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摘要：大粒径沥青碎石具有抗车辙能力及抵抗反射裂缝的能力，能解决现在路面使用中出现的高温稳定性差和耐久性差的问题。目前大粒径沥青混合料大多用作沥青路面基层，但对其作为下面层的研究和使用相对较少，通过对不同厚度的大粒径沥青碎石下面层进行力学计算，得出大粒径沥青混合料作为下面层合理厚度取10~11cm较合适。
关键词：公路；道路工程；大粒径沥青混合料；
引言
沥青路面直接受车辆荷载和大气因素的影响，同时沥青混合料的物理、化学性质受气候因素与时间因素影响较大。因此，为了能使路面给乘客和车辆提供平稳、舒适、快捷的服务，要求沥青路面具有良好的稳定性和耐久性。本文主要通过采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验方法来评价、分析大粒径沥青混合料（LSM）的水稳定性。
1.沥青路面结构模型
本研究应用于高速公路，上面层采用4 cm厚的沥青混凝土AC-13，中面层采用5 cm厚的沥青混凝土AC-20，下面层采用大粒径沥青碎石，基层和底基层采用水泥稳定碎石，共设7层（沥青混凝土上面层；沥青混凝土中面层；大粒径沥青碎石下面层；水泥稳定碎石基层；水泥稳定碎石底基层；碎石垫层；土基）。我国的沥青路面半刚性基层得到长期的应用和研究，具有较高的强度、良好的整体稳定性和耐久性、施工方便，强度随龄期的增加而逐渐增加等一系列优良路用性能，因此在本路面结构设计时依然采用水泥稳定碎石做基层。在本研究中采用大粒径沥青碎石作为上面层可有效阻止反射裂缝并且可做排水层，所以可采用水泥稳定碎石基层，既克服了其缺点又充分发挥了其优势。
2.温度场有限元模型建立
瞬态连续变温的沥青路面在静荷载作用下的应力应变计算方法，在ABAQUS软件有限元分析中通过以下方法实现，首先根据适当的温度边界条件建立温度场计算模型，进行路面结构的温度场数值分析；然后建立静荷载作用下力学计算模型；再把分析出的温度场导入荷载分析步中；最后计算出应力应变。本次计算先进行稳态热分析确定瞬态热分析的初始温度分布，再用瞬态热分析计算出的温度场作为热荷载进行温度应力分析。本研究中要考虑温度和荷载耦合进行结构力学行为的计算，应用一维模型就不便于耦合的计算，本文计算选用二维平面模型。沿着统一道路横截面方向建立坐标，x方向为沿横截面方向，y方向沿深度方向向下，路面结构温度场函数用T（x，y，t）表示。x方向长度考虑车道的宽度，采用300 cm；在确定y方向厚度时，考虑到随着路面结构深度的增加，外界温度对路表温度的影响随着深度增加而减小。
[1]，到达路表以下80 cm左右外界气温的影响可忽略不予考虑
[2]，因此y方向厚度取值100 cm。温度场的计算以按平面应变问题求解。确定边界条件时，x向采用固定约束，在y方向上荷载的作用会产生竖向位移，设置边界时沿y方向产生位移。进行稳态热分析时假设一整天的路表温度变化为-20℃，-10℃，0℃，10℃，15℃，20℃，外界气温的变化通过路表的对流边界和辐射边界传递给路面体。计算温度场时以该整天的温度建立热分析模型，并以此6个时刻作稳态分析，然后在稳态分析的基础上进行瞬态分析，为热应力计算提供温度场基本数据。温度场计算时，材料的热工参数包括材料的密度、比热容、热导率。不同级配的沥青混合料在不同温度条件下的热工参数不同，但相差不大，计算时一般取为常数，模型的材料参数见表1。
3.温度与荷载耦合作用下沥青路面结构的力学行为分析
本文主要考虑抵抗低温开裂的问题，因此控制指标选用下面层层底应力、基层层底应力及底基层层底应力和表面弯沉，根据建立的有限元模型采用ABAQUS软件对以上指标进行计算，得到路面模型应力和变形云图；使用ATB-30混合料作为下面层在其厚度分别为6，8，10，12，15 cm及在不同温度下各层层底应力以及路面弯沉的计算结果见图1。
3.沥青混合料级配离析试验及评价指标
目前大粒径沥青混合料配合比设计时还没有考虑级配离析问题，由此设计的混合料最大问题是由于离析而导致沥青路面渗水．包秀宁、陈静云等人［7－8］提出的路面颗粒材料离析性的评价方法主要针对纯集料级配，而不能对沥青混合料离析进行评价，笔者开发了一种集料离析测量仪，能很好地模拟沥青混合料在拌合与运输过程的集料离析，可用来评价大粒径沥青混凝土施工时的离析程度，从而及时对级配进行重新设计，以改善大粒径沥青混合料的均匀性。
试验仪器剖面如图1所示.
