柔性基层混合料设计与施工

柔性基层混合料设计与施工要点张登良教授一、沥青稳定碎石基层（一）沥青稳定碎石基层特点及基本要求1．特点·兼具板体性与柔韧性·使路面结构受力更加均匀·强度形成快·可避免沥青路面过早开裂（反射裂缝）2．基本要求·一定的强度——扩散荷载·稳定性与耐久性·抗疲劳开裂和永久变形（二）沥青稳定碎石基层的应用表1.1欧洲各国最传统的沥青基层应用情况国家德国英国法国北欧意大利西班牙术语沥青结合料承重层DBMGB、EMEStratodibaseG20、25公称粒径3228，4010，14，2025，3225-6020，25胶结料类型50/7050、100、20035/50（GB）20/30，或改性（EME）70/10050/70，70/100一般不改性50，100，200沥青用量%3.63.5-43.5-4(GB)6(EME)3-53.5-4.53.5-4空隙率%3-82-84-12(GB)6-10(EME)8-126-12厚度cm大于87-10(28)9.5-14(40)8-15(GB)6-15(EME)大于66-154.5-15注：北欧：包括挪威、瑞典、丹麦、芬兰、冰岛等国。表1.2日本、澳大利亚以及我国台湾省沥青基层应用情况国家台湾日本澳大利亚加拿大BC印度越南术语沥青处理基层沥青稳定基层DBMATB公称粒径传统：19，25新增加：25，35传统：37.5新增加：31.520,28,4019,252525胶结料类型传统以85~100为主,现部分地区已改用60/70一般为60/80,80/100;大粒径为40/60,60/80通常采用改性沥青75/60,40/50,25/3080/100,150/200,200/30060/70-沥青用量%3-5---4.5-6＞4空隙率%传统3-10；大粒径沥青混凝土3-53-12轻交通：3-5，重交通5重交通：4-6轻交通：3-83-55-8厚度cm-最大粒径的2倍（5cm）以上＞4.5(20),＞5(28),＞10(40)-5-10-表1.3美国部分州、部门密级配沥青基层应用情况州、部门德州加州路易斯安那FHWA选择指南1）术语沥青稳定基层沥青混凝土基层沥青凝土基层沥青稳定基层沥青混凝土基层公称粒径ATB：25,35HAC：22.4,31.52025ATB：19,25,37.5HAC：19,2519,25,35胶结料类型-PG64-22--沥青用量%3-9-空隙率%3-5-3-53-5-厚度cm----5.7-7.5(19),7.5-10(25),10-15(37.5)注：1）为2001年NAPA和FHWA路面沥青混合料类型选择指南表1.4Peport386给出的美国各州大粒径密级配沥青混合料应用情况州阿肯色科罗拉多肯塔基密歇根新墨西哥俄勒冈田纳西德州加州公称粒径37.5192537.525253037.537.525,37.5空隙率3-63-54.3-4.93.5-6.53-43.5-4.543-5.53.44-7沥青用量2.5-73.7-5.74.5-4.73-3.73.5-53.6-4.383-82.5-8.14.9-5.71．绝大部分国家采用密级配的中粒式，粗粒式或特粗粒式沥青稳定碎石基层；2．最大粒径·欧州：25mm、28mm、32mm、40mm·美国：19~37.5mm·日本：传统37.5mm、新增31.5mm·台湾：传统19mm、25mm开始应用大粒径沥青混凝土最大粒径为25mm、30mm（提高强度，减小沥青用量）·澳大利亚：20mm、40mm（重载交通）3．空隙率·一般3~6%，也有3~8%·有些采用开级配沥青稳定碎石，其空隙率＞18%4．沥青标号·法国：沥青稳定碎石一般35/50，高模量沥青混凝土基层20/30·澳大利亚：40/50，重交通道路25/35·英国：40/50·加拿大、西班牙：特软沥青为200号·台湾：85/100、60/70（重交通）·日本：60/80、80/100→40/60（重交通）·印度：60/70·美国：骨架型结构，允许采用较软沥青·中国：一般50/70，寒冷地区90号，高温地区，爬坡路段30/505．