沥青路面低温缩裂控制指标与预估模型研究

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1、第1章绪论第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义1.1.1课题背景沥青路面的低温开裂一直是困扰国内外道路工程界的主要问题之一，也是世界各国都存在的普遍现象，其危害在于大量裂缝的存在使得路表水、空气及其它有害物质可通过缝隙进入路面结构内部，并沿着混合料的孔隙渗入路面基层和路基，使路面基层和路基发软，路面结构承载力下降，在行车荷载作用下产生唧浆、唧泥、冲刷，界面层出现局部脱空，进而在路面形成局部凹陷，最终导致路面发生网裂与坑槽，严重地影响车辆的行驶质量，大大地降低了路面的使用寿命。另一方面，在季节性冰冻地区当温度降至冰点时，滞留在路面结构孔隙中的水分还将

2、产生冻胀，导致路面材料的内部损伤和损伤积累，进一步加速路面的破坏。因此，提高路面的抗裂性能是沥青路面设计的重要研究内容。针对沥青路面低温开裂问题，自60年代加拿大率先对沥青混凝土面层的低温收缩开裂进行系统调查研究以来，路面抗裂与材料低温性能指标一直是国际道路学术界的重要研究内容，特别是美国的SHRP计划，将沥青与沥青混合料的技术标准作为主要研究内容，此后，许多国家也先后制定了类似的研究计划，SHRP在沥青混合料技术标准的研究中也包括了沥青路面抗裂性能的研究。许多国家都提出了沥青路面低温性能的评价指标和试验方法，但各个国家的评价指标都不尽相同，但是具体的在

3、我国哪个指标能更很好地评价沥青及其混合料的低温性能，还有待于进一步的研究。1.1.2目的和意义从国内外的沥青路面低温性能控制技术来看，我国的理论研究水平并不落后，但由于国内施工与设备水平的限制，沥青路面低温性能的评价方法及生产控制指标相对落后。目前仍停留在以针入度分级的胶结料的经验指标上，混合料的控制尚不完善，也未能建立材料评价指标与路面低温性能的联-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文系。因此建立一套完整的沥青路面低温性能评价方法与设计指标体系十分必要。为了控制冰冻地区沥青层的低温开裂损坏，首先是对沥青和沥青混合料的低温性能提出要求；其次可以与设计要求的

4、低温缩裂量建立预估与评价模型。根据国内外的应用与研究现状，建立适合我国国情的沥青路面低温性能评价方法与设计指标体系是本课题研究的目的和意义所在。1.1国内外研究现状从世界各国的沥青路面设计指标来看，一般都比较重视荷载所引起的疲劳开裂问题，在进行沥青面层的厚度设计时都有相应的标准来考虑交通荷载的重复作用对沥青面层本身的破坏作用。我国的沥青路面设计方法也不例外，在设计规范中规定了以标准轴载作用下沥青面层底部最大弯拉应力作为沥青路面面层结构疲劳强度的控制指标。至于沥青路面的温度效应，只是在分析荷载效应时考虑了温度对于沥青混合料材料参数(如回弹模量)的影响，对于

5、温度收缩开裂及温度应力疲劳却不太重视，只是在沥青混合料的材料设计中加以考虑。1.1.1国外现状1.2.1.1沥青低温控制指标与评价方法沥青的技术指标体系可分为两大类：一类是针入度分级标准，另一类是粘度分级标准。美国、澳大利亚、加拿大采用的是粘度分级；其他国家基本都停留在针入度分级标准阶段。针入度分级体系是1913年由美国联邦公路局提出的。1931年AASHO发表了按针入度分级的沥青结合料标准规范。到60年代美国一些州又提出了采用沥青60℃粘度的分级标准，相对针入度而言更为科学合理。目前ASTM中对于HAM混合料，控制温度裂缝主要采用沥青77℉（25℃，路

6、面平均工作温度）针人度、140℉（60℃，高温服务温度）粘度及温度敏感性（PVN）指标。ASTM中规定了其试验方法与标准（ASTMD5与ASTMD3381）。为尽量减少这类裂缝，沥青针入度是最主要的控制因素，按沥青针入度选择较高标号沥青可减少低温缩裂。但是应避免采用温度敏感性高的沥青，因为这样的沥青在低温(不管其77℉时的针入度或140℉时的粘度如何)时会变得极为刚劲，为此提出用不同针入度的最小PVN值控制其感温性-2-第1章绪论能。沥青在最低预测服务温度时必须具有足够的柔韧性，否则，将出现开裂。90年代，随着改性沥青的应用，传统指标不能很好的反映改性沥

7、青的低温性能，提出采用针入度指数（PI）与低温延度（4℃）作为低温性能评价指标[1]。无论针入度分级标准还是粘度分级标准，在长期工程实践中都逐渐暴露出其缺陷与不足，不能真正反映沥青的实际使用性能。相同的针入度或粘度分级的沥青其感温性、高低温性能有较大差异；同时没有直接的低温性能评价指标，所有低温控制指标都是使用间接指标反映沥青的低温性能，其标准是经验性的，没有与路用性能联系起来。为此美国在1987~1993年间开展了SHRP研究计划。目前受到大家普遍关注的是美国的AASHTOMP1规范，这是SHRP计划的成果之一。MP1规范的最大特点是改变了以往规范的纯

8、经验性质，首次将沥青的性能与路用性能相联系。MP1规范提出用弯曲梁蠕变试验（BB