图 1 集料级配离析装置剖面图
试验时为防止沥青混合料粘在挡板上需在挡板上贴上蜡纸． 把在 130 ～ 140 ℃ 下拌和好的 6 ～8 kg 沥青混合料装入料斗，摊平后打开料斗下的阀门，使混合料自然下落． 等料完全掉入挡板下部的两个料仓后，把前后料仓的混合料分别装入容器，进行抽提试验计算集料的通过率采用前后料仓混合料集料通过率之差 Δ∑Pi来评价混合料离析程度． 当 Δ∑Pi 处于 0 ～ 100时，混合料属于没有离析或者轻微离析；Δ∑Pi 处于 100 ～ 200 时，混合料属于中等程度离析；Δ∑Pi大于 200 时，混合料属于严重离析．
3.不同级配沥青混合料级配离析的评价
见表 1，其结果满足道路石油沥青技术指标 A －70#要求．
1. 集料粗集料采用石灰岩，其压碎值为16．5% ；与沥青的粘附性为5级．矿粉为石灰岩磨制而成． 经测定集料的各项性能指标均符合规范《公路工程集料试验规程 JTGE42—2005》要求．各种规格集料密度测定结果见表2
沥青混合料摊铺之前离析评价
不同级配沥青混合料离析试验结果如表3～4所示．大粒径沥青混合料的Δ∑Pi都超过了100，属于中等离析的混合料；而传统的AC－13型沥青混合料Δ∑Pi小于100，属于不易离析的沥青混合料．用体积法和SUPEＲPAVE法设计的沥青混合料级配离析特别严重，而用贝雷法设计的BL－26．5、BL－31．5两种混合料的离析程度在第二水平上．BL－37．5由于其最大公称粒径为37．5mm，其离析也特别严重．这也说明在最大公称粒径相同的情况下，用贝雷法设计的大粒径沥青混合料抗离析明显优于其他两种设计方法．大粒径沥青混合料离析水平与级配和最大公称粒径密切相关，公称粒混合料越容易离析．大粒径沥青混合料中大于4．75mm的集料是引起离析的关键因素，在配合比设计与施工时必须采用措施来控制。
4 .结论
大粒径沥青混合料易产生集料级配离析，设计良好的混合料可以有效降低离析程度．笔者开发了集料级配离析试验装置，通过采用前后料仓混合料集料通过率之差可以有效评价沥青混合料的离析程度．基于贝雷法设计的大粒径沥青混合料相对更均匀、离析程度小．沥青路面施工成型后可以采用目测法和铺砂法相结合的方法来评价沥青路面是否发生离析，这些方法为沥青混合料级配设计提供了可靠的技术支撑，从而有效减少沥青路面的早期损害，延长路面使用寿命
参考文献：
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论文作者:潘家劲
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/8
标签：沥青论文; 粒径论文; 面层论文; 碎石论文; 路面论文; 荷载论文; 沥青路面论文; 《基层建设》2016年11期论文;