沥青和沥青混合料课程设计

《沥青与沥青混合料》

课

程

设

计

学校：重庆交通大学

学院：土木建筑学院

专业：2012级材料科学与工程班级：1班

学号：631201030102

姓名：黄峰

指导老师：黄维蓉赵可

目录

1. 引言 (1)

2. 国内外研究现状 (1)

2.1 柔性基层路面 (1)

2.2 国外研究状况 (1)

2.3 国内研究现状 (2)

2.4 目的及意义 (3)

3. 设计内容 (3)

4. 实施方案及结果 (3)

4.1 原材料的选择及检测结果 (4)

4.1.1 胶结材料 (4)

4.1.2 集料 (4)

4.2 确定矿料级配 (5)

4.2.1集料密度 (5)

4.2.2级配 (6)

4.3大马歇尔方法 (7)

4.4 GTM设计方法 (8)

4.4.1 GTM压实原理 (8)

4.4.2 GTM试验机的参数 (8)

4.4.3 GTM沥青混合料配合比设计技术要求 (11)

4.4.4 GTM法确定最佳油石比 (11)

4.4.5 GTM法下的高温稳定性 (10)

5.实验结果分析及结论 (11)

5.1 油石比及参数指标比较 (11)

5.2 分析 (11)

5.3 结论 (12)

6. 参考文献 (12)

ATB-25不同设计方法下的高温稳定性的比较

1.引言

在国内，由于经济基础及技术基础的特点所限，长期以来，各级公路大多是用半刚性材料修筑路面基层和底基层。据统计，我国沥青路面结构在高速公路路面结构中占据了主导地位，建成的高速公路路面约75％采用了沥青混凝土路面，而90％以上的高等级公路沥青路面的基层均采用了半刚性材料，半刚性基层沥青路面是我国目前高等级公路沥青路面的主要结构类型。随着国民经济的发展，在高等级公路交通量、超载、重载的增加，半刚性基层沥青路面的早期破坏日益突出。其病害主要表现为以下几方面【1】：

（1）半刚性基层收缩开裂，引起沥青路面裂缝；

（2）水分沿裂缝下渗、给水，在车辆荷载作用下，导致唧浆、面层松散等水损害。

（3）半刚性基层与沥青面层之间结合薄弱，在行车荷载作用下，结合面上产生较大的剪应力，致使面层沿界面滑移，形成流动性车辙。

（4）一旦面层发生病害，为了补强需要重新铺筑基层，不仅延长维修养护时间，还会增加养护维修费用，且效果也不太理想。

我国个地区气候，地质条件千差万别，但现行的路面结构过于单一，为此，根据国外经验，考虑对沥青稳定碎石为材料作为路面基层材料的研究与应用，既可以丰富我过沥青路面结构形式，同时也能因地制宜，满足各地经济水平和交通量的现状。

2.国内外研究现状

2.1 柔性基层路面

关于沥青路面的基层，笼统来说分为两类,一类为半刚性基层，另一类则是柔性基层。

柔性基层中，级配碎石和沥青稳定碎石是典型代表。级配碎石是一种材料形式，在20世纪70年代，开始研究应用。在四川成渝高速公路已有应用，基本没有出现类似半刚性基层的沥青路面病害，使用情况良好。

沥青稳定碎石混合料，是由大小不同粒径组成集料（不包括矿粉），与适量沥青按一定比例配合，经均匀拌和形成。其级配可以是连续密集配ATB-××，也可以是半开级AM。其主要特点有：高温稳定性好，低温抗裂性好，空隙较大，沥青用量少，不用矿粉、造价低、使用时间长。

虽然柔性基层路面使用性能良好，根据调查研究表明【2】，柔性基层沥青路面但容易产生车辙。尤其是在我国重交通高速公路上，当车辙病害严重时，同样也会导致沥青路面破坏。

2.2 国外研究状况

国外沥青路面发展经过了近百年的历史，其路面结构形式也经历了不断发展的过程。早期，欧美国家大都采用半刚性基层，但随着二战后，各国经济开始回暖，国民经济增长，交通量不断增大，导致前文所述病害。为了满足路面长期使用的性能要求，开始大力发展沥青稳定碎石作为基层材料。

20世纪70年代，加拿大和美国对沥青稳定碎石基层进行了大量试验和应用研究，指出沥青稳定碎石基层的结构系数接近沥青混凝土面层。美国地沥青协会于1960年提出全厚式沥青路面的概念，意思是直接在土基或在改良后的土基上，铺设单层或多层沥青混凝土的路面结构。20世纪后期，欧美各国将研究重点转为长寿命沥青路面的开发。所谓长寿命路面是以柔性、抗疲劳沥青混凝土为作为基层。

1）LSAM---大颗粒沥青混合料

为了降低柔性基层上的沥青路面车辙，提高热拌沥青混合料路面的高温稳定性，美国各州开始采用大粒径（25mm～53mm之间的热拌沥青混合料）沥青混凝土基层，最常用的是26.5mm，37.5mm两种粒径。

80年代初，在科罗拉多进行了足尺路面研究，全厚式沥青混凝土基层及美国的标准路面结构有非处治的基层和底基层结构。该项目是验证AASHO道路试验结果在科罗拉多环境下的应用效果【3】。

对LSAM的研究始于20世纪90年代，在试验方法上，由于基层混合料最大粒径相对面层要大得多，马歇尔方法不适用，为此，宾夕法尼亚州运输部1969年提出了直径为6in（15.24mm）的大型马歇尔试验方法，并在1996年被正式评定为ASTMD5581标准。在LTTP数据库DataPave3中的数据显示，道路面层为密级配沥青混凝土的共有769条，而用沥青稳定碎石作为基层的比例约占83.8%【4】。

日本到1998年已建成通车的高速公路总里程达6450km，使用年限超过10年的大约占66%，这些道路的基层材料也都是沥青稳定碎石。

在英国，原先设计20年的设计寿命已无法满足快速增长的交通量的需要，开始采用2-3cm的磨耗层、中层位20-40cm的高模量沥青稳定基层、下层一定厚度的底基层，保证路面不会出现基层的疲劳开裂，保证路面的耐久性【18】。

2）LSAM---大颗粒沥青混合料的优点

近几年来，美国、英国、加拿大、澳大利亚、日本、南非等对LSAM做了更深一步的研究表明大粒径沥青混凝土具有的优点：

（1）级配良好的LSAM，能够抵抗较大的沥青路面塑性和剪切面型，可以承受重交通，具有较好的车辙能力，提高了沥青路面的高温稳定性。

（2）大粒径集料增多和矿粉用量减少，使得在不减少沥青膜厚度的前提下，减少了沥青总用量，降低工程造价。

（3）可一次性摊铺较大的厚度，缩短工期。

（4）沥青层内部储存温度能力高，热量不易散失，有利于在低冷条件施工，延长施工有效时间。

3）沥青混合料的设计方法

经过大量试验对比验证，从最初的马歇尔方法逐渐发展，在20世纪60年代美国工程兵团开始推理研究发明，解决重型轰炸机跑到破损问题，后来又由美国空军专门组织人员进行研究开发形成GTM方法。使沥青混合料产生的平面剪切应变，比直接剪切试验机更接近于现场的情况。Superpave是1987年美国国会批准设立公路战略研究计划（SHRP）研究项目，在1990年提出的一套全新的沥青混合料设计方法，把热拌沥青混合料材料性能与路面性能联系在一起。

2.3 国内研究现状

我国应用沥青稳定碎石作为基层材料起步较晚，在早期主要采用级配碎石作为柔性基层。到后期对于路面结构层的要求越来越高，便开始了大量研究。