1、廣東省公路局科技項目 水泥混凝土路面瀝青薄層罩面應用技術研究 張起森 教授長沙理工大學內 容概述SUPERFLEX瀝青技術性能評價與最佳摻配研究 LASTIKA薄層混合料配合比優(yōu)化研究 LASTIKA薄罩面層層間應力和剪應力研究 LASTIKA瀝青混凝土薄罩面層路用性能研究 LASTIKA瀝青薄層罩面試驗路施工與檢測 創(chuàng)新點與建議 研究背景對于水泥砼路面結構的養(yǎng)護維修，從減少對路面標高的影響與節(jié)約資源的角度出發(fā)，僅需對其表面功能進行恢復，較為理想的方案是采用薄層瀝青混凝土罩面；研究薄層瀝青混凝土罩面，將緩解我國公路投資壓力，改變我國高速公路大修養(yǎng)護的格局。然而，從現有的研究來看，發(fā)展薄層瀝青混

2、凝土罩面關鍵是要找到一種適用有效的改性瀝青材料和相應的級配設計。 國內外現狀國外：國外對薄層研究起步較早，很多國家形成了相應的規(guī)范，有些薄面層不僅用于舊路養(yǎng)護上，還用于新建路面的表面層，它適用于各種類型的路面 。國內：我國對薄層瀝青混凝土的研究，主要針對于舊瀝青混凝土路面的加鋪罩面或新建瀝青路面的抗滑表層，而對水泥混凝土路面的薄層罩面研究很少。 主要技術路線LASTIKA薄層瀝青罩面應用技術研究以實用技術研究為重點，明確依托G321線肇慶段路面大修工程項目的技術特點，以開發(fā)“實用可靠、經濟合理、易于推廣”作為研究工作的技術原則 。主要通過相關的技術資料調研與依托工程相結合，室內試驗與現場試驗相

3、結合，理論分析與測試數據分析相結合，工程試驗與工程應用及跟蹤觀測相結合等技術手段，制定四種不同結構和配合比設計的薄層間試驗路段方案，形成一套完整的LASTIKA薄罩面層施工技術指南 。 內 容概述SUPERFLEX瀝青技術性能評價與最佳摻配研究 LASTIKA薄層混合料配合比優(yōu)化研究 LASTIKA薄罩面層層間應力和剪應力研究 LASTIKA瀝青混凝土薄罩面層路用性能研究 LASTIKA薄層瀝青罩面試驗路施工與檢測 創(chuàng)新點與建議 Superflex改性瀝青技術性能評價 試驗項目檢驗結果70號A級瀝青技術要求SBS I-D1針入度(100g,25,5s) (0.1mm)61608030602針入

4、度指數PI0.4257-1.5+1.003延度(5，5cm/min) (cm)8204瀝青相對密度 (25)1.0345軟化點（環(huán)與球） ()6746606運動粘度135 (Fa.v)0.5143.07閃點（COC） ()3772602308溶解度（三氯乙烯） (%)99.1799.599.09離析，軟化點差 ()8.12.510彈性恢復25 (%)307511旋轉薄膜加熱試驗163質量損失 (%)-0.05950.81.0針入度比(25)(%)826165延度(5) (cm)5.315Superflex濃縮改性瀝青最佳摻配研究 課題組先后選用了70#和50#基質瀝青進行了Superflex濃

5、縮瀝青的最佳摻量試驗。根據印尼TMA公司提供的最佳摻配為15%，我們對70號基質瀝青以9%、12%、15%、18%四個摻量，50號基質瀝青以12%、15%、18%、21%四個摻量分別進行了對比試驗。 根據兩種基質瀝青的摻配試驗，我們發(fā)現在泰州70#基質瀝青中摻加Superflex濃縮改性瀝青的效果較好，且符合相關的技術性能要求。 試驗方案:Superflex濃縮改性瀝青技術要求研究 實驗項目內摻10.7%13%15.1%相關技術要求外摻12%15%18%針入度(100g，25，5s)5756.356.33060(SBS I-D)延度（5，5cm/min）9.99.27.5520(SBS I-D