混合料级配·美国：大碎石沥青混合料可提高结构性能与经济性（粗集料较多，则VMA相对低，沥青用量可降低）。粗集料较多，可形成骨架结构，对沥青的数量与质量的依赖性会降低，还可采用较软的沥青。表22002年俄亥俄州大马歇尔标准筛孔,mm5337.5251912.59.54.752.361.180.600.30.075通过率,%10085-10068-8856-8044-6837-6022-4514-358-256-184-132-6·中国：骨架密实结构——骨架的空隙由少量细集料、矿粉和沥青填充。表3建议的密级配沥青碎石级配范围5337.531.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075ATB-2510090-10060-8048-6842-6232-5220-4015-3210-258-185-143-102-6ATB-3010090-10070-9053-7244-6639-6031-5120-4015-3210-258-185-143-102-6ATB-3510090-10075-9265-8549-7143-6337-5730-5020-4015-3210-258-185-143-102-6该级配范围位于AC-Ⅰ型与Ⅱ型之间。实验表明，其具有较低的沥青用量，小的空隙率和良好的路用性能。（三）沥青稳定碎石基层混合料设计方法1．试件成型方法及技术指标试验方法表4.1各规范沥青基层混合料成型方法及设计参数国家日本加拿大越南印度德国成型方法标准马歇尔双面75次标准马歇尔双面75次标准马歇尔双面75次标准马歇尔双面75次标准马歇尔双面50次设计参数体积参数及马歇尔指标体积参数及马歇尔指标体积参数及马歇尔指标体积参数及马歇尔指标体积参数及马歇尔指标国家英国南非法国澳大利亚台湾省成型方法振动锤成型1）击实锤击实2）旋转压实仪旋转压实仪大马歇尔双面122、标准马歇尔双面75次设计参数体积指标、力学性能试验(包括回弹模量和永久变形)三个标准：体积参数（空隙率和VMA）、IDT试验（如抗拉强度/破坏应变）以及动态蠕变模量混合料性能指标，包括室内空隙率、车辙、疲劳、直接拉伸、混合料模量等Superpave混合料性能指标体积参数及马歇尔指标注：1）vibratinghamber,试件直径152mm，试件成型后，被修剪成高70mm2）Rotatiing-baseMarshall，试件直径152mm，击实锤击实，同时具有一定的搓揉作用；3）大粒径沥青混合料采用大马歇尔试验，传统的沥青处理基层采用标准马歇尔。表4-2美国各州、部门沥青基层混合料成型方法及设计参数项目FHWAAIMarshallHveemSuperpave1969年1992年1995年成型方法标准马歇尔HAC基层1）：性能A：双面75次性能B：双面50次沥青稳定基层2）：双面50次施转压实标准马歇尔双面50次标准马歇尔重交通：双面75次中交通：双面50次轻交通：双面35次一般标准同1992标准，同时要求对于大粒径的沥青混合料采用大马歇尔设计参数体积参数及马歇尔指标Hveem指标Superpave指标体积参数及马歇尔指标注：1）Marshall稳定度或单轴压缩试验抗压强度要求，以及单轴压缩试验中残余强度比或抗拉强度试验中抗拉强度比要求；2）Marshall稳定度要求，同时须满足单轴抗压试验或拉伸强度试验技术要求。表4.3美国各州、部门沥青基层混合料成型方法及设计参数项目路易斯安那州得州阿肯色，俄亥州，新墨西哥，肯塔基、密歇根，田纳西，宾夕法尼亚等州加州MarshallSuperpave沥青稳定基层沥青混凝土基层大粒径密级配沥青混合料大粒径密级配沥青混合料成型方法标准马歇尔双面75次旋转压实旋转压实旋转压实大马歇尔双面112次或标准马歇尔双面75次Hveem（1）马歇尔法仍是当前世界上使用最普遍的方法之一。