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1、刍议公路沥青路面结构柔性基层和半刚性基层组合摘要：本文分析了半刚性基层具有许多优点的同时,存在排水不良、反射裂缝等不足;而柔性基层则相反.该文通过探讨对柔性基层传统的材料与工艺进行改革,提高柔性基层质量和模量,以减少沥青路面的疲劳裂缝,实现柔性基层与半刚性基层的优化组合。关键词：半刚性基层；柔性基层 特点 碎石基层 性能特点1 概述半刚性基层具有良好的强度、刚度与稳定性,且造价较低,因此很长时间以来在我国得到广泛应用。但大量的工程应用与研究发现半刚性基层也存在着一些不足,如半刚性基层密实且刚度大,易引发横向收缩裂缝、反射裂缝、路面内滞水与基层表面冲刷、唧泥等路面病害。2 半刚性和柔性基层的不同
2、特点柔性基层沥青路面结构与半刚性基层结构具有不同的受力特点柔性基层沥青路面结构与半刚性基层结构具有不同的受力特点和荷载响应特点，一般认为半刚性基层沥青路面结构设计具有强度高一般认为半刚性基层沥青路面结构设计具有强度高板体性好的特点。但实践证明半刚性材料是一种脆性材料，在低应力水平的荷载作用下，其寿命较长，但在重载条件下，其抗重载能力并不一定高。同时由于半刚性基层强度较高，半刚性基层上的沥青面层处于最不利的受力状态，更容易产生车辙。而半刚性基层沥青路面结构对水的敏感性很强是结构发生水损坏的根本原因。柔性基层沥青路面结构通过采用沥青稳定碎石或级配碎石材料做基层，对交通荷载的响应变的不太敏感，通过自
3、身良好的弹性形变特点，对重交通荷载的适应能力更强，同时，由于两种材料对水的稳定性好，对延长和提高沥青路面的长期使用性能具有更好的作用。3 沥青稳定碎石基层沥青碎石基层作为一类柔性结构层，国际上许多国家普遍采用以沥青稳定碎石和级配碎石作为基层的柔性路面，并且有较为成型的路面设计计算方法、设计指标。我国路面设计技术规范关于柔性基层沥青路面的规定，柔性组合式路面，即柔性基层与半刚性基层组合结构：对于沥青混凝土面层厚 15cm 的高等级路面，当沥青混凝土面层减薄为 10cm，把原来属于 5cm 沥青混凝土面层的投资用于修建约 10cm 的沥青碎石基层。虽然增加了沥青层总厚度，但由于沥青碎石基层的沥青用
4、量较低，而且增加沥青层总厚度所需的石料，可以通过减薄半刚性基层总厚度弥补，因此材料总用量增加不多。减薄沥青混凝土面层，增设沥青碎石基层的结果是沥青层总厚度的增大。沥青稳定碎石基层提高了基层与沥青混凝土层粘结牢固，并且模量接近，路面结构的受力、变形更为协调，起到应力消散的作用。沥青稳定碎石是为重交通荷载而开发的，粗集料嵌锁成骨架，细集料填充空隙而构成骨架密实型或骨架空隙型结构，以抵抗车辆荷载作用下的永久变形。按空隙率的大小可分为密级配沥青稳定碎石(ATB)、半开级配沥青稳定碎石(AM)、开级配沥青稳定碎石(ATPB)。沥青稳定碎石在国外广泛用于基层结构，它具有较高的抗剪强度、抗弯拉强度和耐疲劳特
5、性。与传统的用于面层的沥青混凝土相比，它应用于基层，粒径较大，级配较粗，沥青用量较少，对原材料的要求相对于面层要低。与半刚性基层相比，则不易产生收缩开裂，同沥青面层一起构成全厚式沥青路面(厚度在 20cm 以上) ，以开级配沥青稳定碎石(ATPB)为例介绍其性能特点。4 沥青混合料性能特点4.1 强度性能ATPB 设计要求粗集料通过良好的石一石接触形成空间嵌挤骨架以承受荷载作用。在整个混合料的抗剪强度中，由骨架结构所提供的内摩阻力所占的比例明显高于传统的沥青混凝土，也高于传统的沥青碎石 AM 混合料。说明 ATPB 具有良好的抗剪切能力，有助于提高混合料的抗车辙能力和抗重载能力。因为骨架密实型