6、)軟化點（環(huán)球法） （）59.361.164.460(SBS I-D)彈性恢復 (25) （%）40%38%41%75(SBS I-D)粘度（pa.s）602,6173,0503,3933,000 (日本重交改性瀝青標準)1350.6470.6550.663/最佳摻量實驗數據原材料實驗數據: Superflex濃縮改性瀝青技術要求研究 SUPERFLEX濃縮改性瀝青及其AH-70瀝青摻配技術要求（建議）: 種類實驗項目SUPERFLEX濃縮瀝青SUPERFLEX摻配AH-70瀝青摻量（外摻）12%15%18%針入度（100g，25，5s）（0.1mm）4050506050605060延度（15

7、，5cm/min）（cm）50606060軟化點（25）（）80606570彈性恢復（25）（%）30404040粘度（旋轉粘度）（pa.s）6020，0002,5003,0003,300135/0.60.650.65內 容概述SUPERFLEX瀝青技術性能評價與最佳摻配研究 LASTIKA薄層混合料配合比優(yōu)化研究 LASTIKA薄罩面層層間應力和剪應力研究 LASTIKA瀝青混凝土薄罩面層路用性能研究 LASTIKA薄層瀝青罩面試驗路施工與檢測 創(chuàng)新點與建議 LASTIKA薄層混合料配合比優(yōu)化研究LASTIKA薄層瀝青砼配合比優(yōu)化粗集料級配組成研究馬歇爾指標與影響因素之間的回歸分析LASTI

8、KA級配正交試驗設計LASTIKA級配范圍(推薦)粗集料級配組成研究(一) 粗細集料的劃分標準:利用貝雷法確定粗細集料分界點: PCS=NMPS0.22 進行優(yōu)化研究的LASTIKA級配其最大公稱粒徑為9.5mm，可知其粗細集料分界篩孔為2.36mm。 (二) 粗集料的均勻試驗設計研究研究各級粗集料對瀝青骨架的影響因素及影響程度;將粗集料分為三個因素：9.5mm13.2mm(X1)、4.75mm 9.5mm(X2)和2.36mm4.75mm(X3) (二) 粗集料的均勻試驗設計研究 粒徑及比例試驗號9.5mm13.2mmX1（%）4.75mm9.5mmX2（%）2.36mm4.75mmX3（%

9、）178.78.712.6263.128.58.4352.36.541.2443.628.228.253655.28.7629.316.154.6723.145.431.4817.478.83.8912.12859.9107.163.429.6112.34.493.3粗集料配方均勻設計方案組成均勻設計試驗各組合粗集料間隙率VCA (二) 粗集料的均勻試驗設計研究 粒徑及 比例試驗號9.513.2X1（%）4.759.5X2（%）2.364.75X3（%）搗實空隙率（%）振實空隙率（%）178.78.712.640.9 36.5 263.128.58.440.1 37.0 352.36.541.

10、237.7 34.0 443.628.228.238.7 36.0 53655.28.740.0 37.2 629.316.154.638.5 36.3 723.145.431.439.0 35.7 817.478.83.841.0 38.0 912.12859.939.2 37.4 107.163.429.639.4 38.4 112.34.493.341.9 40.1 各級粗集料含量與振實間隙率VCA相關分析表 (二) 粗集料的均勻試驗設計研究相關分析粒徑相關系數(R)相關性擬合曲線9.513.2mm0.6617在三組粒料中相關性較低4.759.5mm0.4610在三組粒料中相關性最低2.

11、364.75m0.9276在三組粒料中相關性最高(三) 粗集料逐級填充試驗研究1) 應用逐級填充理論，將4.759.5mm粒徑以不同的比例填充到9.513.2mm中，選取振實間隙率最小所對應的集料比例作為不同粒徑間形成嵌擠密實結構時的組成比例(表3.5)；2) 以9.513.2mm和4.759.5mm形成的最密實嵌擠結構為基準，將下一級粒徑2.364.75mm再以不同比例填充到前兩種粒徑形成骨架間隙。測定其振實狀態(tài)下的密度，并計算間隙率，以最小間隙率確定三級粒徑之間形成嵌擠密實結構最優(yōu)組成比例(9.513.2mm:4.759.5mm : 2.364.75mm=15:45:40 )。3) 繪制逐

