基本介紹
- 中文名：瀝青穩定碎石混合料
- 外文名：bituminous stabilization aggregate paving mixtures
- 組成：礦料和瀝青
- 分類：密集配、開級配瀝青碎石
瀝青穩定碎石混合料的抗剪性能,集料級配分形規律及其套用,級配設計方法,
瀝青穩定碎石混合料的抗剪性能
為了評價瀝青穩定碎石混合料的抗永久變形能力，通過對三軸受力模型進行分析、簡化，利用無側限抗壓強度試驗和劈裂強度試驗，對瀝青穩定碎石混合料的力學性能和抗剪強度參數進行研究。結果表明:隨公稱最大粒徑、粗集料含量的增大，內摩擦角增大，而粘聚力減小;提高結合料粘度可以明顯提高粘聚力，而對內摩擦角影響不大;採用基於無側限抗壓強度試驗和劈裂強度試驗得到的抗剪強度參數，可以用於瀝青穩定碎石混合料設計。
越來越多的道路工程下面層開始使用瀝青穩定碎石(ATB)。由於高速公路交通量大、重載車多和渠化交通嚴重，如果設計不當，極易在高溫季節產生車轍病害，因此，對瀝青混合料高溫性能研究較多。雖然使用ATB的層次較低，受溫度的影響不如上面層和中面層，但是如果ATB抗剪強度不高，也會產生剪下破壞，形成永久變形;且ATB一般厚度較大，因此其影響也不容忽視。ATB抗剪強度主要由兩部分構成:一是瀝青結合料產生的粘聚力;二是大小不同的集料顆粒嵌擠、摩擦產生的摩阻力，其中內摩阻力主要取決於礦料的級配、形狀和表面特性等因素。就ATB在路面中的實際使用情況來看，採用三軸試驗無疑最接近其真實的受力狀態。但是，三軸試驗需要專門的試驗儀器，很難在工程單位推廣套用。為此，研究人員提出了一的試驗方法，如直接剪下試驗、貫入試驗等，這些評價方法相比三軸試驗更簡單，但是仍然需要專門的儀器或夾具，大規模套用仍然不方便。為此通過對三軸受力莫爾圓的受力分析，利用工程單位很容易實施的無側限抗壓強度試驗和劈裂強度試驗的結果來計算ATB的粘聚力和內摩擦角，從而評價其抗剪下性能。
集料級配分形規律及其套用
為了分析和利用瀝青穩定碎石混合料集料級配分形規律，基於分形幾何的基本理論，推導出瀝青穩定碎石混合料集料的分形幾何模型；以 ATB-30 為例，計算了集料級配分維值，並通過瀝青混合料體積參數的測試，研究了分形維數與體積參數的關係．結果表明：規範級配範圍對應的 ATB-30 分維值 範圍為 2.4117 ~2.574 4；分維值D 與空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、穩定度等體積參數有很好的相關性．利用集料級配分形規律，可對具有不同分維值D 的瀝青穩定碎石混合料的體積參數進行預估，使混合料的配合比設計更具針對性．
瀝青穩定碎石混合料是由集料、礦粉和瀝青組成的非均值、多相、多層次的複合體系．集料占混合料中的質量分數約 95 % ，因此，集料特徵（集料的形狀、規格、級配等）決定了瀝青混合料的體積組成，進而影響著混合料各種路用性能．集料往往使用機制碎石．研究表明，碎石的表面具有明顯的分形特徵—自相似和自仿射，不同尺度的碎石混合後，表徵集料特徵尺寸的粒徑形成一種分布，這種分布是一種數學分形．由此導致其質量分布函式（通過率）、體積結構具有分形特徵，從而使瀝青混合料巨觀力學性能呈現出不確定性、不規則性、模糊性和非線性的分形特點．近年來，道路研究人員利用分形幾何理論對集料顆粒分形特徵，混合料級配走向、抗滑性和疲勞性能進行了研究，取得一些有重要結論．但是，瀝青穩定碎石混合料集料級配的分形規律及其套用，未見報導．在總結前人研究的基礎上，基於集料級配的分形特徵，探討瀝青穩定碎石混合料集料的分形規律，研究集料級配分形維數與瀝青穩定碎石混合料體積指標的關係，以期對瀝青穩定碎石混合料級配設計和性能檢測更具針對性．
級配設計方法
據統計，中國90%以上的高等級公路瀝青路面的基層和底基層採用了半剛性材料，這表明半剛性基層瀝青路面已經成為中國高等級公路瀝青路面的主要結構類型。然而，經過20餘年的研究和套用發現，半剛性基層瀝青路面存在著一些不可克服的技術問題，如由於半剛性基層材料的乾縮和溫縮特性而導致瀝青路面產生反射裂縫;半剛性基層在荷載和水的綜合作用下產生的唧漿、鬆散等水損害現象，嚴重影響了道路的繼續服務能力，造成了較大的經濟損失和不良的社會影響。雖然中國已經採取了多種措施來減少半剛性基層瀝青路面的反射裂縫以及水損害，但效果均不明顯。因此，中國越來越重視瀝青穩定碎石基層的研究和套用。如何根據基層的受力特點，準確地設計出能夠滿足性能要求和結構要求的瀝青混合料，已成為道路工程技術領域的重要研究課題。
分別採用現行規範推薦法、Superpave法、主骨架空隙體積填充(CAVF)法和貝雷法設計了4種密級配瀝青穩定碎石基層混合料，然後採用力學指標設計法確定了所設計的4種級配瀝青穩定碎石基層混合料的最佳油石比，並對最佳油石比下的瀝青穩定碎石基層混合料進行了抗永久變形性能和抗疲勞性能等路用性能的研究;根據設計過程和設計結果對4種級配設計方法進行了比較評價，在此基礎上提出了新的密級配瀝青穩定碎石基層混合料的級配設計方法———五控制點級配設計方法。結果表明:採用五控制點級配設計方法設計的級配與貝雷法、CAVF法的設計級配非常接近，並且總體上位於貝雷法設計級配和CAVF法設計級配之間。