6、 ATPB的强度主要是由内摩擦力和黏聚力形成，内摩擦力的大小取决于摩擦角的大小，由于 p 温度敏感性较小，因而内摩擦力的变化也很小；黏聚力取决于沥青的数量、胶浆的数量和量，并随时间的延长而衰减。ATPB 总的沥青用量较少，黏聚力强度的衰减不明显。在自然或恶劣气候条件下混合料强度衰减慢，这对延长路面使用寿命是十分有利的。ATPB 的骨架稳定性是其高温稳定性的关键。骨架稳定高的混合料，其粗集料的相互接触点多，骨架很密实。ATPB 良好的骨架作用使得集料承受荷栽后具有较小的变形和较高的承载能力。4.2 高温稳定性沥青混合料的劲度模量随温度升高而降低，为了保证沥青路面于高温季节在行车荷载的作用下不致产
7、生诸如波浪、推移、车辙、泛油等病害，沥青混合料应具有足够的高温稳定性。对沥青层较厚的路面结构，车辙问题尤其严重，车辙已成为当今世界上沥青路面三大破损形式( 疲劳、车辙、低温开裂)中最为突出的问题。日本高速公路的沥青路面由于车辙而进行维修、加铺或翻修面层工程的比例占整个维修、加铺或翻修工程的 80。国外研究表明，ATPB 能显著提高路面抵抗车辙的性能。4.3 低温抗裂性沥青是一种温度敏感性材料，温度的变化会使其力学性能发生很大的变化。随着温度的降低，沥青混合料的强度和劲度都会明显增大，同时，其变形能力也会显著下降，并会出现脆性破坏。虽然作为基层，在一般气候条件下，沥青稳定碎石混合料所面临的低温状
8、态不会很严重，但在冬季气温急剧降低时，也可能会因收缩而产生横向裂缝。基层的开裂不但会造成基层本身强度的降低，而且裂缝会反射到面层，造成面层的开裂，破坏路面结构完整性，进而在水分和行车荷载的综合作用下产生破坏。其结果是路面强度明显降低，在大量行车荷载的反复作用下，产生冲刷和开裂现象，从而使裂缝发展成为网裂、龟裂而使路面很快产生结构破坏。因此必须要保证沥青稳定碎石基层混合料有良好的低温抗裂性能。研究表明，裂缝在面层产生应力之前，采用粒径较大的开级配的沥青混合料会以某种方式消散应力的产生。4.4 疲劳性能路面使用期间，在环境影响下经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交迭变化状态，致使路面结构强度
9、逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数以后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳破坏。在现代交通中，交通量越来越大，轴载越来越重，为了保证路面在设计使用年限内满足使用性能要求，对基层材料的抗疲劳 I 生能提出了更高的要求。青混合料是典型的黏弹朔性材料，在夏季高温时，由于车辆作用引起的疲劳损耗有很大的恢复。5 结束语由于高速、重载交通对路面结构使用性能的要求提高，在半刚性基层沥青混凝土路面结构建设与使用经验的基础上，发展柔性基层与半刚性基层优化组合结构是技术进步的必然，并且有必要加快完善和系统配套。通过对沥青稳定碎石特性的分析，使我们了解到把沥青稳定碎石作为基层，可以克服半刚性基层的一些弱点，可以解决现有沥青路面早期损坏的问题，并且由于其模量与沥青层接近、沥青稳定碎石基层与沥青面层的层间黏结效果好等优点，有利于提高路面受力的协调性，延长路面寿命。参考文献：1万德臣 .路基路面工程M. 高等教育出版社,2005.2公路沥青路面设计规范.人民交通出版社,JTG D50-2006.4高等学校教材.路基路面工程( 第二版).陆鼎中同济大学出版社,2008.
