永久性路面与结构材料性能
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➢ 7、SHRP-2。 人、车、路综合研究，提供安全、 可靠、有 效、快速运输服务体系。
4
永久性路面与结构材料性能
5
主要内容
一、永久性路面设计理念 二、永久性路面设计方法 三、表面开裂 四、永久性路面的材料要求 五、目前各地永久性路面状况 六、总结
6
一、永久性路面设计理念
7
定义
perpetual pavement ：指只需定期更换路面 表层（把破坏限制在路面上层），而不需进行 结构性修复或重建，且使用寿命大于50年的沥 青路面。
• full-depth asphalt pavement （全厚式路面） • deep strength asphalt pavement （高强度路面） • long-life asphalt pavement（长寿命路面）
8
设计理念
上面层：抗车辙能力和抗磨耗能力 中间层：抗车辙能力 基层：抗疲劳能力 路基：高强、稳定和坚固
路面使用寿命
17
力学设计法
材料性能 (模量值)
尽量不让沥青层底拉 应变>65με或路基顶 压应变> 200με
路面模型 路面反应 (应变, 应力等)
转移函数
设计 完成
路面寿命 是否满足?
18
1992年 Monismith 提出力学 设计法的
流程图
19
力学性能标准
ESAL作用下
弯曲拉应变极值 < 65me
9
设计理念
} 40~75mm 高质量SMA、 OGFC 或 Superpave
100 ~
高压力区
150
mm
100~180mm高模量 抗车辙材料
(根据需要定)
最大拉应变
柔性抗疲劳材料 75~100mm
路面基础
10
设计理念
➢ 自下而上进行设计和施工 ➢ 基础（高强、稳定和坚固 ）
➢稳定 ➢将使用期间的季节性变化和体积变化降低到
最小 ➢ 下面层加强抗疲劳性能 ➢ 上面层加强抗车辙性能
11
永久性沥青路面在使用过程中，为保持 其良好的性能和使用寿命，必须定期检 测，当自下而上的疲劳开裂、温度开裂、 车辙等病害达到预定深度时(即达到磨耗 层深度)，就必须采取罩面等措施。对于 永久性沥青路面而言，这点非常关键， 它保证了将病害限制在表层 ，且尽可能 减小未来罩面的附加厚度 （重铺厚度必 须尽可能采用原厚度 ）
2
➢ 3、2002年AASHTO修改了美国的路面结构设计指 南，2004年正式出版，核心是按“力学—经验法” （MEPDG）进行路面结构设计，提出更加完善的 设计指标和参数。
➢ 4、温拌沥青混合料技术。温拌技术是欧洲Shell等 公司1995年研究开发的，2003年被美国引入并得到 了进一步的发展。2006年、2008年、2011年相继召 开了三次国际会议。2011年由NCHRP（美国国家 合作公路研究计划）编写了“温拌沥青混合料设 计指南”（NCHRP Report 691）。从目前的发展 情况来看，温拌技术完全有可能取代现行的热拌 沥青混合料技术。
长寿命路面和温拌沥青 混合料技术
张起森 长沙理工大学
1
近二十年来路面工程发生了很大变化，出现了许 多新的技术，新的材料和新的工艺。其中主要有： ➢ 1、美国上世纪八十年代末，九十年代初完成的 SHRP计划（公路战署研究计划），依据其主要研究 成果提出了Superpave（超级路面）混合料设计方法。 ➢ 2、1997年英国运输研究所（TRL）Michael Nunn 提出了沥青路面长寿命的概念。二十一世纪初长寿 命的概念引进到了美国，而且有关这方面的研究得 到了长足的发展。2003年在美国Ohio州立大学召开 了第一届国际沥青路面长寿命会议。2005年在美国 芝加哥召开了第一届国际水泥路面长寿命会议。对 长寿命路面进行了定义。
(Monismith, Von Quintus, Nunn, Thompson等人研究发现)
厚 HMA (> 200mm）
基层(as required) 路基
垂直压应变极值 < 200me (Monismith, Nunn等人研究发现)
