浅谈路面基层材料对路面路用性能的作用

浅谈路面基层材料对路面路用性能的作用
摘要：水泥稳定碎石基层以其整体性好、承载力高、水稳性好、且较为经济为优势，近几年来在国内外许多高速公路中得到采用。

由于水泥稳定碎石混合料对温度和湿度的变化比较敏感，所以在温度和湿度变化的作用下容易产生收缩裂缝。

大粒径沥青混合料可以很好地解决水泥稳定碎石基层的缺点所在，通过研究表明，大粒径沥青混合料具有很好的高温稳定性和抵抗反射裂缝的性能。

关键词：水泥稳定碎石大粒径沥青混合料路用性能
沥青路面由于具有优良的性能被越来越多的用于公路建设中，但近年来，随着交通运输的快速发展，重车和轮压的增大以及交通车辆的渠化，沥青路面开始出现抗车辙能力不足和早期破损增多的现象，路面使用性能衰减加快，使用寿命大大缩短，造成了较大的经济损失和不良的社会影响。

因此，如何设计以提高抗车辙能力为主，同时改善抗疲劳性能、水稳定性和低温性能等综合路用性能的路面材料，已成为道路工作者关注的热点。

如何解决半刚性路面反射裂缝和旧水泥混凝土路面加铺或改造中沥青加铺层反射裂缝问题，是目前公路界亟待解决的问题之一。

1路面结构组合设计
沥青路面是用沥青材料作结合料粘结矿料修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构。

由于沥青路面使用沥青结合料，因而增加了矿料间的粘结力，提高了混合料的强度和稳定性，使路面的使用质量和耐久性都得到提高。

与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、震动小、噪声低、施工期短、养护方便、适宜于分期修建等优点，因而得到越来越广泛的应用。

路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。

由公式得到交通量，=0.08,=3
轴载换算采用如下的计算公式：
式中：N——标准轴载的当量轴次，次/日；
——被换算车型的各级轴载作用次数，次/日；
——标准轴载，kN；
——被换算车型的各级轴载，kN；
——轴数系数，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为m；当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算：——轴数；
——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0. 38。

验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为
式中：——轴数系数；
——轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。

当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算：
上述轴载换算公式，仅适用于单轴轴载小于130kN的各种车型的轴载换算。

根据上级文件的要求和管辖路段的实际情况以及有关规范的推荐，在济青高速路面维修中，我们采用半刚性基层和大粒径沥青混合料的柔性基层两种方案，以延长道路的使用年限。

2水泥稳定碎石混合料对路面路用性能作用
我国高速公路经过十几年的建设，积累了丰富的经验，在路面结构方面形成了一种主流模式——半刚性基层沥青路面。

作为半刚性材料之一的水泥稳定碎石混合料在修筑沥青路面结构中常被用于基层和底基层己得到普遍的推广。

水泥稳定碎石混合料由于对周围环境温度和湿度的变化比较敏感，加之其刚度大，在强度形成过程中以及营运期间会产生干缩裂缝和低温收缩裂缝。

因此，必须给予足够重视，采用合理的结构层次、合理的基层厚度和模量、特别是合理的材料组成，这样才能使水泥稳定碎石基层沥青路面真正体现“优面强基稳定土基”的路面结构组合原则，使其在技术上更加合理。

实践证明，影响公路使用性能和使用寿命的关键因素之一是基层的材料和质
量。

调查结果表明，新建高速公路和其它公路产生的一些早期破坏均与基层质量不好有关。

因此，作为路面的基层材料，一般必须满足以下几个基本要求：
1、具有足够的强度和合适的刚度
水泥稳定碎石基层必须具有足够的强度才能承受车轮荷载的反复作用，即在行车荷载的反复作用下，基层不会产生过多的残余变形，更不会产生疲劳弯拉破坏。

水泥稳定碎石基层材料的强度主要包括两个方面：一是石料本身的强度；二是水泥碎石混合料整体的强度。

2、具有足够的水稳定性和冰冻稳定性
路表水会通过各种途径进入路面结构中;在地下水位接近地表的地段，特别在路基填土不高时，地下水可通过毛细作用进入土基上部和路面结构层;在冰冻地区，由于冬季水分重分布的结果，路基上层和路面底基层都有可能处于潮湿或过湿状态。