12、級組成比例與振實間隙率關系圖(圖3.5)，對其進行分析得出粗集料中各級粗集料的最優(yōu)組成范圍。LASTIKA級配正交試驗設計研究 (一) 正交試驗方法簡介:利用正交表來安排多因素試驗，利用統(tǒng)計學原理來進行數據分析的一種數學方法。 研究每個因子在反應中的影響，并發(fā)現水平的最佳組合。(二) 因素、水平及正交表的選取正交試驗考慮的主要因素有級配和油石比； 因素水平根據印尼推薦范圍和上一節(jié)粗集料級配組成研究結果來考慮。LASTIKA級配正交試驗的因素和水平 (二) 因素、水平及正交表選取水平因 素篩孔尺寸(mm)及通過率(%)油石比(%)9.54.752.360.075ABCDE178361844.82

13、84482465.3390603085.84967236106.3 通過因素和水平的選取，進行各個因素和各種水平的安排，由此生成的各試驗級配見表3.9，級配曲線見圖3.6。 正交試驗結果匯總表 (三) 正交試驗結果及分析試驗號穩(wěn)定度 流值 空隙率(%)礦料間隙率(%)試驗號穩(wěn)定度 流值 空隙率(%)礦料間隙率(%)(kN)(mm)(kN)(mm)17.22.348.616.5910.82.315.114.5210.92.745.314.61010.72.946.614.93113.153.614.1117.52.767.818.54123.831.413.21292.727.417.358.3

14、2.614.115.41310.73.674.114.768.32.436.616.61411.13.26516.2712.13.345.214.71511.92.017.315.4811.32.257.215.31692.028.417.2(三) 正交試驗結果及分析正交試驗結果極差分析： 馬歇爾穩(wěn)定度極差分析：最佳組合是9.5mm通過率為84%，4.75mm通過率為60%，2.36mm通過率為36%，0.075mm通過率為4%，油石比為5.3%； 馬歇爾流值極差分析：最佳組合是9.5mm通過率為96%，4.75mm通過率為36%，2.36mm通過率為32%，0.075mm通過率為6%，油石比

15、為5.3%；(三) 正交試驗結果及分析正交試驗結果極差分析： 空隙率指標極差分析：最佳組合是9.5mm通過率為78%，4.75mm通過率為36%，2.36mm通過率為30%，0.075mm通過率為10%，油石比為5.8%； 礦料間隙率指標極差分析：按照各因素對空隙率影響的顯著程度，依次為2.36mm 9.5mm通過率 0.075mm 通過率4.75mm通過率油石比。(三) 正交試驗結果及分析正交試驗結果方差分析： 馬歇爾穩(wěn)定度及流值指標方差分析：2.36mm通過率對馬歇爾穩(wěn)定度有顯著影響；2.36mm通過率和油石比對流值有顯著影響；隨著2.36 mm通過率的增加，馬歇爾穩(wěn)定度在18%24%間增

16、速較大；隨著2.36 mm通過率的增加，流值在30%時流值有明顯的拐點。 馬歇爾試驗體積指標方差分析：2.36mm通過率對空隙率有高顯著影響，9.5mm通過率、0.075mm通過率及油石比對空隙率都有顯著影響；2.36mm通過率對礦料間隙率有顯著影響；隨著2.36mm通過率的增加空隙率和礦料間隙率均減小，且在24%處有明顯的拐點，達到24%后隨著2.36mm通過率的增加空隙率和礦料間隙率的減速放緩，且呈線性下降趨勢。 馬歇爾指標與影響因素間回歸分析 (一) 多元線性回歸的原理及方法:回歸分析(Regression analysis)是一種處理變量之間相關關系最常用的統(tǒng)計方法， 本文主要利用SP

