浅析沥青混凝土路面路用性能

浅析沥青混凝土路面路用性能
摘要：本文主要从沥青混凝土路面优缺点、性能指标、设计标准进行介绍，得出该类材料是很好的路用材料，同时也提出沥青混凝土路面设计与实施中影响其质量的不确定性因素，供他人参考。

关键词：沥青混凝土路面性能指标设计标准
七十年代我国以“经济建设”为中心，全国建设迈入新时期。

随着工农业发展，特别是汽车制造、石油工业迅速发展，全国人民生活质量提高，家用汽车量、货物运输、各地间交流等迅速提高，加快了公路交通工程发展进度，这使公路运输业在国民经济中地位越来越重要。

沥青混凝土路面是以沥青材料作结合料，粘结矿料修筑而成的道路面层。

沥青混凝土材料具有良好的路用性能，被广泛应用于高等级公路及城市主要道路路面材料。

1 优缺点
沥青混凝土路面具有路面平整、无接缝、振动小、噪音低、行车舒适优点，具有较高的强度、耐久性、水稳性优点，具有施工期短、利于养护等优点。

沥青混凝土路面的缺点：抗弯拉强度较低，基层及路基要求高，受温度影响较大（低温易缩裂、高温不稳定），施工有污染。

通过上述优缺点比较，大部分缺点可以通过优化设计、优化施工减少，尽量避免沥青混凝土路面缺点，比如沥青混凝土中掺入外加剂改善其性能指标，路面面层多层实施进行改善其受力效应及对基层进行防水、密封；路面基层选择半刚性、刚性材料，保证路面的刚度；路基选用高强度、高透水、高压实的材料提高路基的水稳定性、整体稳定性，从道路基础上保证路面的刚度；通过选择适宜季节、有效的施工管理措施进行施工，从而达到防止沥青混凝土在施工时引起缩裂、不稳定、污染的效果。

2 性能指标
性能指标是为保证工程结构质量所明确相关质量的指标，根据相关规范工程结构性能指标主要包括“安全性、适用性、耐久性”三个方面。

安全性是指正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用，在设计规定的偶然事件发生时和发生后仍能保持必要稳定性的能力;适用性是指正常使用时具有良好的工作性能;耐久性是指正常维护下，材料性能具有随时间退化而不立即出现失效的能力。

沥青混凝土路面作为要经受气候(如降水、湿度、冰冻、日照等)、车辆
反复复杂作用的结构物，也应该具有一般工程结构的性能指标。

沥青混凝土路面结构由垫层、基层和面层形成整体，其中一层发生损坏都将导致整个路面结构性破坏，所以沥青混凝土路面每层作用均不同。

针对沥青混凝土性能指标，所以在路面设计时必须考虑其使用要求和良好使用性能：承载能力（强度、刚度）、稳定性、耐久性、表面平整与抗滑要求。

沥青混凝土路面性能指标均由以下指标参数、试验测试确定：路面弯沉值是路面强度指标，沥青混凝土弹性模量是路面刚度指标，动稳定度是沥青路面高温稳定性指标，沥青路面耐久性主要表现沥青的老化，国际平整度指数IRI是沥青路面表面平整性能指标，横向力系数SFC60、构造深度TD是沥青路面抗滑性能指标，冻融劈裂试验强度是沥青路面水稳性指标，极限弯曲是沥青路面抗裂性能指标；测定路面材料性能的方法有压缩试验、劈裂试验和弯拉试验等。

根据现行沥青路面设计规范规定：以设计弯沉值计算路面厚度并对结构层进行层底拉应力验算时，各层材料的模量均采用抗压回弹模量，沥青混凝土和半刚性材料的抗拉强度采用劈裂试验测得的劈裂强度。

