1、 高性能 AC 路面美國SHRP的高性能瀝青路面-SUP,僅是商標(biāo)名稱我們的高性能瀝青混凝土路面.公路發(fā)展新時期 1984年4月國家批準(zhǔn)實施京津塘高速路，從此公路建設(shè)進(jìn)入以高速路為代表的發(fā)展時期。7.5期間建成約500km高速路，到2000年共建成約2.5萬km高速路，居世界第二。 高等級公路路面以半剛性路面為主。高速路帶動了各種大型橋大發(fā)展。半剛性路面.公路建設(shè)的成就被選為20世紀(jì)我國26項重大工程技術(shù)成就之一。 2005年末公路里程達(dá)180多萬km,高速路4.1萬km，規(guī)劃將建成8.5萬km高速路。創(chuàng)新是一個民族興旺發(fā)達(dá)的靈魂 國外的路面技術(shù)發(fā)展有其本身的土壤、地質(zhì)、材料、氣候和交通條件以

2、及現(xiàn)有路面的特點。不一定適應(yīng)我國的高等級公路。我國路面技術(shù)問題要靠自已解決。SMA, SUP 我國的氣候和交通條件有顯著差別，既有大量新建高等級公路，又有大量進(jìn)入中修、大修期的高速路。到處是建設(shè)工地，有各種各樣的技術(shù)問題要解決，是科技人員發(fā)揮才能，煅煉自已，實現(xiàn)科技創(chuàng)新的大好舞臺。傳統(tǒng)柔性路面 無結(jié)合料基層 無結(jié)合料底基層 壓實的土基 天然地基 高強(qiáng)度柔性路面厚無結(jié)合料基層 壓實的土基 天然地基 全厚式P 面層聯(lián)結(jié)層 基層 壓實的土基 天然地基 美1873開始鋪AC路面AASHTO 2002年前柔性路面用的半剛性路面 面層 無結(jié)合料底基層 壓實的土基 天然地基 倒裝式結(jié)構(gòu) 面層無結(jié)合料基層 瀝

3、青處治或水泥處治層 壓實的土基 天然地基 用的半剛性路面 面層 無結(jié)合料底基層 壓實的土基 天然地基 AASHTO 2002年設(shè)計指南的路面結(jié)構(gòu)類型某高速公路的試驗路1. 半剛性 4、6、8PmB，38CS，20LFS 共76cm2. 長壽性 4、6、8PmB， 29ATB（AH-70)，9PmB FDAC，16CR， 15 LFS (AC H 45cm, PmB=27cm)3. 26 CRCC , 4、6、8 PmB，20 CS， 20 LFS4. 厚AC(25cm)倒裝式 4、6、8PmB， 7ATB， 15GCR, 16CS，20LFS高速04.8.16通車lr (mm)(FWD) 04

4、.12 05.10 06.121. 半剛性 0.019 0.038 0.064 2. 長壽命 0.035 0.0670.0823. 連續(xù)配筋 0.011 0.0220.049 4. 厚AC倒裝式 0.072 0.110 0.131 2006.12試驗路面maxRD1.半剛性 左 3.1 右 3.8mm2.長壽命 左 7.8 右 6.5mm3.連續(xù)配筋 左 6.3 右 5.3mm 4.厚AC倒裝式 左 6.7 右 8.1mm 上述試驗路的彎沉值嘗然總的都相當(dāng)小,但通車一年后,路面的彎沉值普遍增大為剛通車3月時的1.52.0倍;通車兩年后,又增大為剛通車3月時的1.84.45倍。路面的承載能力在減

5、小。該路土基和路基的特點 RD 由通車兩年后的 RD (左右兩輪下的均值)看：1. AC厚18cm的S-R路面 RD=3.45mm，最小；2. LL.P的 RD=7.15mm最大；3. CRCC+10cmAC的RD=5.8mm。試驗路交通狀況交通量20000輛/天，客貨各一半。2006年5月 超載 30以下 11.87超載 3050 2.0超載 50100% 0.07不超載 85.23澳重載交通瀝青路面土CBR約2%土基上0/10 PmB OGA 3cm 磨耗層0/14 AC (320瀝青) 4cm 聯(lián)結(jié)層0/20 AC (600瀝青) 6cm 荷載傳布和高溫抗永久形變層(2 function