17、SS統(tǒng)計分析軟件對正交試驗中的多組數據進行分析；(二) SPSS回歸分析穩(wěn)定度分析： 流值分析：空隙率分析：礦料間隙率分析：配合比推薦范圍 薄層瀝青混凝土LASTIKA級配推薦范圍篩孔直徑(mm)13.29.54.752.361.180.60.30.150.075油石比(%)通過率上限(%)10096623224181211106.3通過率下 限(%)10080422417139765.2內 容概述SUPERFLEX瀝青技術性能評價與最佳摻配研究 LASTIKA薄層混合料配合比優(yōu)化研究 LASTIKA薄罩面層層間應力和剪應力研究 LASTIKA瀝青混凝土薄罩面層路用性能研究 LASTIKA薄層

18、瀝青罩面試驗路施工與檢測 創(chuàng)新點與建議 LASTIKA薄罩面層層間應力分析 (一) 結構體系荷載應力分析:路面結構分析模型的建立： (二) 結構體系荷載應力計算:路面結構計算模型與參數的選定： (二) 結構體系荷載應力計算:層間正應力分布規(guī)律： 1層間完全連續(xù)時：計算點位參數輸入圖 (二) 結構體系荷載應力計算:層間正應力分布規(guī)律： 1層間完全連續(xù)時：荷載參數輸入圖結構層參數輸入圖 (二) 結構體系荷載應力計算:層間正應力分布規(guī)律： 1層間完全連續(xù)時：荷載參數輸入圖(二) 結構體系荷載應力計算:層間正應力分布規(guī)律： 1層間完全光滑時：結構層參數輸入圖 (二) 結構體系荷載應力計算:層間正應力分

19、布規(guī)律： 統(tǒng)計分析：將完全連續(xù)，完全光滑時各應力分量的最不利值及出現位置進行統(tǒng)計，計算出層間狀態(tài)變化時的變化率。罩面層材料參數對應力分布的影響： 1、罩面厚度對應力位移的影響： 2、罩面層模量對應力位移的影響： 3、超載對應力位移分量的影響：罩面層厚度(4cm)、模量 (1800MPa) 及下臥層材料參數不變，改變荷載大小。按表4.3表4.5中的計算點位計算各分量的最不利值 。LASTIKA薄層面層層間剪切應力研究 (一) 罩面層剪應力分析采用莫爾庫侖強度理論，通過限制其結構內的剪切應力不超過結構層材料的抗剪強度，使路面結構不發(fā)生剪切破壞；(二) 層間剪切應力計算完全連續(xù)時罩面層層間剪切應力分

20、布規(guī)律 ： X軸固定時，Y方向上的最大剪應力出現在1.5處，即單輪輪心下；以單輪輪心為Y軸，X方向上的最大剪應力出現在0.9位置處。所以最大剪應力的計算點位取在水平面坐標軸中取為(0.9，1.5)。 完全光滑時罩面層層間剪切應力的分布規(guī)律 ： 固定X軸，Y軸上計算點位上的最大剪應力的變化成“M”型，在2.0處達到最大值；以2.0為Y軸，X軸上計算點位上的最大剪應力逐漸減小，0處的剪應力最大。所以最大剪應力的計算點位取在水平面坐標軸中取為(0，2.0)。(三) 材料參數對層間最大剪應力分布的影響罩面厚度對層間最大剪應力的影響 最大剪應力和最大剪應變隨厚度變化的規(guī)律基本相同，而且都與厚度的變化有很

21、好的相關性；同一罩面厚度下，完全光滑時的層間剪應力比完全連續(xù)時要大。 罩面層模量對層間最大剪應力的影響 罩面層模量的變化對最大剪應力和最大剪應變的影響是不同的。對模量的變化相對敏感。無論層間完全連續(xù)還是完全光滑時，隨著罩面層模量的增加而減小。層間接觸條件對最大剪應力的影響 層間最大剪應力整體變化趨勢是當層間接觸系數逐漸增大時，層間最大剪應力先減小后增大。內 容概述SUPERFLEX瀝青技術性能評價與最佳摻配研究 LASTIKA薄層混合料配合比優(yōu)化研究 LASTIKA薄罩面層層間應力和剪應力研究 LASTIKA瀝青混凝土薄罩面層路用性能研究 LASTIKA薄層瀝青罩面試驗路施工與檢測 創(chuàng)新點與建

