[發明專利]一種基于結構功能需求的瀝青路面承重層材料設計方法

有效

• 申請號: 201711150943.2
• 申請日: 2017-11-18
• 公開（公告）號: CN107679352B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 徐慧寧;譚憶秋;董岐峰;周細威;傅錫光
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種基于結構功能需求的瀝青路面承重層材料設計方法，屬于瀝青材料設計技術領域。采用動態模量作為承重層抗永久變形性能的設計參數，并通過蠕變試驗中的流動數Fn將瀝青混合料的動態模量與動穩定度建立聯系以評價路面材料抗永久變形性能的好壞，實現了將瀝青混合料體積參數與動態模量參數相結合指導承重層瀝青路面的設計。關鍵創新點如下所示：選用動態模量試驗作為承重層瀝青混合料配合比設計方法；采用動態模量作為承重層瀝青混合料按結構功能需求設計參數；結合試驗所測得的流動數Fn及不同頻率下的動態模量試驗結果，推導出25℃條件下，各頻率下動態模量與動穩定度值之間的關系，建立了承重層瀝青混合料動態模量設計參數的設計標準。

技術領域

本發明屬于瀝青材料設計技術領域，具體涉及一種基于結構功能需求的瀝青路面承重層材料設計方法。

背景技術

我國瀝青路面的材料設計并沒有具體研究路面材料在不同深度結構層中的功能性使用性能(平整舒適性能、抗滑性能)和結構性使用性能(抗水損害、抗高溫車轍、抗低溫開裂、抗疲勞性能)這兩方面的作用，這樣就使得我們在確定瀝青混合料的原材料技術指標、混合料級配類型、集料最大公稱粒徑、最佳瀝青用量以及目標空隙率等技術要求時，沒有考慮瀝青路面不同深度層在路面結構功能要求方面的差別。而對于瀝青混合料來說，這些性能往往是相互制約和矛盾的。

瀝青路面的設計參數是瀝青路面材料設計的核心，不同的設計方法，由于采用不同的設計參數，得到的瀝青混合料的路用性能存在顯著的差異。自20世紀40年代起，馬歇爾法開始成為瀝青混合料設計普遍采用的方法，依據其設計參數穩定度、流值、空隙率、密度進行瀝青混合料的配合比設計，它是一種依據體積參數和經驗力學指標的瀝青混合料設計方法，然而，其設計參數穩定度、流值僅僅是一種經驗性的指標，與瀝青路面的路用性能沒有直接的聯系。Superpave設計理論體系提出了全新的瀝青混合料設計方法，Superpave設計體系根據工程所在地的氣候和設計交通量進行材料的選擇和配合比的設計，要求在設計瀝青路面時，充分考慮在服務期內溫度對路用性能的影響，但是，Superpave設計理論體系仍是依據材料的體積參數進行瀝青混合料的設計，同樣避免不了體積法的設計缺陷，無法很好的滿足路面材料所屬結構區域的路用性能需求。這說明，傳統的瀝青道面設計方法在依據體積參數進行上、中、下面層的設計時，沒有考慮材料設計與結構設計相脫節的問題，沒有考慮路面材料在不同深度結構層中功能特性的差異。

大量研究表明，車輛荷載在瀝青路面內產生的應力與應變沿深度方向的分布是不均勻的。通過對高等級瀝青路面內部的力學行為和受力狀況研究表明，距路表0～3cm的區域處于水平拉伸狀態，3-10cm的區域承受較大的剪應力和豎向壓應力，為瀝青路面的承重層，而瀝青混合料的抗剪強度大小與瀝青混合料的抗永久變形能力相關，所以承重層瀝青混合料的抗永久變形性能對整個瀝青路面有很大影響，瀝青路面層底承受較大的拉應力。路面不同深度內的受力形式不同，對路面材料的功能要求也就存在差異，因此，將瀝青路面的層位按照功能要求進行分區如下：①路面表層0-3cm處于水平拉壓狀態，為抗溫縮層；②距路表3-10cm區域承受較大的剪應力和豎向壓應力，為承重層；③路面底部承受較大的拉應力，為抗疲勞開裂層。所以，在瀝青路面材料設計時，有必要考慮其所屬的層位的功能要求，進行有針對性的設計。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統的瀝青混合料材料設計與結構設計相脫節的問題，同時，還考慮到瀝青路面的永久變形是目前瀝青路面承重層的主要病害形式，提出了一種基于結構功能需求的瀝青路面承重層材料設計方法。首先，選擇與承重層瀝青混合料路用性能相關的力學參數為研究對象，分析力學參數對瀝青用量的變化規律，確定隨瀝青用量變化敏感的設計參數；在此基礎上，分析設計參數對瀝青混合料永久變形的影響，建立基于結構功能要求的承重層瀝青混合料設計標準。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種基于結構功能需求的瀝青路面承重層材料設計方法，所述方法具體步驟如下：