6、)同上，6.5cm 荷載傳布和高溫抗形變層0/20 FAC (加1%瀝青)7.5cm抗疲勞層0/20 水泥碎石 (3%水泥) 15cm 土基厚度(cm) 選料CBR8% 25 選料CBR5% 33粗集料斷級配CAGG和多碎石瀝青混凝土 SAC系列的礦料級配設(shè)計 篩孔13.29.54.752.361.180.60.30.150.075級配范圍%90 10058 7230 4024 3418 2814 2110 176 134 8級配A957041.53022.516.512.58.56B 9060352821141186C中值9565352923181496 D10072352923181496

7、 E下限9058302418141064巖石類型的影響SAC-131、例如:馬歇爾試驗結(jié)果OAC之差在0.3%0.9%之間，空氣率之差在1.6% 3.7%之間，飽和度之差在4.1% 17.7%之間，穩(wěn)定度之差在1.05.2kN之間。3、如果要求AC的Va為3%4.5%和VFA為65% 75%，則1號碎石僅級配A、C、D，3號碎石僅級配A、B、D，4號碎石僅級配A、D以及5號碎石僅級配A、C能滿足要求。 結(jié)果說明，雖然規(guī)定的級配范圍僅9.5mm的通過量為14%，另有4個篩孔的通過量為10%，其余篩孔的通過量僅4%7%，對于同一種碎石，即使其顆粒組成在范圍內(nèi)變化，也會導(dǎo)致有的AC的性質(zhì)滿足要求，有

8、的則不滿足要求 。何況規(guī)范的更大范圍。級配1號料2號料3號料4號料5號料A10198117711121661B86675411861016822C914877849778843D1030496817895792E550363609460580輪轍試驗結(jié)果 因此，（1）級配范圍不應(yīng)過寬。同時要明確，級配范圍僅供選揮合適的生產(chǎn)級配曲線用。（2）對某一品種碎石合適的級配曲線，對另一品種的碎石就不一定合適。生產(chǎn)中應(yīng)遵循已定的級配曲線，只允許不影響AC性能的很小誤差。NEW SAC: 研究新理念：將面層的主要功能和早期損壞結(jié)合在一起解決。新方法：為1988年自主研究成功的 SAC系列提出了礦料級配設(shè)計方

9、法。新理論：建立了規(guī)定級配是否適合某巖石碎石的兩階段檢驗理論和檢驗方法。新材料：完善了 SAC系列的三種不同結(jié)構(gòu)，緊密骨架密實結(jié)構(gòu)、一般骨架密實結(jié)構(gòu)和懸浮式密實結(jié)構(gòu)。分別用于不同場合。 新材料有六個優(yōu)點。礦料質(zhì)量和級配最關(guān)鍵。瀝青是必要成分，但不是關(guān)鍵。PmB能大幅度提高AC的抗形變能力，但礦料質(zhì)量和級配不好同樣產(chǎn)生嚴(yán)重轍槽。SMA級配不密實，靠多用瀝青。 2.高溫抗永久形變能力1) 只要水進(jìn)入面層，都會產(chǎn)生不同類型的水破壞。2) 不讓降水透過表面層進(jìn)入下臥結(jié)構(gòu)層，就可減少水破壞。3) 及時架橋封閉裂。3. 水破壞 4) 最關(guān)鍵是礦料質(zhì)量和級配。密實式AC透水性小，只要提高其均勻性和加強(qiáng)碾壓，

10、就可基本解決水破壞。瀝青不是關(guān)鍵因素，ACII型或半開級配抗滑層、 最易水破壞。近幾年P(guān)mB SMA也產(chǎn)生較多水破壞。礦料級配最重要。如SAC 橫裂進(jìn)水 水自由進(jìn)入直達(dá)基層頂面，輪壓沖刷并將漿通過裂縫自由唧出表面，對縫兩側(cè)沖刷破壞作用小，僅引起裂縫下陷，出漿處為條形。以往石灰土基層(35mm)縫口兩側(cè)碎裂，面層破壞是漸進(jìn)過程。兩種機(jī)理的水破壞 動水壓力進(jìn)水 下雨期間，表面水在大動水壓力下，由Va較大處壓入表層;或壓過中、下面層到基層頂面，動力水沖刷基層表面細(xì)料，并從原進(jìn)水通道將漿壓出表面。動力水反復(fù)壓入水和吸出漿，對沿途AC造成很大破壞：瀝青剝落，AC松散、產(chǎn)生圓形坑洞。提高AC的均勻性。 視

