基于抗剪性能的城市道路瀝青路面材料研究

常艷婷 田豐

摘要：由于使用傳統瀝青路面材料建設城市道路時，瀝青路面很容易出現裂縫問題。為此，進行基于抗剪性能的城市道路瀝青路面材料研究。通過設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力，并保證其小于瀝青路面材料結構層內最大剪應力，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，最大剪應力能夠滿足設計總體要求，因此可在城市道路瀝青路面施工方面推廣應用。

關鍵詞：抗剪性能;城市道路;瀝青路面材料;材料配比

中圖分類號：U416

文獻標識碼：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的質量要求包括：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;經壓路機碾壓后，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應用范圍的拓寬，尤其是應用在城市道路瀝青路面實踐中瀝青材料抗剪性能的優越性已經逐漸顯現出來，影響瀝青材料抗剪性能的關鍵因素包括：瀝青類型、配比、油石比、粗集料針片狀含量以及細集料棱角性。抗剪性能作為衡量瀝青路面材料的重要指標，一直是國內外重點研究的問題。在1940年國外學者W.S.Housel通過三軸試驗方法對瀝青路面材料抗剪性能進行研究，并首次提出了計算剪應力的方法，而我國譚憶秋通過有限元分析方法明確剪切能力的強弱可直接影響城市道路瀝青路面的使用年限。為準確測得瀝青路面材料的抗剪性能，同濟大學的畢玉峰、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，本文進行的基于抗剪性能的城市道路瀝青路面材料研究中，設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計改進提出具體建議，從根本上提高城市道路工程建設質量。

1基于抗剪性能的城市道路瀝青路面材料

1.1設計瀝青路面材料配比

城市道路瀝青路面工程建設時主要采用瀝青砼進行分路幅攤鋪，致力于將接縫位置襯砌更加緊密，防止出現裂縫問題叫。瀝青路面材料配比作為影響瀝青路面材料抗剪性能的內在因素，應該根據我國城市道路圍巖地質條件以及施工條件的使用要求，對瀝青原材料進行配比調試。在城市道路瀝青路面工程施工試拌、試鋪的階段做好調整配置工作。依據馬歇爾穩定度、孔隙率、試件密度以及電流值，繪制馬歇爾試驗指標曲線圖。馬歇爾試驗指標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計級配范圍;再對瀝青路面材料進行選擇與準備;通過設計瀝青路面材料的配比，進而確定瀝青最佳使用量。根據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曲線圖中相應于毛體積密度最大值;a，指的是馬歇爾試驗指標曲線圖中相應于穩定度最大值;a，指的是馬歇爾試驗指標曲線圖中相應于空隙率中值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曲線圖上各項指標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曲線圖上各項指標均符合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。

根據公式（3），可計算出瀝青路面材料的最佳油石比。結合以往經驗，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，做水穩定性檢驗和高溫穩定性檢驗。根據驗證結果，若達不到相關規定則另選材料、調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配合比。在設計瀝青路面材料配比過程中，還要重視機械設備的能動性，對城市道路瀝青路面.工程施工配比進行最后的配比調試。在瀝青試拌、試鋪的階段做好調整配制工作，從而達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施工整體質量，進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在因素。

1.2計算瀝青路面材料容許剪應力

考慮到瀝青路面材料抗剪性能的強弱，是弓起城市道路瀝青路面在短期內出現裂縫的根本原因。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力進行計算。容許剪應力主要是由于城市道路瀝青路面承受行車荷載重復作用條件下，所能夠承受的最大疲勞應力。設瀝青路面材料容許剪應力為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構層的剪切強度;K.指的是瀝青路面材料抗剪強度的結構系數;A。指的是瀝青路面材料配比系數，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，為實數;A.指的是城市道路等級系數，其中，一級城市道路系數為1.0;二級城市道路系數為1.1;三級城市道路系數為1.2，四級城市道路系數與三級相同。本文設計的瀝青路面材料要求其計算出的容許剪應力必須小于瀝青路面材料結構層內最大剪應力，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構層內最大剪應力

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構層內最大剪應叫。首先，在BISGDFLEWBV5.0中輸人計算得到的瀝青路面材料容許剪應力以及測得的水平力和垂直力;再設計垂直荷載、re、軸載以及當量圓直徑等參數。瀝青路面材料各結構層具體參數，如表1所示。

結合表1信息，確定瀝青路面材料結構層內的最大剪應力，其結果如表2所示。

根據表2可以看出，瀝青路面材料結構層內最大剪應力在中間層，而這一點與我國譚憶秋通過有限元分析方法得出的結果是一致的，由此可進一步確定本文設計的有效性。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力后，并與瀝青路面材料中間層內最大剪應力對比，得到能夠滿足城市道路瀝青路面工程設計抗剪強度要求的瀝青路面材料，進而解決瀝青路面裂縫問題。

2實例分析

2.1實驗準備

根據上述瀝青路面材料的設計，進行具體實例分析。本次實驗選取四條路面結構形式不同的城市道路瀝青路面進行測試，針對其泊松比、抗彎拉強度以及回彈模量進行參數設定，具體信息如表3所示。

根據表1所示，分別使用傳統瀝青路面材料以及本文設計瀝青路面材料對四條不同路面結構形式的路段進行實際應用，設置傳統的瀝青路面材料為實驗對照組。實驗主要內容為測試兩種瀝青路面材料下的最大剪應力，從而評定抗剪性能更強的瀝青路面材料。

2.2實驗結果分析與結論

根據上述設計的實驗步驟，采集實驗數據，將兩種瀝青路面材料下的最大剪應力進行對比，最大剪應力對比結果，如下表4所示。

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

3結語

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的質量對于整個社會的發展具有極大的促進作用，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，完成傳統瀝青路面材料所不能實現的力學性能目標。因此，基于抗剪性能設計出一種新型城市道路瀝青路面材料是具有現實意義的，能夠滿足對城市道路瀝青路面工程建設的總體要求，為城市道路瀝青路面工程建設提供學術意義。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奠定良好的基礎。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力計算及剪切強度進行驗算，這一點可以作為日后研究方向之一。

參考文獻

[1]楊文娟，顧海榮，董強柱，等，瀝青路面就地再生加熱技術與裝備的發展現狀[J].筑路機械與施工機械化，2019，36（02）：24-32.

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

[3]劉甲榮，楊偉剛，王凱，等.濟青高速公路改擴建路面拼寬技術創新與實踐[J].公路交通科技（應用技術版），2019，15（06）：3-6.

[4]單珂，李丹丹，李強，等.公路舊瀝青路面材料熱再生技術及機理研究[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計參數研究[J].功能材料，2018，49（09）：9141-9147.

[6]林梅，李萍，念騰飛，等.再生瀝青微觀結構對流變性能的影響[J].華中科技大學學報（自然科學版），2019，47（06）：121-126.