设计沥青混合料

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1、设计沥青混合料张肖宁(华南理工大学道路工程研究所，广东广州510641)摘要：“设计沥青混合料”与路用沥青混合料组成设计具有本质的差别。尽管国内外在沥青混合料组成设计方面进行了广泛的研究．但距离“设计沥青混合料”仍存在较大差距。本文根据以住的研究成果和对于国内外研究趋势的分析明确提出了设计沥青混合料的概念，重点分析了按体积设计沥青混合料、材料组成与沥青混合料路用性能关系等问题，并根据目前科学技术发展水平颈测了这一研究领域未来十年的技术进展。关键词：设计材料；沥青混合料；力学性能；体积特性设计材料是高新技术时代材料科学与技术发展的重要标志，设计材料的方法与技术已经在国民经济发展的许多重要领域得到

2、广泛应用。按照材料的功能要求设计材料，不仅可以极大限度地满足经济建设与社会发展的需求，更重要地，设计材料能够有效利用人类社会的宝贵资源，提高各类工程设计的水平与效率，更加显著地降低工程成本、有效地提高工程的使用功能。路用沥青混合料是当前决定道路工程质量的最重要的工程材料，也是占据道路建设经费比例最大的工程材料。近十年来，人类投入了巨大的研究费用研究其组成设计的理论、方法及应用技术，但到目前为止，工程技术人员仍然需要依据经验来确定沥青混合料的材料组成，并采用一些缺乏足够力学依据和实际验证的方法来评价沥青混合料的路用性能。毫无疑问，按照道路工程的环境特点、交通待性、结构特性、建设经费约束及其他功能

3、要求，科学地、准确地设计能够满足使用要求、功能要求与建设要求的沥青混合料，将成为今后十年道路工程技术领域的重要课题。可以预见，设计沥青混合料的概念与目前采用的沥青混合料组成设计方法具有本质的差别，设计沥青混合料的概念一旦转化成应用技术，必将促使沥青路面建设技术发生巨大的科技进步。1  沥青混合料组成与设计沥青路面工程使用的沥青混合料一般由沥青、碎石、砂、矿粉以及添加剂组成。由这些材料组成的沥青混合料必须满足的路面功能要求包括：优秀的力学特性包括疲劳抵抗能力、高温抗变形能力、低温抵抗开裂能力等。足够的耐久性主要是对于自然环境因素影响的抵抗能力，如老化、冻融、浸水等。合理的结构适应性在沥青路面结构

4、中、不同层位对于沥青混合料具有完全不同的功能要求，不同特性的材料被应用于不同的结构层位。优异的表面功能包括平整性、抗滑能力、降噪防眩能力、排水特性、可辨识性等。适宜的工艺特性主要指混合、运输、摊铺、碾压及维护等施工过程中的施工和易性。现代交通对于路用沥青混合料的功能要求不仅表现为以上所述的多元性，也表现出功能要求之间的歧义性。通常认为这种歧义性主要表现为沥青混合料高温抗变形能力与低温防止开裂和表面抗滑与防止水损害之间的矛盾，事实上，从设计沥青混合料的技术观点出发，这种歧义性更加复杂。例如，沥青混合料具有公认的粘弹特性，其力学行为不可避免地受到沥青感温性的影响。沥于混合料的工艺特性、高温特性、疲

5、劳特性、低温特性之间既存在显著的依赖关系。也具有完全不同的力学机理。在适宜的施工温度范围内，沥青混合料要具有良好的流动特性和易成型性；为了防止车辙产生，在较高的使用温度范围内，沥青混合料不仅要表现出足够小的流动变形，也要具有足够的弹性变形恢复能力；对于疲劳抵抗能力，沥青混合料不仅要具有足够的柔韧性和适宜的重复荷载作用下的能量耗散能力，最近的研究还表明沥青混合料应该在尽量低的温度阀值下进入疲劳损伤状态；对于低温开裂，沥青混合料则不仅要具有足够的低温条件下的应力松弛能力，还要有较小的收缩特性和较大的低温开裂能。在工程实践中，过度地强调提高沥青混合料高温性能，就会不可避免地会损失其工艺特性、疲劳特性

6、和低温特性，设计沥青混合料，重要的在于把握这些特性之间的平衡。为了适应这些功能要求的多元性和歧义性，技术研究和工程实践取得的进展主要表现为以下方面：按结构层主要功能要求来设计沥青混合料，适当兼顾其他功能。比较典型的如抗滑表层(AK)、降噪路面(0GFC)、薄层沥青路面(BBM)、铺设在碎石层下的沥青下卧层(CRAM)等；提高石油沥青技术标准，改进沥青性能评价方法。此外，掺加聚合物(目前主要使用SBS改性剂)的改性沥青技术已经得到广泛应用，也有使用多级(温度敏感性)沥青的工程实例；充分发挥粗集料的骨架作用，提高矿质混合料中粗集料的使用比例。目前正推广应用的SMS路面技术是这一潮流的典型代表。显然

7、，这些成果与进展还不足以称之为“设计沥青混合料”，采用更加清晰的特性原理测定并描述沥青混合料组成材料的特性，研究沥青混合料材料组成的体积关系对其功能的影响，选择更加合理的试验手段评价沥青混合料的路用性能，建立科学有效的数学模型由组成材料的特性预测沥青混合料整体的力学特性，根据沥青路面长期使用性能评价沥青混合料设计理论与方法，是当前沥青路面技术领域最为引人注目的研究课题。2按体积设计沥青混合料沥青混