11、交通量大小和重車多少，這個過程發(fā)展很快，下雨期間及雨后一二天就能產(chǎn)生。不少高速公路在產(chǎn)生圓坑洞之前，一條縫都沒有，但一場雨后，卻能產(chǎn)生很多坑洞。 XX路某段20km，未到一年，一場大雨后產(chǎn)生180多個坑洞。XX路北京段8年后1315橫縫，共補(bǔ)路面橋面坑洞213個。天津段共有橫縫3204條，共補(bǔ)圓坑洞504個，基本與裂縫無關(guān)。河北段6km200多條橫縫，補(bǔ)坑洞很少。 XX高速東側(cè)93年底搶通車，94年初夏一場雨后就產(chǎn)生很多水破壞圓坑洞，那時路面上尚無橫縫。幾條PmB SMA路面，通車不到一年，尚無裂縫，就產(chǎn)生嚴(yán)重水破壞。 4. AC的疲勞壽命1) 對半剛性基層瀝青面層不是問題，2) 對AC厚18

12、cm的柔性路面是個問題。80年代開始至今有兩類四種AC： 一類密實式，有三種:連續(xù)式、CAGG、FAGG； 另一類多孔隙CAGG，常用做磨耗層。定義：CAGG、FAGG，不能用一個冪函數(shù)描述礦料級配，需要用兩個冪函數(shù)描述。 1982年法國BBM，1984德SMA； 1988我國SAC，1993美國SUP。 從此CAGG成為發(fā)展方向。1、100多年來國內(nèi)外不少學(xué)者都在研究級配對AC性能的關(guān)鍵作用。2、至今僅連續(xù)級配有設(shè)計方法。Fuller公式，1964年FHWA改為0.45，級配較細(xì)，礦料級配設(shè)計 國內(nèi)外的CAGG都是經(jīng)驗性的，一直沒有礦料級配的設(shè)計方法。直到2005年筆者發(fā)表專著”粗集料斷級配

13、瀝青混凝土SAC系列的設(shè)計與施午”才首次提出了CAGG的礦料級配的設(shè)計方法。 1988年我國自主研究成SAC-16，4.75mm粗集料含量59%，它不是一個冪函數(shù)所能描述，是CAGG。 至今已在十多條高速路上成功應(yīng)用。是水破壞最少的一種級配。SAC 用CA形成骨架，用FA和FI和瀝青填充骨架中的孔隙，使 Va小，高溫抗RD能力強(qiáng), 抗滑性好。可設(shè)計成緊密骨架密實結(jié)構(gòu)，一般骨架密實結(jié)構(gòu)和懸浮式密實結(jié)構(gòu)。 SAC礦料級配設(shè)計原則 SAC系列含SAC30 SAC10共六個級配。分別適用于基層、底面層、中面層和表面層。粗細(xì)集料的分界篩孔為4.75mm， 0.075mm為填料。B/M 表示瀝青用量，Va

14、為空氣率。SAC礦料級配設(shè)計方法 設(shè)計CA級配，用兩個點：Dmax .n通過量一個點，100%，4.75mm通過量一個點，如30%40% 設(shè)計FA級配 用兩個點：4.75mm通過量 (與CA相同)，0.075mm一個點，如 6%。例. SAC20設(shè)計CA級配 的基本方程為： Dmax .n為19mm，為得到系數(shù) A 和 B。建立兩個聯(lián)立方程： (1) 解此聯(lián)立方程：(1)(2)得 B = 0.85021， 可取0.85， A = 100 (2) 將B值代入(2)得 得到計算粗集料級配的方程式為： (CA) 用方程C計算得的粗集料級配見下表191613.29.54.7510084.271.554

15、.130 FA級配計算的公式型式與CA級配計算公式相同，右側(cè)的分母Dmax.n改為4.75。可以是一根級配曲線，也可以是兩根級配曲線。 細(xì)集料的級配計算 由于4.75mm篩孔通過量應(yīng)與計算粗集料級配時的相同，已定為30%。在此確定0.075mm篩孔的通過量為5%，可以建立兩個聯(lián)立方程 計算細(xì)集料級配的例為：SAC20-1 為得系數(shù)A和B的值，建立兩個聯(lián)立方程 (1) (2) 得 B=0.43, A=304.752.361.180.60.30.150.0753022.216.412.39.16.75用FA方程計算得的FA級配為： 基本原理: 以烘干CA的孔隙率VCADR為基礎(chǔ)，減預(yù)留 Va后的可