20
力学指标
• 疲劳开裂
控制点位置：面层底面
控制标准：拉应变<65µe
面层
厚度要求：>200mm
基层
• 永久性变形 控制点位置： 路基顶面 控制标准：压应变 <200µe
路基
永久性路面设计控制点
21
设计软件PerRoad 3.0
• 设计软件 软件名称：PerRoad 3.0 软件开发： David Timm, NCAT ，Auburn大学
• 设计软件下载 URL地址： http://www.Asphaltalliance.com 点击Perpetual Pavement
裂、车辙和温度开裂
14
总费用
经济性能
传统路面
经济差
永久性路面
使用时间
15
二、永久性路面设计方法
16
永久性路面设计过程
• 设计原理 力学方法
• 设计过程
类似于其它结构设计方法
选择控制点 验算控制标准
拉应变标准 压应变标准
Fra Baidu bibliotek(由下至上设计)
输入材料性能参数 路面分析模型 路面应力和应变 路面变换方程
12
要应避免以下现象发生
HMA 基层 路基
重复弯曲
重复 变形
导致疲劳开裂
导致 车辙
13
永久性路面优点
沥青路面寿命可达50年 路面平整，噪音低，摩擦系数高 成本效益高 路面的养护维修仅限于面层 沥青面层可再循环 减少疲劳开裂和车辙损坏 最大限度地减少自然资源的使用 采用力学方法进行路面设计，综合考虑疲劳开
• 设计软件安装 连击 PerRoad
22
三、表面开裂
23
表面开裂
过去一般认为沥青路面的开裂是从下到上 的开裂，但近几年欧洲和美国加利福尼亚、 伊利诺伊德克萨斯、肯塔基、弗罗里达等州 调查发现轮迹带出现自上而下纵向裂缝。弗 罗里达大学等对此展开了大量理论和现场调 查研究，并取得了一定成果
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Top down cracking （自上而下的开裂）
3
➢ 5、各种改性沥青、高粘沥青的研究与应用，如 SBS，SBR，PE，抗车辙剂，阻燃剂，温拌剂等。 同时出现了许多新的路面结构，如SMA，OGFC， 高模量沥青混合料等。
➢ 6、施工机械和工艺的改进，如现场的再生设备 （热再生，冷再生），双层摊铺一次压实设备 （中联重科研发，湖南最近试用了这种设备，据 说效果不错。）
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永久性路面与结构材料性能
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主要内容
一、永久性路面设计理念 二、永久性路面设计方法 三、表面开裂 四、永久性路面的材料要求 五、目前各地永久性路面状况 六、总结
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一、永久性路面设计理念
7
定义
perpetual pavement ：指只需定期更换路面 表层（把破坏限制在路面上层），而不需进行 结构性修复或重建，且使用寿命大于50年的沥 青路面。
• full-depth asphalt pavement （全厚式路面） • deep strength asphalt pavement （高强度路面） • long-life asphalt pavement（长寿命路面）
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设计理念
上面层：抗车辙能力和抗磨耗能力 中间层：抗车辙能力 基层：抗疲劳能力 路基：高强、稳定和坚固
路面使用寿命
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力学设计法
材料性能 (模量值)
尽量不让沥青层底拉 应变>65με或路基顶 压应变> 200με
路面模型 路面反应 (应变, 应力等)
转移函数
设计 完成
路面寿命 是否满足?
