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沥青路面在高温下产生车辙、拥包等永久变形,以及低温时开裂等路用性能与沥青的性质有很大相关性,因此,按沥青路面实际工作温度选择沥青类型至关重要。而我国目前对沥青结合料路用性能的评价仍以经验法为主,缺乏针对实际路用性能的评价的试验方法与指标,这不利于工程实际中沥青的选择。
美国Superpave的沥青PG分级提出了基于温度选择沥青的理念,然而,该方法中作为沥青选择的技术要求的路面设计温度模型表现出在我国部分地区适用性差,以及缺乏中下面层路面深度修正等局限性;而作为沥青评价方法的车辙因子和疲劳因子等指标,在多年实践中发现与实际路用性能相关性不高。因此,PG分级基于温度选择沥青的方法在我国的应用仍有待完善和发展。
本文以沥青选择的技术要求和性能评价方法两方面为研究对象,力求建立符合我国的气候和路面结构设计特点的路面设计温度模型,以及与沥青路用性能相关性强的沥青性能评价体系,从而提出基于路面工作温度的沥青选择方法。首先采用LTPP数据库中多地多年的气温数据,通过计算预估车辙达到允许车辙深度时的沥青高温等级(PG),建立路面高温设计温度(THigh)的回归模型。其次,选用6种代表性沥青,采用目前国内外研究和发展的沥青试验方法,系统地探讨沥青的高温变形特性和低温抗裂性能,并与沥青混合料性能试验进行比较分析,探讨最适宜的沥青性能评价指标。本文的主要研究结论总结如下。
本文基于车辙预估模型和车辙等效温度模型,建立了以允许车辙深度、设计路面结构使用年限、路面深度、历年年平均气温和年逐日累积最高温为参数的路面高温设计温度模型,回归分析得到的模型具有较高预测精度。同时基于路面温度场日最低温模型,确定路面低温,以这两个设计温度作为沥青选择的技术要求,可以为不同气候区域的不同面层的沥青结合料选择提供建议。
沥青的高温性能可以通过MSCR试验进行评价,蠕变恢复试验能够实现粘弹分离,指标Jnr3.2可以反映沥青的抗永久变形能力。而且沥青混合料的抗剪强度与各项沥青高温指标的相关性分析表明,Jnr3.2与混合料抗剪强度的相关性在各项高温指标中为最优。
沥青的低温性能可以采用4mmDSR试验进行评价。通过仪器柔量的测量和动态试验数据校正,DSR试验温度可以扩大至5℃以下的低温范围;试验结果能拟合得到沥青的低温松弛模量主曲线G(t),松弛模量G(60s)和松弛速率mr(60s)与BBR试验得到的流变参数具有良好的线性相关性,可以作为沥青低温性能的评价指标。
本文建议的沥青选择方法为:在实际工程的选择沥青时,采用本文建立的设计温度模型,根据当地的气温资料及设计要求计算路面设计温度,提出沥青PG要求;再对拟选沥青进行MSCR和4mmDSR试验,确定其性能能满足的高温、低温等级;这样可以选择高低温等级符合设计温度的沥青。
美国Superpave的沥青PG分级提出了基于温度选择沥青的理念,然而,该方法中作为沥青选择的技术要求的路面设计温度模型表现出在我国部分地区适用性差,以及缺乏中下面层路面深度修正等局限性;而作为沥青评价方法的车辙因子和疲劳因子等指标,在多年实践中发现与实际路用性能相关性不高。因此,PG分级基于温度选择沥青的方法在我国的应用仍有待完善和发展。
本文以沥青选择的技术要求和性能评价方法两方面为研究对象,力求建立符合我国的气候和路面结构设计特点的路面设计温度模型,以及与沥青路用性能相关性强的沥青性能评价体系,从而提出基于路面工作温度的沥青选择方法。首先采用LTPP数据库中多地多年的气温数据,通过计算预估车辙达到允许车辙深度时的沥青高温等级(PG),建立路面高温设计温度(THigh)的回归模型。其次,选用6种代表性沥青,采用目前国内外研究和发展的沥青试验方法,系统地探讨沥青的高温变形特性和低温抗裂性能,并与沥青混合料性能试验进行比较分析,探讨最适宜的沥青性能评价指标。本文的主要研究结论总结如下。
本文基于车辙预估模型和车辙等效温度模型,建立了以允许车辙深度、设计路面结构使用年限、路面深度、历年年平均气温和年逐日累积最高温为参数的路面高温设计温度模型,回归分析得到的模型具有较高预测精度。同时基于路面温度场日最低温模型,确定路面低温,以这两个设计温度作为沥青选择的技术要求,可以为不同气候区域的不同面层的沥青结合料选择提供建议。
沥青的高温性能可以通过MSCR试验进行评价,蠕变恢复试验能够实现粘弹分离,指标Jnr3.2可以反映沥青的抗永久变形能力。而且沥青混合料的抗剪强度与各项沥青高温指标的相关性分析表明,Jnr3.2与混合料抗剪强度的相关性在各项高温指标中为最优。
沥青的低温性能可以采用4mmDSR试验进行评价。通过仪器柔量的测量和动态试验数据校正,DSR试验温度可以扩大至5℃以下的低温范围;试验结果能拟合得到沥青的低温松弛模量主曲线G(t),松弛模量G(60s)和松弛速率mr(60s)与BBR试验得到的流变参数具有良好的线性相关性,可以作为沥青低温性能的评价指标。
本文建议的沥青选择方法为:在实际工程的选择沥青时,采用本文建立的设计温度模型,根据当地的气温资料及设计要求计算路面设计温度,提出沥青PG要求;再对拟选沥青进行MSCR和4mmDSR试验,确定其性能能满足的高温、低温等级;这样可以选择高低温等级符合设计温度的沥青。