（2）大马歇尔试件·用于粒径较大的混合料（26.5mm）·试件尺寸扩大1.5倍（直径150mm，高95.2mm）·直径应大于公称粒径的4倍·击实次数亦增大1.5倍（50→75，75→112次）·稳定度和流值的标准相应提高2.25倍和1.5倍（3）试验表明·集料击碎：大马歇尔优于标准马歇尔·密度：大马歇尔小于标准马歇尔·空隙率：大马歇尔大于标准马歇尔·VFA：大马歇尔小于标准马歇尔·稳定度、流值：从大量数据统计稳定度比值平均为2.05流值比值平均为1.46均接近理论值（4）混合料空隙率的确定方法·混合料的最大理论密度用真空法测定·混合料的毛体积密度通常采用表干法，当吸水率大于2%时宜采用蜡封法，对空隙率大于8%时宜采用体积法。（5）最佳沥青用量的确定方法按照规范：用稳定度最大值，密度最大值，空隙率范围中值（或要求的目标空隙率），饱和度范围中值分别对应的油石比a1、a2、a3、a4的平均值，作为OAC1。当密度和稳定度未出现峰值时，以空隙率的中值或要求的目标空隙率所对应的沥青用量为OAC1。2．沥青稳定碎石基层混合料设计标准表5.1部分规范沥青基层混合料马歇尔设计标准单位俄亥俄州台湾吴学礼推荐台湾省“行政院公共工程委员”规范AI95版(重交通)FHWA路易斯安那州日本越南加拿大(重交通)击实次数(双面)次大112大112大112小75小75大112大112小75小75小75小75空隙率%4.53.5-5.53-53-123-53-83-5%3-125-84-6VFA%65-7550-80实测60-75VMA%11.511.5按公称粒径和设计空隙率确定111213稳定度KN13.313.42088186.33.4388流值mm7.17.12.5-52-42-3.53-5.53.81-42-42-3.5表5.2初步拟定沥青稳定碎石的马歇尔配合比设计标准试验指标单位小马歇尔大马歇尔公称最大粒径mm等于或小于26.5等于或大于26.5试件尺寸mmφ101.6×63.5φ152.4×95.3击实次数（双面）次75112空隙率VV%3-6沥青饱和度VFA%55-75VMA，不小于%11稳定度，不小于kN613.5流值，不大于mm4.56浸水马歇尔残留稳定度比，大于%7575冻融劈裂强度比，大于%7070劈裂强度MPa实测表5.2初步拟定沥青稳定碎石的马歇尔配合比设计标准（四）沥青稳定碎石基层的施工（要点）1．拌和·对拌和楼热料仓的筛网合理调整·由于沥青用量较低，集料较粗，故所需的的拌和时间要长一些2．摊铺·由于厚度较厚，摊铺速度宜控制在2m/min以下，以保证更均匀地喂送混合料，并由熨平板提供更多的振动压实。3．碾压·碾压温度：应在混合料降到120℃之前完成复压，降到90℃之前完成终压。·施工层厚度公称粒径（mm）26.531.537.5最小施工层厚（cm）8910最大施工层厚（cm）151515二、级配碎石（一）级配碎石的应用·世界各国普遍采用的基层类型之一·在轻交通道路上用作薄沥青面层下的基层（主要承重层），此时厚度较厚·在中重交通道路上用作厚沥青面层的基层或设置在一定厚度的沥青稳定碎石下作为底基层·用作沥青面层与半刚性基层之间，作为应力消散层二）级配碎石的组成材料与级配1．对组成材料的要求（1）粗集料的形状和破裂面·针片状（长宽比大于3：1）含量一般规定不超过20%·粗集料（4.75mm）的破裂面通常要求不小于60%，以及75%的颗粒须具有2个以上的破裂面。（2）粗集料的强度·一般用抗压碎值和抗磨耗值鉴定集料的强度（3）有害物质控制·通常用砂当量、有机物、粘土团，以及硫酸盐含量作为控制指标（4）耐久性·一般采用冻融试验或硫酸镁安定性试验确定其耐久性表6各规范级配碎石基层、底基层材料类型和技术要求国家或部门液限塑指磨耗值砂当量耐久性要求安定性要求材料类型要求及其它FHWA25%50%粗料：35%细料：35%12%1）底基层、基层集料可以采用耐