16、用孔隙率（VCADRU）為標(biāo)準(zhǔn)；對于骨架密實結(jié)構(gòu)，F(xiàn)A、FI和瀝青的體積率之和（簡稱瀝青砂膠的體積，VOLma.B）恰好能填滿VCADRU。 將粗、細(xì)集料的級配連接一起就得到SAC20的礦料級配。 粗集料是一個冪函數(shù)0.85、具有較大孔隙細(xì)集料是另一個冪函數(shù)0.48、是密實的，連接在一起成一個中斷級配的SAC20。粗集料斷級配多碎石瀝青混凝土 SAC系列的礦料級配檢驗緊密骨架密實結(jié)構(gòu)檢驗方法 VCADRF方法 做烘干CA的密度和VCA試驗時，可以得到兩種密度及相應(yīng)的VCA。一是干搗實密度GCADRC和干搗實孔隙率VCADRC，二是松裝或疏松密度GCADRL和疏松孔隙率VCADRL。 玄武巖粗集

17、料SAC-13和SAC-20的 VCADRC較VCADRL小6%。 如SAC13的 VCADRC為40%，其VCADRL為46%石灰?guī)r粗集料VCADRC為40%，其VCADRL為45.9%。兩者差別很小。 如對SAC-13進(jìn)行礦料級配檢驗時，用VCADRC=40%為標(biāo)準(zhǔn)，則檢驗結(jié)果SAC-13為緊密骨架密實結(jié)構(gòu)。 如用VCADRL=46%為標(biāo)準(zhǔn)，檢驗結(jié)果SAC-13為疏松骨架密實結(jié)構(gòu)。 如用VCADR=43%為標(biāo)準(zhǔn)，則檢 驗結(jié)果SAC-13為一般骨架密實結(jié)構(gòu)。 如用VCADRVCADRU，則實際Va預(yù)定值，甚至將CA的骨架撐開，影響AC的高溫抗永久形變能力。 如VolMA.B預(yù)定值， 容易引起

18、水破壞。 作為骨架密實結(jié)構(gòu)，在規(guī)定Va后，等號右側(cè)的值應(yīng)等于左側(cè)的值。如果右側(cè)的值明顯大于左側(cè)的值，則會使 CA的骨架被瀝青砂膠撐開甚至 CA懸浮在瀝青砂膠中，直接影響AC的高溫抗RD能力。 上述這三種代表性狀態(tài)的CAGG都可以是Va僅在3%左右的密實式，也都具有表面TD大的特點。其差別僅在CA 多少以及B/M 和高溫抗RD能力的大小。 多種性能 在氣溫高的地區(qū)，在ESAL大，特別在重載交通EXPWY上，AC面層既要抗水破壞，又要抗高溫永久形變，還要有優(yōu)良的抗滑性能。即要求AC的透水性小、水穩(wěn)性好，高溫抗RD能力強(qiáng)；對表面層，還要抗滑性能好。 在ESAL不大，特別重載車輛少的高等級公路和一般公

19、路上，面層的高溫抗RD能力不是主要矛盾，可只考慮或只檢驗AC的密實性，使其Va小，表面層抗滑性好。級配檢驗的目的是：制成的AC要滿足上述性能要求。 用AC中CA的孔隙率VCAAC檢驗，簡稱VCAAC法。 不同試驗方法制成的AC試件進(jìn)行礦料級配檢驗、調(diào)整以及最終取得符合要求的配合比和相應(yīng)的礦料級配，供生產(chǎn)使用。VCAAC法 基本原理是，對于骨架密實結(jié)構(gòu)，AC中CA骨架間的孔隙率，恰好被FA、FI、瀝青的體積率之和(VOLma.B)以及需預(yù)留的Va所填滿。 用VCAAC方法檢驗的準(zhǔn)確性，除原材料的密度外，還取決于試件體積測定的準(zhǔn)確性，以及如何考慮集料對瀝青的吸收量和正確確定Ge以及Gmm的計算方法

20、。mm有效密度的計算 計算Gmm時，CA和FA的密度都采用Gb和Gsd組成的有效密度Ge。Ge = Gb + C ( Gsd - Gb ) C與集料吸水率有關(guān)的系數(shù)。 Ge的值應(yīng) Gb和 Gsd瀝青混凝土的分解和計算 AC含粗集料、細(xì)集料和填料，瀝青和空氣。以下將AC的各組成的質(zhì)量進(jìn)行分解和計算（需采用五位小數(shù)）。毛體積密度Gb.s=2.58213g/cm3，B/M = 4.41306%。全部礦料的質(zhì)量VMA=1-2.4730 2.90024=14.7(%) Pca占70%，Pfa占24%，Pfi占6%。 AC中粗集料的質(zhì)量為：MCAAC = 0.72.4730=1.73110(g/cm3)A