以路面设计弯沉计算路面厚度时，采用20℃的抗压模量，验算层底拉应力以15℃的抗压模量为计算值。

具体设计值参考不同数其值差异不大，不在此处进行详细简述。

3 设计标准
根据现行规范，沥青混凝土路面结构应在规定的条件下，沥青路面设计年限内，允许在期限内进行道路的维修，沥青混凝土路面从而完成承载预测标准累计轴次，达到其设计目的。

路面结构设计时采用多层弹性层状连续体系
在双圆垂直均布荷载进行模拟，详见右图。

柔性路面设计规定选取以下三项指标作为沥
青路面设计标准：
容许回弹弯沉指标（轮隙中心处路表实测
弯沉Ls≤设计弯沉Ld）；
2)容许弯拉应力指标(σm≤σR);
3)容许剪应力指标(城市道路柔性路面采用，双圆垂直均布荷载模拟图
而公路规范中规定：有条件时，对重载交通路面宜检验沥青混凝土混合料的抗剪切强度);
不同的沥青路面设计时，其标准适用条件具体如下：交通量小时可仅用容许回弹弯沉设计，沥青碎石面层可采用容许弯沉和容许剪应力设计，沥青贯入式、沥青表处、粒料路面可采用容许回弹弯沉指标设计，半刚性基层可采用容许弯拉应力指标设计。

4 不确定性因素
沥青混凝土作为路面材料路用性强，但是在设计和施工中也存在很多不确定因素，详见以下几个方面：
设计过程
材料参数一般包括材料热学参数和力学参数。

热学参数主要有：导热系数、热膨胀系数、导温系数、表面放热系数、热熔等，力学参数主要有：弹性模量、泊松比以及抗压强度、抗拉强度等。

沥青混凝土路面材料从材料制造技术、施工工艺方面来讲，沥青混凝土材料力学参数、热学参数都存在变异。

对沥青混凝土路面设计中确定的值来描述该材料的性能参数，所用的数值是通过实验室内环境进行试验确定，确定后进行一些修正值计算而得最终的数值，修正值是一个有效范围的数值，规定根据当地实际进行取值，使得设计计算出来的结果与实际偏差较大，导致计算结果不能完全反映在施工状态下的实际情况。

2）施工过程
通过对本地区一些实施中的项目观察，发现在沥青路面各层施工中，铺筑厚度是通过平石、自拉标高线等方法进行控制，完全的理论厚度很难实现，铺筑厚度精确度要求也未能达到。

除现场偷工减料外，铺筑过程中还是存在厚度偏差，导致实际与理论不符，不排除厚度微小变异引起路面的破坏，厚度微小变异不确定因素有限元分析过程是非常复杂的，导致在此方面研究成果很少。

这样也导致计算模型不能指导施工，假如安全系数取大值，导致其材料的浪费现象。

3）研究计算
对沥青混凝土路面进行建模分析时，模型、荷载均有一系列假设，该类假设与实际完全不相符，例如假设各层都是均质的、各向同性的完全弹性体，在水平力作用下各层间的位移和变形是微小的，也就是上下两层完全刚接等。

实际沥青混凝土路面是柔性的，并非完全弹性体、均质；上、下两次通过粘层连接、摩阻力抵抗水平力，粘层、摩阻力连接是有最大限度值，当水平力超过该值，上下面层产生水平滑移产生位移。

其实每种工程材料生产、形成都是一个复杂的过程，工程上一般根据室内试验、工地地质资料、工程经验确定材料模型类别是与实际不相符的，得出的就只有近似值，这也阻碍了其研究理论的发展。

5 结语
1)由于沥青路面破坏模式和原因复杂，因此选择既能反映沥青路面主要破坏特点，同时又能在路面结构设计中起到控制作用的临界破坏状态和设计标准。

2)面层材料组合不当或施工、养护质量欠佳常引起松散、泛油，路面修复沉陷损坏可通过改善路基水温状况和加设垫层等措施来解决，路面修复反射裂缝损坏可通过合理的材料组合设计和结构措施，减轻或避免其危害程度。

3)现有沥青混凝土路面设计方法均以开裂和变形两大主要破坏模式。