《高速公路沥青混合料均衡均匀设计与工程应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高速公路沥青混合料均衡均匀设计与工程应用（108页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、广西交通科学研究院广西交通科学研究院 广西道路结构与材料重点试验室广西道路结构与材料重点试验室 20132013年年1111月月 广西高速公路广西高速公路沥青沥青混合料混合料 均衡、均匀设计与工程应用均衡、均匀设计与工程应用 汇报提纲 本次报告将从以下三个方面进行汇报：本次报告将从以下三个方面进行汇报： 一、广西地方特点一、广西地方特点（级配优化的前提与基础）（级配优化的前提与基础） 二、沥青混合料均衡、均匀设计与性能验证二、沥青混合料均衡、均匀设计与性能验证 三、优化改良级配的工程应用三、优化改良级配的工程应用 题外的话题外的话(第二届公路路面结构学术沙龙第二届公路路面结构学术沙龙) “科学
2、技术工程”的三元论三元论 科学科学即反映人们对自然、社会、思维等的客观规律客观规律分科的知识体系。 一项“技术技术” 是关于某一领域有效的科学（理论和研究方法）的全部 ，以及在该领域为实现公共或个体目标公共或个体目标而解决设计问题的规则的全部。 知识产权组织把世界上所有能带来经济效益的科学知识带来经济效益的科学知识都定义为技术。 “工程项目”“工程项目”是以工程建设为载体的项目，以建筑物或构筑物为目标目标 产出物，需要支付一定的费用、按照一定的程序、在一定的时间内完成 ，并应符合质量质量要求。 “工程”的本体论本体论，工程是实践的过程，运用 了创造价值的方法与手段，采用这些技术的时 候不自觉或
3、者自觉地应用了客观规律，即”工 程问题” 应包括“科学、技术“科学、技术 “问题。“问题。 背景 1.广西地处中国西南方，高速公路起步晚起步晚于其他省市。 2.04年以前高速公路以水泥路面为主，05年底南友高速公路建成通车。 3.近几年近几年所建及在建高速公路均为沥青路面（发展快、要求高），（发展快、要求高），交科院承担了近80%的沥青混合料配合比设计与近60%的施工技术服务工作。这两年新建成通车的、经过级配改良的沥青路面极少出现车辙病害。 我国区域辽阔，各地区差异地区差异影响，对修筑沥青路面来 讲，必须立足区域性地方特点立足区域性地方特点，有针对性针对性的做些沥青 路面优化工作。 对于影响沥
4、青路面修筑质量的关键性地方特点地方特点就是当 地气候与交通条件、地方沥青路面主要病害、地方材 料、地方施工技术水平等。 其中，进行适用于地方的沥青级配适用于地方的沥青级配优化设计要首先考优化设计要首先考 虑并量化地方气候、交通、路面病害的基本特征虑并量化地方气候、交通、路面病害的基本特征。 一、广西地方特点一、广西地方特点 考虑地方特点的目的：考虑地方特点的目的： 一、广西地方特点气候 总体上属于总体上属于亚热带气候亚热带气候，并受海洋气候影响明显，气候，并受海洋气候影响明显，气候特征特征复杂多样复杂多样，总体特征是“，总体特征是“高温、多雨高温、多雨” 桂北山区偏山地气候桂北山区偏山地气候
5、桂南沿海偏海洋气候桂南沿海偏海洋气候 10.015.020.025.030.035.0012345678910111213 月份平均最高气温()钦州 南宁 百色 桂林 河池 梧州高温明显且持续时高温明显且持续时 间长：间长：5 5- -9 9月月月平月平 均日高温均日高温3030， 7 7- -8 8月月月平均日高月平均日高 温接温接近近3535。 0.05.010.015.020.025.030.0012345678910111213 月份平均最低气温()钦州 南宁 百色 桂林 河池 梧州夏长夏长 无低温且时间短：无低温且时间短： 仅仅1212月、月、1 1月月平均平均 日低温在日低温在10
