[发明专利]一种基于结构功能需求的沥青路面承重层材料设计方法

说明书

一种基于结构功能需求的沥青路面承重层材料设计方法，属于沥青材料设计技术领域。采用动态模量作为承重层抗永久变形性能的设计参数，并通过蠕变试验中的流动数Fn将沥青混合料的动态模量与动稳定度建立联系以评价路面材料抗永久变形性能的好坏，实现了将沥青混合料体积参数与动态模量参数相结合指导承重层沥青路面的设计。关键创新点如下所示：选用动态模量试验作为承重层沥青混合料配合比设计方法；采用动态模量作为承重层沥青混合料按结构功能需求设计参数；结合试验所测得的流动数Fn及不同频率下的动态模量试验结果，推导出25℃条件下，各频率下动态模量与动稳定度值之间的关系，建立了承重层沥青混合料动态模量设计参数的设计标准。

技术领域

本发明属于沥青材料设计技术领域，具体涉及一种基于结构功能需求的沥青路面承重层材料设计方法。

背景技术

我国沥青路面的材料设计并没有具体研究路面材料在不同深度结构层中的功能性使用性能(平整舒适性能、抗滑性能)和结构性使用性能(抗水损害、抗高温车辙、抗低温开裂、抗疲劳性能)这两方面的作用，这样就使得我们在确定沥青混合料的原材料技术指标、混合料级配类型、集料最大公称粒径、最佳沥青用量以及目标空隙率等技术要求时，没有考虑沥青路面不同深度层在路面结构功能要求方面的差别。而对于沥青混合料来说，这些性能往往是相互制约和矛盾的。

沥青路面的设计参数是沥青路面材料设计的核心，不同的设计方法，由于采用不同的设计参数，得到的沥青混合料的路用性能存在显著的差异。自20世纪40年代起，马歇尔法开始成为沥青混合料设计普遍采用的方法，依据其设计参数稳定度、流值、空隙率、密度进行沥青混合料的配合比设计，它是一种依据体积参数和经验力学指标的沥青混合料设计方法，然而，其设计参数稳定度、流值仅仅是一种经验性的指标，与沥青路面的路用性能没有直接的联系。Superpave设计理论体系提出了全新的沥青混合料设计方法，Superpave设计体系根据工程所在地的气候和设计交通量进行材料的选择和配合比的设计，要求在设计沥青路面时，充分考虑在服务期内温度对路用性能的影响，但是，Superpave设计理论体系仍是依据材料的体积参数进行沥青混合料的设计，同样避免不了体积法的设计缺陷，无法很好的满足路面材料所属结构区域的路用性能需求。这说明，传统的沥青道面设计方法在依据体积参数进行上、中、下面层的设计时，没有考虑材料设计与结构设计相脱节的问题，没有考虑路面材料在不同深度结构层中功能特性的差异。

大量研究表明，车辆荷载在沥青路面内产生的应力与应变沿深度方向的分布是不均匀的。通过对高等级沥青路面内部的力学行为和受力状况研究表明，距路表0～3cm的区域处于水平拉伸状态，3-10cm的区域承受较大的剪应力和竖向压应力，为沥青路面的承重层，而沥青混合料的抗剪强度大小与沥青混合料的抗永久变形能力相关，所以承重层沥青混合料的抗永久变形性能对整个沥青路面有很大影响，沥青路面层底承受较大的拉应力。路面不同深度内的受力形式不同，对路面材料的功能要求也就存在差异，因此，将沥青路面的层位按照功能要求进行分区如下：①路面表层0-3cm处于水平拉压状态，为抗温缩层；②距路表3-10cm区域承受较大的剪应力和竖向压应力，为承重层；③路面底部承受较大的拉应力，为抗疲劳开裂层。所以，在沥青路面材料设计时，有必要考虑其所属的层位的功能要求，进行有针对性的设计。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的沥青混合料材料设计与结构设计相脱节的问题，同时，还考虑到沥青路面的永久变形是目前沥青路面承重层的主要病害形式，提出了一种基于结构功能需求的沥青路面承重层材料设计方法。首先，选择与承重层沥青混合料路用性能相关的力学参数为研究对象，分析力学参数对沥青用量的变化规律，确定随沥青用量变化敏感的设计参数；在此基础上，分析设计参数对沥青混合料永久变形的影响，建立基于结构功能要求的承重层沥青混合料设计标准。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于结构功能需求的沥青路面承重层材料设计方法，所述方法具体步骤如下：