常艷婷 田豐

摘要：由于使用傳統(tǒng)瀝青路面材料建設(shè)城市道路時，瀝青路面很容易出現(xiàn)裂縫問題。為此，進(jìn)行基于抗剪性能的城市道路瀝青路面材料研究。通過設(shè)計瀝青路面材料配比，得出瀝青路面材料最佳油石比;計算瀝青路面材料容許剪應(yīng)力，并保證其小于瀝青路面材料結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力，解決瀝青路面裂縫問題。通過實例分析，基于抗剪性能的城市道路瀝青路面材料，最大剪應(yīng)力能夠滿足設(shè)計總體要求，因此可在城市道路瀝青路面施工方面推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：抗剪性能;城市道路;瀝青路面材料;材料配比

中圖分類號：U416

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0172-03

0引言

對于城市道路瀝青路面建設(shè)的質(zhì)量要求包括：壓實度表面堅實、平整、嵌縫料不得浮于表面或聚積形成一層;經(jīng)壓路機(jī)碾壓后，城市道路輪跡深度不能超過5mm[1]。由于城市道路瀝青路面施工技術(shù)應(yīng)用范圍的拓寬，尤其是應(yīng)用在城市道路瀝青路面實踐中瀝青材料抗剪性能的優(yōu)越性已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出來，影響瀝青材料抗剪性能的關(guān)鍵因素包括：瀝青類型、配比、油石比、粗集料針片狀含量以及細(xì)集料棱角性。抗剪性能作為衡量瀝青路面材料的重要指標(biāo)，一直是國內(nèi)外重點研究的問題。在1940年國外學(xué)者W.S.Housel通過三軸試驗方法對瀝青路面材料抗剪性能進(jìn)行研究，并首次提出了計算剪應(yīng)力的方法，而我國譚憶秋通過有限元分析方法明確剪切能力的強(qiáng)弱可直接影響城市道路瀝青路面的使用年限。為準(zhǔn)確測得瀝青路面材料的抗剪性能，同濟(jì)大學(xué)的畢玉峰、孫立軍等人通過單軸貫人試驗方法，利用直徑很小的壓塊對瀝青路面材料施加壓力，致使其近似于實際情況。因此，本文進(jìn)行的基于抗剪性能的城市道路瀝青路面材料研究中，設(shè)計出一種基于抗剪性能新型城市道路瀝青路面材料，致力于城市道路瀝青路面設(shè)計改進(jìn)提出具體建議，從根本上提高城市道路工程建設(shè)質(zhì)量。

1基于抗剪性能的城市道路瀝青路面材料

1.1設(shè)計瀝青路面材料配比

城市道路瀝青路面工程建設(shè)時主要采用瀝青砼進(jìn)行分路幅攤鋪，致力于將接縫位置襯砌更加緊密，防止出現(xiàn)裂縫問題叫。瀝青路面材料配比作為影響瀝青路面材料抗剪性能的內(nèi)在因素，應(yīng)該根據(jù)我國城市道路圍巖地質(zhì)條件以及施工條件的使用要求，對瀝青原材料進(jìn)行配比調(diào)試。在城市道路瀝青路面工程施工試拌、試鋪的階段做好調(diào)整配置工作。依據(jù)馬歇爾穩(wěn)定度、孔隙率、試件密度以及電流值，繪制馬歇爾試驗指標(biāo)曲線圖。馬歇爾試驗指標(biāo)曲線圖的具體繪制步驟包括：首先，確定城市道路瀝青路面的設(shè)計級配范圍;再對瀝青路面材料進(jìn)行選擇與準(zhǔn)備;通過設(shè)計瀝青路面材料的配比，進(jìn)而確定瀝青最佳使用量。根據(jù)最佳油石比計算公式固定一個最佳的瀝青取值的范圍，瀝青路面材料最佳油石比的計算步驟共分為三步。設(shè)瀝青路面材料最佳油石比為0AC，第一步計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，0AC指的是初次得到的瀝青路面材料最佳油石比;a，指的是馬歇爾試驗指標(biāo)曲線圖中相應(yīng)于毛體積密度最大值;a，指的是馬歇爾試驗指標(biāo)曲線圖中相應(yīng)于穩(wěn)定度最大值;a，指的是馬歇爾試驗指標(biāo)曲線圖中相應(yīng)于空隙率中值as指的是瀝青飽和度范圍的中值的油石比。第二步計算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，0AC，指的是第二次得到的瀝青路面材料最佳油石比;anin指的是馬歇爾試驗指標(biāo)曲線圖上各項指標(biāo)均符合瀝青路面材料的最小油石比;ame指的是馬歇爾試驗指標(biāo)曲線圖上各項指標(biāo)均符合max瀝青路面材料的最大油石比。最后一步計算公式，如公式（3）所示。