6、10左右。左右。 ( (仅桂林一带冬季仅桂林一带冬季 低温在低温在5 5左右左右) ) 冬短冬短 02004006008001000120014001600180020002200百色地区 南宁地区 河池地区 梧州地区 钦州地区 桂林地区 年年 降降 水水 量量 mm 0.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0012345678910111213 月份降水量(mm)钦州南宁百色桂林河池梧州沿海地区沿海地区 年降水量年降水量1000mm1000mm 沿海地区沿海地区2000mm2000mm 雨热同期雨热同期 降水多降水多 高温值与持续时间长，路面积温值大（ 热）热）， 对
7、沥青路面抗车辙不利；降水特 征突出多且沿海暴雨集中区（湿）、（湿）、雨雨 热同期热同期，同样对水作用下的沥青路面抗 车辙性能更是不利 。 广西现有的一些车辙损坏多发生在雨季车辙损坏多发生在雨季 后的高温时段后的高温时段。 一、广西地方特点交通 往往 广广 东东 出海出海 大西南大西南 注：图中红点标示为实测交通量注：图中红点标示为实测交通量 自然交通量中的比例组成自然交通量中的比例组成 客货通行总比例约为客货通行总比例约为2:1；货车每；货车每24小时小时2000辆左右，部分路辆左右，部分路段段4000辆左右；双联辆左右；双联轴及三联轴等轴及三联轴等特大型货特大型货车车10 % 20%。 货车
8、交通量中的比例组成货车交通量中的比例组成 货车通行量以三联轴及货车通行量以三联轴及双联轴等特大货车为双联轴等特大货车为主，占到主，占到70%左右左右；代；代表轴型为后轴三联轴表轴型为后轴三联轴(双双轮轮)、双联轴、双联轴(双轮双轮)。 重型货车多重型货车多 重型货车代表车型重型货车代表车型 交通特征主要是突出广西过境交通量过境交通量（ 出海、内陆出海、内陆通道通道）尤其是货车多，在自 然通行量中特大型货车占到10-20%，并 且货车中70%以上的为特大型货车即代 表轴型，重载交通特征明显。重载交通特征明显。 考虑到这些因素，加之广西地区初期建 设的沥青路面早期车辙病害又比较严重 ，未发现大面积
9、水损害、疲劳损坏出现 ，须对本地区沥青混合料组成设计进行须对本地区沥青混合料组成设计进行 优化。优化。 一、广西地方特点路面病害 项目组通过对多条高速公路的长期检测，车辙是广西地区20112011年前年前建成沥青路面第一病害形式，并且病害来源主要是中下面层。 问题与思考-车辙原因分析 表面层对车辙的贡献率不到30%，而下面层对车辙 的贡献率超过40%。 沥青路面中下面层采用基质沥青。 级配失控或设计级配失误是沥青路面出现车辙的一个 重要原因。 沥青混合料混合料骨架存在迁移的问题，也就是说骨骨 架密实结构是不稳定的架密实结构是不稳定的，中、下面层级配有待改进优 化同时需要严格控制施工级配和油石比
10、。 广西地处亚热带，辐射较强，气温较高，长大纵坡、 急弯这些特殊路段没有进行采用三层改性沥青等针对 性的设计。 问题与思考？ 上面层均使用了优质的SBS改性沥青，为 何车辙病害出现的还如此之快，程度如 此严重，明显？ 迫使我们去思考，分析表明发现：跟沥 青混合料级配设计密切相关，调查的几 条路级配均相对偏细！ 应该针对广西地区特点做些改变，对级针对广西地区特点做些改变，对级 配进行优化改良配进行优化改良。 对客观规律的认识是个逐步递进的、渐进的过程。对客观规律的认识是个逐步递进的、渐进的过程。 目的：针对广西高温潮湿气候，重载交通，车辙是第一病害等地方特点(前提与基础)，有针对针对性地对沥青混
11、合料进行优化改良，提高沥青混合料在广西地区的适用性。 二、沥青混合料均衡、均匀设计与性能验证二、沥青混合料均衡、均匀设计与性能验证 优化改良目标： 形成骨架密实型沥青混合料组成结构，达到首先抗车辙、再者抗水损、抗疲劳的作用。 车辙车辙 水损害水损害 背景背景 工作目标 通过技术创新技术创新，采用合理路面结构组合 、级配改良，工艺优化，全力打造“三“三 无”路面（在设计年限内）；无”路面（在设计年限内）； 为社会提供优质公共服务产品为社会提供优质公共服务产品-耐久、耐久、 安全、舒适。安全、舒适。 技术路线（总） 以“工艺上易于保证施工质量、实现设计意工艺上易于保证施工质量、实现设计意 图”图”
