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                浅︾谈极限超薄沥青路面应用

                发布日期:2019-06-26 15:37 信息来源:河北交通报 访问量:? 字体 :[ 大 ][ 中 ][ 小 ]

                1、“极限超薄沥青路面”概念

                超薄沥青混凝土面层的概念起源于20世纪70年代后期的法国,厚度为14mm—40mm,其用途是铺筑沥青面层的表面层,或用于旧沥青路面表面抗滑性能的恢复。

                沙庆林院士提出的“超薄沥青路面”的概念是厚度小于70mm。这里所讲的“极限超薄沥青路面”是厚度完全由沥青面层的功能要求所决定,在沥青面层满足各项功能要求时,厚度减到极◤限薄,各等级公路(包括高速公路)沥青∞层厚度一般均不大于60mm。

                2、各项功能对厚度的要求

                沥青层的各项功能所需最小厚度

                (1)改善△行车条件,提供舒适的柔性路面,所需最小厚度为3mm;

                (2)防水,所需最小厚度为3mm;

                (3)保护基层,提供耐冲击(抗冲击韧性好)、耐磨层的表面,所需最小厚度为10mm;

                (4)提高平整度,二级公路所需最小厚㊣ 度10mm--30mm,一级公路、高速公路所需最小厚度←40mm—60mm,城市道路、机场跑道和其他路面所需最小厚【度3mm—60mm;农村公路所需最小厚度▆3mm。

                (5)纹理深度或横向力系数或摩擦系数

                二级公路所需最小厚度10mm—30mm,一级公路、高速公路所需最小厚度40mmSMA或40mm—60mm沥青混凝土,城市道路、机场跑道和其他路面所需最小厚度3mm—60mm;

                3、推荐厚度

                一级公路、高速公路:40mm—60mmSMA二、三级公路:30mm—40mmAC13-F沥青混凝土。

                三级以下公路:10mm微表处、5mm稀浆封层或碎石封层。

                4、“ 限流效应”

                汽车轮胎对路面垂直向下的压力,在路面内部产生泊松效应,产生一个水平应力F,这个水平○应力F使路面材料产∞生水平位移,有一部分位移卸载后不能恢复,我们把这种塑性变形↓叫做水平流变。

                在沥青层□ 的表面,路面在上述水平应力F的作用下产生水平位移的趋势时,汽车轮胎对路面就会产生摩擦力,这个摩擦力限制了水平流变。理论分析表明,沥青混凝土的√泊松比为0.25—0.5,汽车轮胎与沥青路面的摩擦系∮数大于0.5,即泊松比小于静摩擦系数时,这个摩擦力完全可以抵消水平应力F因此表面不会产生水平流变。

                在沥青层的底面,沥青面层与基『层粘结时,粘结力同样可以抵消底面的水平应力F,底面也不会产生水平流∴变。

                轮胎的摩◥擦力和基层的粘结力限制路面材料水平流变的作用就叫“限流效应”。

                限流效应都是以剪力的形式提〓供的,剪应力进入到沥青路面内部随深度增加衰减较快,并且温度越高,弹性模量越◣低,衰减越快;而泊松效应产生的水平压应力■是由竖向应力产生卐的,随竖向压应力的变化而变化,进入到沥青路面内部随深度增加衰减较慢,并且温度越高,弹性←模量越低,衰减越慢。

                因此,沥青面层的厚度越薄,越能发挥限流效应的①作用。

                5、经典理论∑ 的缺陷

                目前,现有经典理论中有关沥青路面车辙或水平能力的分析都是使用有ㄨ限元方法计算。在有限元计算中把汽车轮胎◥与路面的接触条件假定为固结,应变等于零,由此计算进入路面内部以后不同深度的位移,然后反算应力。这样计算与实际情况不符,没有按照剪应力分♂布规律进行计算,不能反映路面▼的实际受力状态。路表面水平应变为零,是因为汽车轮胎对路面产生了摩擦力,抵消了→由泊松效应产生的水平力。这个摩擦力是水平剪力。尽管这个剪◎应力是反作用力,但它对沥青路面内部的水平应力也有影响,并且〖它的影响符合剪应力的分布规律。这个规律具⊙有独特性,衰减很快,并且温度越高,弹性模量越低,衰减越快。

                6、其他力学分析

                沥青路面内部产生的应力,除了温度应力以外,其他都是由汽车轮胎作用产生的。

                (1)温度应力

                基层〗不会因为温度应力而破坏;沥青】混凝土是不良导体,沥青面层越厚,温度梯度越大,温度应力也越大,所以增加沥青面层的厚度对其温度应力是不利的。

                汽车轮胎的作用在沥青路々面内部产生的内力除了前面所述的○泊松效应和限流效应外还有:压应力、刹@ 车时的剪应力、较大纵坡上重力在路面坡度↓方向的分力、汽车轮胎对路面弯沉盆前沿的推力、层底的弯拉应力、竖向剪应力等。