根據(jù)公式（3），可計算出瀝青路面材料的最佳油石比。結(jié)合以往經(jīng)驗，一般采用以0.48%間隔的不同油石比配置4～5組試件。再按照OAC制件，做水穩(wěn)定性檢驗和高溫穩(wěn)定性檢驗。根據(jù)驗證結(jié)果，若達(dá)不到相關(guān)規(guī)定則另選材料、調(diào)整級配或采取其他措施重做試驗，直到符合要求，確定出較理想的目標(biāo)配合比。在設(shè)計瀝青路面材料配比過程中，還要重視機(jī)械設(shè)備的能動性，對城市道路瀝青路面.工程施工配比進(jìn)行最后的配比調(diào)試。在瀝青試拌、試鋪的階段做好調(diào)整配制工作，從而達(dá)到瀝青路面材料的最佳配比。通過合理配比瀝青路面材料，致力于提升城市道路瀝青路面工程建設(shè)施工整體質(zhì)量，進(jìn)而解決瀝青路面材料與接縫之間接觸不緊密的問題，保證瀝青路面材料抗剪性能的內(nèi)在因素。

1.2計算瀝青路面材料容許剪應(yīng)力

考慮到瀝青路面材料抗剪性能的強(qiáng)弱，是弓起城市道路瀝青路面在短期內(nèi)出現(xiàn)裂縫的根本原因。因此，本文以瀝青路面材料配比為控制瀝青路面材料抗剪性能的內(nèi)在因素，對控制瀝青路面材料抗剪性能的外在因素容許剪應(yīng)力進(jìn)行計算。容許剪應(yīng)力主要是由于城市道路瀝青路面承受行車荷載重復(fù)作用條件下，所能夠承受的最大疲勞應(yīng)力。設(shè)瀝青路面材料容許剪應(yīng)力為rg，則其計算公式，如公式（4）所示。

在公式（4）中，r。指的是通過單軸貫入試驗確定的瀝青路面材料結(jié)構(gòu)層的剪切強(qiáng)度;K.指的是瀝青路面材料抗剪強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)系數(shù);A。指的是瀝青路面材料配比系數(shù)，在城市道路瀝青路面的適用范圍下，本文采用配比為1：1;N，指的是累計軸載作用次數(shù)，為實數(shù);A.指的是城市道路等級系數(shù)，其中，一級城市道路系數(shù)為1.0;二級城市道路系數(shù)為1.1;三級城市道路系數(shù)為1.2，四級城市道路系數(shù)與三級相同。本文設(shè)計的瀝青路面材料要求其計算出的容許剪應(yīng)力必須小于瀝青路面材料結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力，也就是必須滿足瀝青路面材料的抗剪要求。

1.3確定瀝青路面材料結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力

基于瀝青路面材料的抗剪要求，本文采用BIS-GDFLEWBV5.0計算程序確定瀝青路面材料結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)叫。首先，在BISGDFLEWBV5.0中輸人計算得到的瀝青路面材料容許剪應(yīng)力以及測得的水平力和垂直力;再設(shè)計垂直荷載、re、軸載以及當(dāng)量圓直徑等參數(shù)。瀝青路面材料各結(jié)構(gòu)層具體參數(shù)，如表1所示。

結(jié)合表1信息，確定瀝青路面材料結(jié)構(gòu)層內(nèi)的最大剪應(yīng)力，其結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2可以看出，瀝青路面材料結(jié)構(gòu)層內(nèi)最大剪應(yīng)力在中間層，而這一點與我國譚憶秋通過有限元分析方法得出的結(jié)果是一致的，由此可進(jìn)一步確定本文設(shè)計的有效性。綜上所述，按照本文配比的瀝青路面材料，在計算出瀝青路面材料容許剪應(yīng)力后，并與瀝青路面材料中間層內(nèi)最大剪應(yīng)力對比，得到能夠滿足城市道路瀝青路面工程設(shè)計抗剪強(qiáng)度要求的瀝青路面材料，進(jìn)而解決瀝青路面裂縫問題。