12、为主线，为主线，考虑当地交通、气候环境的特点 ，对路面结构结构组合设计、材料材料设计、工艺工艺控制 进行“一体化设计一体化设计”。 通过技术创新、工艺改良技术创新、工艺改良，以“质量优先” 为战略，实现质量、经济效益、社会效益现质量、经济效益、社会效益的的三三 结合结合，提高“资源利用率”，合理降低“能源提高“资源利用率”，合理降低“能源 浪费”。浪费”。 技术路线（总） 优化的沥青混合料优化的沥青混合料组成设计组成设计-前提前提 精细化、清洁化、精细化、清洁化、机械化施工机械化施工工艺工艺保证保证 合理的沥青路面结构组合设计合理的沥青路面结构组合设计-基础基础 均衡、均匀设计方法均衡、均匀设
13、计方法（具体的）（具体的） 传统传统AC类类 优化型级配优化型级配 悬浮密实悬浮密实 骨架密实骨架密实 无骨架；无骨架； 易失稳；易失稳； 易变形易变形 整体骨架整体骨架 响应强；响应强； 更稳定更稳定 设计意图设计意图 简化示意图简化示意图 为达到上述骨架密实型结构，获得优良的抗车辙性能，就要为达到上述骨架密实型结构，获得优良的抗车辙性能，就要 将级配做将级配做粗粗，同时在获得级配骨架的考虑，同时在获得级配骨架的考虑防离析与密实性防离析与密实性。结合。结合 贝雷法等级配设计方法，提出了均匀化设计。贝雷法等级配设计方法，提出了均匀化设计。 实例实例: 优化型优化型AC25 NMPS：26.5m
14、m PCS：13.2mm CA=(P13.2-P4.75) /(100-P13.2)=0.58 均匀化设计即：整体骨架要好，均匀化设计即：整体骨架要好，9.5mm9.5mm以上的碎石要以上的碎石要 多；减少多；减少26.5mm最大公称粒径的含量最大公称粒径的含量(防离析防离析) ，同时压，同时压 缩缩3-5mm ( (干涉料干涉料) ) 、5-10mm(次干涉料？次干涉料？)的用量；足够的用量；足够 的细料的细料(2.36mm) 等沥青砂（胶）浆用来填充密实。等沥青砂（胶）浆用来填充密实。 尚显尚显单一单一，不足以评，不足以评 价该级配，价该级配，优化改良优化改良 型级配解释理论与评型级配解释
15、理论与评 价指标正在。？价指标正在。？ 2.12.1均衡、均匀设计方法均衡、均匀设计方法- -优化型优化型ACAC- -25C25C防离析抗车辙防离析抗车辙 合理控制最合理控制最 粗档集料用粗档集料用 量量 级配下限级配下限 级配上限级配上限 增加增加9.5mm以上中间以上中间 档集料用量档集料用量 注：红色曲线为优化级配，黄注：红色曲线为优化级配，黄 色曲线为偏中值的传统色曲线为偏中值的传统AC类。类。 减少减少3-5mm、5-10mm 用量用量 27 对对 比比 效效 果果 (骨骨 架架 形形 态态 特特 征征 变变 化化) 角砾岩角砾岩AC25优化均衡、均匀型级配的沥青混合料密度变化表优
16、化均衡、均匀型级配的沥青混合料密度变化表 相同材料，相同条件下，优化后级配沥青混合料马歇尔相同材料，相同条件下，优化后级配沥青混合料马歇尔密度是最密度是最 大大的的来自贵梧高速公路广东清远试验室来自贵梧高速公路广东清远试验室11月月14日同行日同行PK结果。结果。 2.1 2.1 均衡、均匀设计方法均衡、均匀设计方法- -优化型优化型ACAC- -20C20C- -抗车辙抗车辙 注：红色曲线为优化级配，黄注：红色曲线为优化级配，黄 色曲线为偏中值的传统色曲线为偏中值的传统AC类。类。 大幅增加大幅增加9.5mm- 19mm集料用量集料用量 合理增加合理增加19- 26.5mm用量用量 压缩压缩3-5mm、 5-10mm用量用量 对对 比比 效效 果果 (骨骨 架架 形形 态态 特特 征征 变变 化化) 优化型级配有别于以往的沥青混合料