21、C中粗集料的孔隙率 AC中細(xì)集料的質(zhì)量 MFAAC= 0.242.4730 = 0.59352(g/cm3)AC中填料的質(zhì)量MFIAC = 0.62.4730 = 0.14838 (g/cm3)AC中瀝青的質(zhì)量 MBAC = 2.58213-2.4730 = 0.10913 (g/cm3) VCAAC方法檢驗AC 的基本方程VCAAC=VOLFAAC+VOLFIAC+VOLBAC+Va填料的體積百分率 瀝青的體積百分率 AC中細(xì)集料的體積百分率 同是緊密骨架密實結(jié)構(gòu)SAC20，用AH-70的DS平均值2980次 /mm。用AH-30時，DS平均值B/M= 3.4%為4227，B/M= 3.8%

22、為5011。一般骨架密實結(jié)構(gòu)的SAC20，用AH-30時的DS=4716。AC20，用AH-70時DS平均2980 用SBS改性瀝青時，DS值平均為9098次 /毫米，雖大于AH-30瀝青，但平均相對永久形變卻為2.16%，不如AH-30瀝青(2.03%)。1、骨架密實結(jié)構(gòu)AC的物理-力學(xué)性質(zhì)對級配的變化較敏感。SAC系列只提供了一根級配曲線。為了適應(yīng)不同巖石品種的特性，需要對所用級配進(jìn)行檢驗，確定其是否符合。如不符合，就進(jìn)行粗、細(xì)集料配合比調(diào)整，然后計算新的礦料級配。 結(jié) 論2、VCADRF方法，是針對AC所用級配和瀝青等原材料進(jìn)行檢驗。它既可用于骨架密實結(jié)構(gòu)，也可用于懸浮式密實結(jié)構(gòu)的檢驗。

23、3、SAC系列的緊密骨架密實結(jié)構(gòu)，隨巖石品種而異，要求粗集料的含量為70%左右。一般骨架密實結(jié)構(gòu)，要求粗集料的含量為65%左右。當(dāng)粗集料含量少于60%時，瀝青混凝土將是懸浮式密實結(jié)構(gòu)。4、VCAAC方法，是針對已用馬歇爾試驗或其他試驗方法制成的AC試件，進(jìn)行礦料級配檢驗。5、只提供一根級配曲線，也提供了能保證AC性質(zhì)穩(wěn)定的各個篩孔通過量的允許誤差。提供了確定允許誤差的方法。當(dāng)前先進(jìn)的拌和樓可將瀝青的誤差控制在0.2% 以內(nèi)，滿足要求。 6、已有的GTM試驗和輪轍試驗結(jié)果都證明，凡符合緊密骨架密實結(jié)構(gòu)的SAC，其高溫抗永久形變能力都很好。 廠號31.526.5191613.29.54.75廠11

24、0063.19.22.20.300廠210084.220.57.11.80.20廠310085.827.94.91.100廠410096.635.514.28.43.50廠510083.616.32.6000廠610086.122.64.50.800廠710079.530.614.94.400極差33.526.312.7S790100051030mm碎石篩分表（% ）1020mm碎石篩分表（% ）廠號31.526.5191613.29.54.75廠110097.077.947.317.70廠210010097.479.246.60.20廠310010010086.955.90廠41001008

25、5.969.743.63.50廠510010088.064.938.30廠610010010072.046.10廠710010087.570.345.50極差322.139.638.23.5S91009010001505玄武巖碎石篩分表（% ）規(guī)格1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075S9:1020廠196.157.09.81.21.21.21.21.21.21.2廠278.535.43.10000000S12:510廠110099.64.11.01.01.01.01.01.0廠210026.60.803. 室內(nèi)試驗采用的方法 試驗表明，AC的抗壓強(qiáng)度的變異系數(shù)高達(dá)18% 23%，抗壓模量的變異系數(shù)高達(dá)29% 40%。 常將粗集料和細(xì)集料都先篩分成一個一個單一粒級的碎石，。 例如：準(zhǔn)備好了單一粒級的礦料，有了某個級配類型礦料級配的各個不同粒級礦料的含量百分率，很容易配備出一個所需粒級的礦料級配4. 瀝青混合料拌和廠的幾個關(guān)鍵： 1） 備一個一個粒級的規(guī)格料 2） 至少要