结保证层间连续接触，避免沥青层内部出现较大的剪应力和弯拉应力，不会产生干缩开裂，可以有效抑制和减少沥青路面反射裂缝的产生，具有水稳定性好、施工速度快、维修养护费用低、使用寿命长等优点。本文在分析沥青稳定碎石基层混合料的性能要求和结构特点的基础上，对沥青稳定碎石基层混合料的配合比设计方法及技术性能进行了深入研究。 分别采用现行规范推荐方法、Superpave方法、CAVF法和贝雷法设计了四种密级配，然后分别用大马歇尔设计法、Superpave设计法、力学指标设计法对所设计的四种密级配进行最佳油石比的确定。根据设计过程和设计结果对这几种方法进行了比较评价，提出了适合我国国情的密级配沥青稳定碎石混合料配合比设计方法：首先采用本研究首次提出的五控制点级配设计方法设计沥青混合料的级配；然后采用大马歇尔击实成型试件的力学指标设计方法来确定密级配沥青稳定碎石混合料的最佳油石比，并在初步确定最佳油石比后可根据实际情况适当增加0～0.2％作为最终的最佳油石比。最后根据确定的配合比拌制沥青混合料成型试件进行抗永久变形性能和抗疲劳性能等路用性能检验。 分别采用现行规范推荐方法、SAC断级配设计法设计了两种开级配，然后分别用OGFC设计法和本研究提出的析漏损失指标设计法对所设计的两种开级配进行最佳油石比的确定，并对这几种方法进行了比较评价，提出了适合我国国情的开级配沥青稳定碎石基层混合料的配合比设计方法：根据实体工程的气候条件和交通条件，采用SAC断级配设计方法进行级配组成设计；然后采用大马歇尔击实试件的析漏损失指标设计法确定最佳油石比，并可根据实际情况适当减少0～0.1％作为最终的最佳油石比。最后根据确定的配合比拌制沥青混合料成型试件进行排水性能、水稳定性和抗永久变形性能和抗疲劳性能等路用性能检验。 根据沥青稳定碎石基层混合料的路用性能要求，对所设计的沥青稳定碎石混合料的抗永久变形性能、抗疲劳性能、水稳定性、低温抗裂性等路用性能进行了对比研究。结果表明：采用贝雷法设计的密级配沥青稳定碎石混合料具有最优的路用性能；采用SAC断级配设计法的开级配沥青稳定碎石混合料具有良好的路用性能 利用弹性层状体系理论、ANSYS有限元和断裂力学原理分析了半刚性下基层开裂时沥青稳定碎石基层在轮胎荷载作用下和瞬态温度应力作用下的应力应变状况。研究结果表明：采用密级配沥青稳定碎石基层能使各面层的最大拉应力和最大拉应变都有所降低，受力更加均匀，但柔性基层的最大拉应力和最大拉应变有所增加。采用开级配沥青稳定碎石基层可使柔性基层所受的最大拉应力和最大拉应变都有所下降，但使各面层的最大拉应力和最大拉应变都有所增加。轮载应力是引起复合基层沥青路面反射裂缝的主要因素，其次才是温度应力。 模拟工程实际情况，开发了全新的沥青稳定碎石混合料抗反射裂缝仪和抗反射裂缝试验方法，首次提出采用终裂寿命作为沥青稳定碎石混合料抗反射裂缝能力的评价指标。研究结果表明：沥青稳定碎石混合料空隙率越小，油石比越大，温度变形越小，则抗反射裂缝能力越好。沥青稳定碎石混合料的抗反射裂缝能力与低温弯曲试验得到的抗弯拉强度有很好的相关关系。 依托许平南高速公路工程项目，对沥青稳定碎石基层的施工技术进行了研究，推荐了合理的沥青稳定碎石基层施工工艺和质量控制指标，提出了防治离析措施。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出及研究意义

1.2国内外研究概况

1.2.1国外研究概况

1.2.1国内研究概况

1.3本文的主要研究内容

第二章沥青稳定碎石混合料的性能要求和结构特点

2.1沥青稳定碎石混合料的性能要求

2.2沥青稳定碎石混合料的结构特点和强度原理

2.2.1沥青混合料的组成结构

2.2.2沥青混合料的强度原理

第三章密级配沥青稳定碎石混合料配合比设计研究

3.1原材料技术性质分析

3.1.1沥青

3.1.2矿料

3.2密级配沥青稳定碎石混合料级配设计研究

3.2.1现行规范推荐的级配设计方法

3.2.2 Superpave法级配设计

3.2.3 CAVF法级配设计

3.2.4贝雷法级配设计

3.2.5四种级配设计方法比较

3.2.6五控制点级配设计方法的提出

3.3密级配沥青稳定碎石混合料最佳油石比的确定

3.3.1大马歇尔试验配合比设计方法

3.3.2 Superpave配合比设计方法

3.3.3力学指标设计法

3.3.4三种最佳油石比确定方法比较

第四章 开级配沥青稳定碎石混合料配合比设计研究

4.1开级配沥青稳定碎石混合料的性能要求和结构特点

4.2开级配沥青稳定碎石混合料级配设计

4.2.1现行规范推荐的级配设计方法

4.2.2 SAC断级配设计方法

4.2.3两种级配设计法比较

4.3开级配沥青稳定碎石混合料最佳油石比的确定

4.3.1 OGFC配合比设计方法

4.3.2析漏损失指标设计法

4.3.3两种最佳油石比确定方法比较

第五章 沥青稳定碎石混合料的路用性能研究

5.1沥青稳定碎石混合料的抗永久变形性能

5.2沥青稳定碎石混合料的抗疲劳性能

5.3沥青稳定碎石混合料的水稳定性能

5.4沥青稳定碎石混合料的低温抗裂性能

5.5沥青稳定碎石混合料的渗水试验及分析

5.6沥青稳定碎石混合料的路用性能综合比较

第六章 沥青稳定碎石基层抗反射裂缝能力研究

6.1沥青稳定碎石基层缓解反射裂缝机理分析

6.2沥青稳定碎石基层缓解反射裂缝应力分析

6.2.1沥青混合料物理参数分析

6.2.2不同类型柔性基层沥青路面结构力学分析

6.3沥青稳定碎石基层抗反射裂缝能力的评价方法研究

6.3.1沥青混合料抗反射裂缝能力评价方法的开发

6.3.2试验结果及分析

第七章 沥青稳定碎石基层施工技术研究

7.1工程概况

7.2 ATB30目标配合比设计

7.2.1原材料的技术性质

7.2.2ATB30配合比设计

7.3 ATB30施工工艺研究

7.4 ATB30离析的危害与预防

7.5 ATB30基层抽检结果及分析

第八章主要结论与进一步研究建议

8.1主要研究结论

8.2主要创新点

8.3进一步研究建议

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