2實例分析

2.1實驗準(zhǔn)備

根據(jù)上述瀝青路面材料的設(shè)計，進(jìn)行具體實例分析。本次實驗選取四條路面結(jié)構(gòu)形式不同的城市道路瀝青路面進(jìn)行測試，針對其泊松比、抗彎拉強(qiáng)度以及回彈模量進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，具體信息如表3所示。

根據(jù)表1所示，分別使用傳統(tǒng)瀝青路面材料以及本文設(shè)計瀝青路面材料對四條不同路面結(jié)構(gòu)形式的路段進(jìn)行實際應(yīng)用，設(shè)置傳統(tǒng)的瀝青路面材料為實驗對照組。實驗主要內(nèi)容為測試兩種瀝青路面材料下的最大剪應(yīng)力，從而評定抗剪性能更強(qiáng)的瀝青路面材料。

2.2實驗結(jié)果分析與結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計的實驗步驟，采集實驗數(shù)據(jù)，將兩種瀝青路面材料下的最大剪應(yīng)力進(jìn)行對比，最大剪應(yīng)力對比結(jié)果，如下表4所示。

通過表4可得出如下的結(jié)論：本文設(shè)計的瀝青材料最大剪應(yīng)力均高于對照組，使用設(shè)計的瀝青材料進(jìn)行施工可以得到高抗剪性能的城市道路瀝青路面。因此，本文設(shè)計瀝青材料下得出的最大剪應(yīng)力能夠滿足設(shè)計總體要求，可以廣泛應(yīng)用于城市道路瀝青路面施工方面。

3結(jié)語

通過對基于抗剪性能的城市道路瀝青路面材料研究證明設(shè)計瀝青材料的真實性和可靠性。城市道路瀝青路面工程建設(shè)的質(zhì)量對于整個社會的發(fā)展具有極大的促進(jìn)作用，針對城市道路瀝青路面材料基于抗剪性能的提升可以大幅度提高城市道路瀝青路面的平整度，完成傳統(tǒng)瀝青路面材料所不能實現(xiàn)的力學(xué)性能目標(biāo)。因此，基于抗剪性能設(shè)計出一種新型城市道路瀝青路面材料是具有現(xiàn)實意義的，能夠滿足對城市道路瀝青路面工程建設(shè)的總體要求，為城市道路瀝青路面工程建設(shè)提供學(xué)術(shù)意義。綜上所述，可以加大對瀝青路面材料的抗剪性能研究投入，為城市道路工程建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。研究唯一不足之處在于沒有針對瀝青混合料容許最大剪應(yīng)力計算及剪切強(qiáng)度進(jìn)行驗算，這一點可以作為日后研究方向之一。

參考文獻(xiàn)

[1]楊文娟，顧海榮，董強(qiáng)柱，等，瀝青路面就地再生加熱技術(shù)與裝備的發(fā)展現(xiàn)狀[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2019，36（02）：24-32.

[2]彭博，姚勝，田鵬江.瀝青路面廠拌熱再生技術(shù)及施工研究——以佛山-環(huán)西拓舊路處治為例[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2019，01（16）：184-185.

[3]劉甲榮，楊偉剛，王凱，等.濟(jì)青高速公路改擴(kuò)建路面拼寬技術(shù)創(chuàng)新與實踐[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019，15（06）：3-6.

[4]單珂，李丹丹，李強(qiáng)，等.公路舊瀝青路面材料熱再生技術(shù)及機(jī)理研究[J].功能材料，2019，50（10）：10110-10114.

[5]戴勝，姚曉光，王燕，等.再生瀝青混合料配合比設(shè)計參數(shù)研究[J].功能材料，2018，49（09）：9141-9147.

[6]林梅，李萍，念騰飛，等.再生瀝青微觀結(jié)構(gòu)對流變性能的影響[J].華中科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，47（06）：121-126.