                (2)压应力

                沥青混凝土的抗压强度都在2MPa以上,超载超限车轮胎对路面的接触压力超不过1.1MPa,所以,压力不会造成路■面破坏。而且,轮胎对路面▲的压力在路表面最大,增加沥青面层的厚度对抵抗压力没有帮助。

                半刚性基层的抗压强度远大于沥青混凝土,所以半刚性基层不会因为沥青面层太薄而◤被压坏。

                (3)摩擦力

                沥青路面ㄨ的摩擦力约为0.55MPa。有文献报道,采用能量◤法简化计算出,层间最大剪应力︻可达约0.80MPa。一般沥青混凝土的抗剪强度都在1.5MPa以上。此↓项剪力不会造成路面破坏。

                7、沥青路面内力性质分析

                (1)轮胎对弯沉盆前沿的推力。这一水平力的大小与路表弯沉值有关,具体数值不好估算,也没有见〇过有文献介绍,一般认为超不过0.15MPa。而■且它是与前两项水平力(泊松效应水平力和摩擦力)共同作用的。在沥青面层与基层结合不好时,这三个水平力共同作用使得沥青面层产生推移病害→→。此项剪力的最大值在▂路面表面上,增加沥青路面厚度对降低此剪力没有帮助。

                在路面表面上,摩≡擦力和轮胎推力相加超不过0.7MPa。剪应力沿路面深度☉衰减较快,如上所述,路面表面最大剪应力超不过0.7MPa时,厚度为3 cm的沥青面层层底最大剪应力0.6MPa,有资料介绍,紧急制动时,路表下2cm—3cm处的剪应力最大达到▲约0.4MPa。使用70#或90#沥青作为沥青面层与基♂层之间的粘结油,粘结强度可达1.0MPa;半刚性基层的抗剪强度大于沥青混凝土,所以上述剪力不会造成沥青路面推移,也不会造成基层剪切破坏。

                (2)沥青※面层与基层粘结时,整个沥青面层都处在抗弯断面的受压区,不存在弯◎拉应力。并且,沥青面层越薄,层底出现拉应力的◥机会越少。

                (3)汽车轮胎〖作用在沥青路面上,轮胎对其下面接触的路表面产生竖直向下的压应力,这个压应力随深度增加向四周扩散,应力扩散靠的是剪应力实现的,在路面表面轮迹边沿♀竖向剪应力最大。因此,增加厚度对路面抵抗竖向剪应力没有帮助。半刚性基层也不会因为竖向剪力∩破坏。

                由以上限流效应、其他力学分析,再结合沥青路面内力性质分析可以确定:“极限超薄沥青路面”在理∮论上是正确的。

                8、适用条件

                “极限超薄沥青路面”适用条件没有特殊的要求,只是厚度减︼薄的部分原来还有应力扩散的功能,因此将减薄的部分换成半刚性☆基层即可。

                9、注意事项

                (1) “极限超薄沥青路面”特别强调与基层的粘结。

                研究表明,用90#或70#AH沥青碎石封层做为粘结层即可,用量一般为0.8-1.0Kgm2。严禁使用透层∮油,因为透层油能够大幅度降低碎♀石封层的粘结作用。并注意较低气温施工时,碎石封层热沥青中要加煤油增粘。

                (2) 极限超薄沥青路面的减震作用远不如较厚的沥青面层,半刚性基层的脆裂病害更为◥突出,因此必须增加半刚□性基层的厚度,增加半刚性基层自身的抗脆裂能力。

                10、优越性

                (1)能够彻底消除沥青路面的车◢辙。

                (2)能够大幅度降低沥青路面修建成本。

                (3)能够消除沥青层的弯拉疲劳裂缝。

                (4)能够消除或减少沥青路面的温度裂缝。沥青混凝土是不良导体,厚度大于15cm时容易出现温度裂缝。

                11、实验路使╳用情况

                (1) 邢临公路威县大街段,长3Km,宽22m,改建时路【面结构为30cm石灰土+18cm二灰碎石+8cm沥青面层。由于该路段6轴超限车特别多,通车后两年,车辙、拥抱特别严重。维修时将旧沥』青面层清除后,在旧№二灰碎石上直接铺了4cmAC16沥青混凝土,效果非常好。

                (2) 邢台市南外环电厂路煤矿沉陷段改建,长800m,宽16m。路面结构为:30cm石灰土+18cm水泥稳定碎石+3cm沥青面层。目前没有病害。

                目前,邢台市共修建了大约60万m2的极限超薄沥青路面,使用效∏果几乎与较厚的沥青面层相同,没有▲因为沥青层薄而过早破坏。(李军)

                (审核专家 王一臣)



                责任编辑:孙悦

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