18
1992年 Monismith 提出力学 设计法的
流程图
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力学性能标准
ESAL作用下
弯曲拉应变极值 < 65me
9
设计理念
} 40~75mm 高质量SMA、 OGFC 或 Superpave
100 ~
高压力区
150
mm
100~180mm高模量 抗车辙材料
(根据需要定)
最大拉应变
柔性抗疲劳材料 75~100mm
路面基础
10
设计理念
➢ 自下而上进行设计和施工 ➢ 基础（高强、稳定和坚固 ）
➢稳定 ➢将使用期间的季节性变化和体积变化降低到
最小 ➢ 下面层加强抗疲劳性能 ➢ 上面层加强抗车辙性能
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永久性沥青路面在使用过程中，为保持 其良好的性能和使用寿命，必须定期检 测，当自下而上的疲劳开裂、温度开裂、 车辙等病害达到预定深度时(即达到磨耗 层深度)，就必须采取罩面等措施。对于 永久性沥青路面而言，这点非常关键， 它保证了将病害限制在表层 ，且尽可能 减小未来罩面的附加厚度 （重铺厚度必 须尽可能采用原厚度 ）
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➢ 3、2002年AASHTO修改了美国的路面结构设计指 南，2004年正式出版，核心是按“力学—经验法” （MEPDG）进行路面结构设计，提出更加完善的 设计指标和参数。
➢ 4、温拌沥青混合料技术。温拌技术是欧洲Shell等 公司1995年研究开发的，2003年被美国引入并得到 了进一步的发展。2006年、2008年、2011年相继召 开了三次国际会议。2011年由NCHRP（美国国家 合作公路研究计划）编写了“温拌沥青混合料设 计指南”（NCHRP Report 691）。从目前的发展 情况来看，温拌技术完全有可能取代现行的热拌 沥青混合料技术。
长寿命路面和温拌沥青 混合料技术
张起森 长沙理工大学
1
近二十年来路面工程发生了很大变化，出现了许 多新的技术，新的材料和新的工艺。其中主要有： ➢ 1、美国上世纪八十年代末，九十年代初完成的 SHRP计划（公路战署研究计划），依据其主要研究 成果提出了Superpave（超级路面）混合料设计方法。 ➢ 2、1997年英国运输研究所（TRL）Michael Nunn 提出了沥青路面长寿命的概念。二十一世纪初长寿 命的概念引进到了美国，而且有关这方面的研究得 到了长足的发展。2003年在美国Ohio州立大学召开 了第一届国际沥青路面长寿命会议。2005年在美国 芝加哥召开了第一届国际水泥路面长寿命会议。对 长寿命路面进行了定义。
(Monismith, Von Quintus, Nunn, Thompson等人研究发现)
厚 HMA (> 200mm）
基层(as required) 路基
垂直压应变极值 < 200me (Monismith, Nunn等人研究发现)
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力学指标
• 疲劳开裂
控制点位置：面层底面
控制标准：拉应变<65µe
面层
厚度要求：>200mm
基层
• 永久性变形 控制点位置： 路基顶面 控制标准：压应变 <200µe
路基
永久性路面设计控制点
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设计软件PerRoad 3.0
• 设计软件 软件名称：PerRoad 3.0 软件开发： David Timm, NCAT ，Auburn大学
• 设计软件下载 URL地址： http://www.Asphaltalliance.com 点击Perpetual Pavement
裂、车辙和温度开裂
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总费用
经济性能
传统路面
经济差
永久性路面
使用时间
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二、永久性路面设计方法
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永久性路面设计过程
• 设计原理 力学方法
• 设计过程
类似于其它结构设计方法
选择控制点 验算控制标准
拉应变标准 压应变标准
Fra Baidu bibliotek(由下至上设计)
输入材料性能参数 路面分析模型 路面应力和应变 路面变换方程
12
要应避免以下现象发生
HMA 基层 路基
重复弯曲
重复 变形
导致疲劳开裂
导致 车辙
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永久性路面优点
沥青路面寿命可达50年 路面平整，噪音低，摩擦系数高 成本效益高 路面的养护维修仅限于面层 沥青面层可再循环 减少疲劳开裂和车辙损坏 最大限度地减少自然资源的使用 采用力学方法进行路面设计，综合考虑疲劳开
• 设计软件安装 连击 PerRoad
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三、表面开裂
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表面开裂
过去一般认为沥青路面的开裂是从下到上 的开裂，但近几年欧洲和美国加利福尼亚、 伊利诺伊德克萨斯、肯塔基、弗罗里达等州 调查发现轮迹带出现自上而下纵向裂缝。弗 罗里达大学等对此展开了大量理论和现场调 查研究，并取得了一定成果
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Top down cracking （自上而下的开裂）
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➢ 5、各种改性沥青、高粘沥青的研究与应用，如 SBS，SBR，PE，抗车辙剂，阻燃剂，温拌剂等。 同时出现了许多新的路面结构，如SMA，OGFC， 高模量沥青混合料等。
➢ 6、施工机械和工艺的改进，如现场的再生设备 （热再生，冷再生），双层摊铺一次压实设备 （中联重科研发，湖南最近试用了这种设备，据 说效果不错。）