沥青面层虽不是完全不透水的，但却能阻碍路面结构层和土基中水分的蒸发。

3、具有足够的抗冲刷能力
国内外的调查研究表明，水泥稳定碎石基层材料的冲刷及由之而产生的卿泥现象是明显存在的，而这些现象均与基层材料的组成特性有关。

前文已经说明，表面水会通过多种途径进入沥青路面结构层内，如果进入的水不能及时排出，而是停留在面层和基层的交界面上，就会使得基层局部潮湿甚至饱和。

在行车荷载的反复作用下，浆体被逐渐压挤出裂缝，形成沥青面层上裂缝处的唧浆现象。

因此，要求水泥稳定碎石基层材料对这种冲刷必须具有足够的抵抗能力，从而避免出现严重的唧浆现象。

4、具有良好的抗裂性能
基层材料随着温度和湿度的变化，产生一定的拉应变，如果超过材料允许拉应变，基层就会开裂。

基层的收缩开裂不仅破坏基层结构的整体性而降低其强度，并且这种裂缝很容易在面层上形成反射裂缝，因此希望基层的收缩量越小越好。

水泥稳定碎石基层材料的收缩主要包括由于失水而产生的干燥收缩和因温度降低而产生的温度收缩两大方面。

5、具有良好的疲劳性能
疲劳是在小于材料极限强度的应力反复作用下材料所产生的累计破坏。

水泥稳定碎石基层在使用期间经受车轮荷载的反复作用，加之气温环境影响使其长期处于应力应变交替变化状态，致使路面结构强度逐渐下降。

当荷载重复作用超过一定次数后，在荷载作用下路面内部产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力，当水泥稳定碎石基层内的弯拉应力达到抗弯拉强度值时，裂缝迅速发展并贯穿全截面，继而发生断裂。

综上所述，为了使水泥稳定碎石混合料发挥其作为基层应起到的承重、扩散荷载应力和改善路基水温状况的作用，水泥稳定碎石基层必须具有良好的力学性能、水稳定性能、耐久性能、抗冲刷性能及疲劳性能，以及就半刚性基层而言，需要特别注意的是抗收缩开裂性能。

3大粒径沥青混合料对路面路用性能作用
大粒径透水性沥青混合料（Large Stone Porous asphalt Mixes，以下简称LSPM）是指混合料最大公称粒径大于26.5mm，具有一定空隙能够将水分自由排出路面结构的沥青混合料，LSPM通常用作路面结构中的基层。

许多成功的路面其基层采用的是较大粒径的单粒径嵌挤型沥青混合料，如灌入式沥青基层。

因此提出以单粒径形成嵌挤为条件进行混合料的设计，从而形成开级配大粒径透水性沥青混合料（LSPM）。

LSPM的设计采用了新的理念，从级配设计角度考虑，LSPM应当是一种新型的沥青混合料，通常由较大粒径（25mm-62mm）的单粒径集料形成骨架由一定量的细集料形成填充而组成的骨架型沥青混合料。

LSPM设计为半开级配或者开级配。

过去多年来一直采用标准马歇尔试验进行沥青混合料的设计和研究，由于LSPM最大公称粒径较大，现行沥青混合料试验规程对于大于26.5的粗粒式沥青混合料，可以采用替代法。

根据目前国内外对成型方法的研究基础，可以采用的方法有大型马歇尔法、振动成型法和旋转压实仪体积法等，但是到目前为止还无完善的设计体系。

马歇尔方法在我国应用比较普遍，也比较容易接受，但是由于大型马歇尔沥青混合料粗骨料相对更多、骨架结构形成较好，根据课题研究成型方法要根据现有条件可以采用大型马歇尔法和旋转压实法，考虑目前施工单位配备旋转压实仪困难很大，在设计时应对两种方法进行对比，现场仍以大马歇尔法为准。

4结束语
通过学习,了解了水泥稳定碎石半刚性基层和大粒径沥青混合料（LSPM）柔性基层的各项性能研究，在了解到水泥稳定碎石基层具有很多优点的同时，其自身也有一些如容易产生温缩、干缩裂缝，并最终形成反射裂缝等不可克服的缺点，最终导致面结构的破坏。

为了解决这些问题，提出了柔性基层的设计思想，经试验研究发现LSPM在抗车辙能力、高温稳定性、水温性、抗疲劳性能和抵抗反射裂缝等方面都有良好的改善，能够有效弥补半刚性基层的一些缺点，特别对于抵抗反射裂缝有很明显的提高和改善。

但是由于大粒径沥青混合料在我国还处于初级阶段，并没有得到普遍的应用，所以还要继续努力对大粒径沥青混合料进行研究，通过完善其结构理论来应用到实际，充分发挥其优势，避免其劣势，为我国的公路事业做出更大的贡献。

参考文献
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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。