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复合桥 复合桥面铺装沥青铺装材料组成优化设计研究 李明国 鲁昌河 广东华路交通科技有限公司 本文针对 复合桥面铺装开裂和车辙严重等问题，基于层位功能对沥青混凝土桥面铺装原材料 优选、矿料级配组成设计和最佳沥青用量确定进行优化，同时选择在沥青混合料中掺加玻璃纤 维，使沥青混凝土桥面铺装材料更能适应桥面铺装层的受力特点，减少开裂及车辙，同时满足 其他路用性能的要求，提高其耐久性。 复合桥面铺装;沥青混合料;振动密实级配; 多级嵌锁抗剪级配 第三篇桥梁工程 第三篇桥梁工程 793 三、沥青铺装材料组成设计优化方法研究 1．基于层位功能的原材料选择 (1)沥青与集料要求 沥青材料和集料的质量是混合料路用性能的基础和保证，对桥面铺装层进行层位分工后，原材料的 选择必须根据各面层层位分工选择合适的沥青和集料，以保证各层获得最佳的层位功能(见表2)。 基于铺装层层位功能的沥青与集料性质要求 表2 铺装层位 沥青指标要求 集料指标要求 黏性好，抗老化性能好，尽可能采用改性沥青， 吸水率小，与沥青黏附性好，棱角性好，重点提高黏 上面层 重点提高老化性能要求 附性要求 下面层 软化点高，黏度和劲度大，宜采用改性沥青 表面粗糙，棱角性好，压碎值小 上面层是铺装结构的主抗老化区和主抗水损害区。要提高抗老化性能就要选择老化性能优异的沥 青和吸水率小的集料；要提高抗水损害性能，就应当使用黏度较大的沥青以及与沥青黏附性较好的 集料。 对于下面层，要提高抗疲劳开裂性能和抗高温车辙性能，就应当使用针入度小、黏度和劲度较大的 沥青以及集料压碎值小、颗粒形状接近立方体的集料。 (2)纤维 根据复合桥面铺装力学分析的结果可知[2]，重载作用下桥面沥青混凝土铺装层所产生的拉、剪应力 值很大，普通沥青混合料很难满足要求，所以在混合料组成中应增加纤维。综合考虑增加纤维的技术及 经济效益，认为掺加玻璃纤维是一种改善沥青混合料铺装技术性能的有效途径。 2．沥青铺装层混合料级配设计方法 1)级配理论及设计方法对比 目前，传统的两种级配组成理论是最大密度曲线理论和粒子干涉理论[5]。最大密度曲线理论主要 描述的是连续级配的集料颗粒分布规律，即矿料中各级粒径的集料从大到小按照一定的质量比例逐级 填充在一起，以期获得最佳的密实度和较大的黏结力，但这种级配的沥青混合料抗剪切变形的能力受黏 聚力控制，不能形成最大的内摩阻力。这种级配方法设计的沥青路面在重载和高温环境下因稳定性不 足，在早期比较容易出现车辙、波浪和推移等变形，影响路面的正常使用。 为解决传统连续密级配存在的问题，又出现了一种新的矿料级配类型——间断级配，粒子干涉理论 就是间断级配的理论基础。该理论认为颗粒之间的空隙应由次小一级的颗粒所填充，其余空隙由再次 一级的颗粒填充，填隙颗粒直径应不大于空隙间距，否则将发生干涉。间断级配就是指在连续级配中剔 除了其中一个粒级或几个粒级形成的一种不连续级配。间断级配沥青混合料在理论上兼有嵌挤和密实 的双重优点，是摩阻力、黏聚力和密实度都最好的混合料，有良好的发展前景。但在当前的技术和经济 条件下，这种级配类型对材料、设计和施工技术要求较高，处理不当常常会导致离析等，而且有些间断级 配如SMA造价偏高，这些都限制了它的大规模推广应用。 2)振动密实级配设计 由桥面铺装层位功能分析可知，桥面铺装上层为主抗水损害、次抗车辙区，从路用功能要求来分析， 这层材料的防水性能要比高温抗剪切性能更重要。所以，在进行本层混合料设计的时候应首先考虑}昆 合料的密实防水性能，兼顾高温性能。由级配设计理论可知，最大密实曲线理论设计的混合料可获得最 佳的密实度和较大的黏结力，所以本文以最大密度曲线理论为基础，采用振动试验，开展振动密实级配 设计方法(Vibrocompacted Grading Design Method)研究。 为了表征粗集料的级配组成结构与集料颗粒之间的关系，引入以下几个概念。 (1)公称最大粒径集料D。，最小振动集料粒径D商。 794 794 第六届中国公路科技创新高层论坛论文集 由于振动试验的缺陷，对粒径很小的集料不可能通过振动试验获得最佳的比例，所以需确定最小的 振动集料粒径，为方便实际操作，以规范中区分粗型和细型密级配沥青混凝土的关键性筛孔作为最小振 动集料粒径D血。。 (2)一级填充 一级填充是由最大公称粒径集料D。和低一级粒径D。集料组成的振实密度最大的组合。根据粒 子干涉理论可知，一般情况下一级填充的两挡集料颗粒粒径相差不大，往往会产生粒子干涉，所以一级 填充的最佳比例通过规范中值和经验确定。 (3)i级填充 由i一1级填充和低一级粒径D。集料组成的振实密度最大的组合。 (4)振实密度10． 振实密度为矿料总质量与振实总体积之比，在振动试验中，取振实后“十”字交叉方向4个点