22、議 LASTIKA瀝青混凝土薄罩面層路用性能研究試驗說明:采用外摻18%（基質瀝青100%），即內摻計算為基質瀝青：Superflex濃縮改性瀝青85：15作為工地混合瀝青的拌制生產比例； 采用的粗、細集料樣品均來自肇慶市羅洪石料場的白云巖和敬人料場的玄武巖，對集料做了表觀相對密度和吸水率的試驗；礦粉來自瀝青混凝土拌和樓，對礦粉做了表觀相對密度試驗，其表觀相對密度為2.721 g/cm3 (一) 礦料級配設計:圖5.1 LASTIKA合成級配曲線圖LASTIKA瀝青混合料目標配合比設計及路用性能(一) 礦料級配設計:表5.8 設計礦料級配瀝青混合料類型各級礦料所占百分比(%)1#(9.513.

23、2mm)2#(4.759.5mm)3#(2.364.75mm)4#(02.36mm)礦粉LASTIKA34468166級配(二) 最佳油石比的確定:表5.12 LASTIKA級配目標配合比設計結果瀝青混合料類型各種材料比例(%)1#料9.513.22#料4.759.53#料2.364.754#料02.365#料Superflex礦粉改性瀝青LASTIKA244681665.4(三) 高溫穩(wěn)定性:圖5.13 車轍試驗結果類型及編號動穩(wěn)定度(次/mm)Cv試驗溫度輪胎力單個值平均值(%)()(MPa)LASTIKA-11800186219.4600.7LASTIKA-22250LASTIKA-31

24、537(四) 水穩(wěn)性檢驗: 水穩(wěn)性的檢驗是按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTJ0522005)的要求采用浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、粘附性試驗來執(zhí)行的，相應的檢驗結果見表5.14，6.15，6.16。從表中可以看出該瀝青混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度都滿足規(guī)范改性瀝青混合料要求，粘附性等級為五級。 (五) 抗滑穩(wěn)定性: 抗滑穩(wěn)定性檢驗是按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTJ0522005)的要求采用摩擦系數、構造深度、滲水系數來評價瀝青混合料抗滑性能，相應的試驗結果見表5.17，6.18，6.19。從表中我們可以看出瀝青混合料的摩擦系數、構造深度和滲水系數都符合規(guī)范要求。 （一

25、）設計礦料級配的確定圖5.4 LASTIKA合成級配曲線圖LASTIKA白云巖、玄武巖混合料對比研究 (二) 馬歇爾試驗： 分別將白云巖和玄武巖集料按照級配設計的要求拌制馬歇爾試件，雙面擊實75次，考察毛體積相對密度、空隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度、流值等各項體積指標，試驗結果見表5.33, 表5.34。白云巖和玄武巖馬歇爾試驗得出最佳油石比分別為5.3% 和6.0% 。(三) 車轍試驗： 玄武巖形成瀝青混合料的動穩(wěn)定度明顯大于白云巖形成的瀝青混合料，分別為2494次/mm和1363次/mm，前者比后者提高了83.0%，說明玄武巖形成瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性優(yōu)于白云巖形成的瀝青混合料。內 容概述SU

26、PERFLEX瀝青技術性能評價與最佳摻配研究 LASTIKA薄層混合料配合比優(yōu)化研究 LASTIKA薄罩面層層間應力和剪應力研究 LASTIKA瀝青混凝土薄罩面層路用性能研究 LASTIKA薄層瀝青罩面試驗路施工與檢測 創(chuàng)新點與建議 一、工程概況G321試驗路原路面 試驗路路面結構圖LASTIKA薄層瀝青罩面試驗路施工與檢測二、結構方案LASTIKA薄層瀝青罩面試驗路施工與檢測序號起訖樁號面層應力吸收層1K159+540K159+6804cm LASTIKA瀝青混合料罩面層無2K159+680K159+8204cm LASTIKA瀝青混合料罩面層浸漬瀝青燒毛土工布3K159+820K159+9603cm LASTIKA瀝青混合料罩面層浸漬瀝青燒毛土工布4K159+960