沥青路面突发性损坏的温度适用性分析

曹彩平

摘要：本文依据沥青混合料剪切试验的研究成果，基于最不利工况与标准工况，探讨为避免沥青路面的突发性损坏，沥青混合料在道路沥青路面上的适用温度。

Abstract： Based on the research results of asphalt mixture shear test， the most unfavorable working conditions and standard working conditions， this paper discusses the applicable temperature of asphalt mixture on road asphalt pavement in order to avoid sudden damage to asphalt pavement.

关键词：沥青路面;突发性;损坏;温度

Key words： asphalt pavement;suddenness;damage;temperature

中图分类号：U491                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）23-0155-03

1  沥青路面突发性损坏的条件性

沥青路面突发性损坏可能发生在极端使用条件下，如气温过高、荷载过大或车速过慢等[1]。为了保证沥青路面的正常使用，避免沥青路面发生突发性损坏，需要判别在极端使用条件下沥青路面中的剪应力最大值是否超过所用沥青混合料的剪切强度[2]。此外，应根据沥青路面的使用条件，判别沥青混合料的适用性。

1.1 沥青混合料的剪切强度τf

根据沥青混合料剪切强度试验数据的分析，同类型沥青混合料试件剪切强度测试值标准差的平均值在0.018MPa（AC-13混合料）和0.019MPa（AC-20混合料），取保证率95%，计算不同类型沥青混合料的剪切强度值，结果见表1。

1.2 沥青路面突发性损坏的分析方法

分析沥青路面突发性损坏条件性的目的在于探讨沥青混合料的对道路使用工况的适用性，并分析在最不利使用工况下对沥青混合料的强度要求。沥青路面突发性损坏的条件性判别方法为：首先，分析沥青路面中剪应力最大值τsin的水平、发生层位，及其产生条件（道路使用条件、荷载工况和结构层位等）。然后，分析在不同使用条件下现有沥青混合料所具备的剪切强度τf的水平。最后，判断τsin与τf的关系，当发生τsin≥τf时，沥青路面将可能发生由于抗剪切强度不足而破坏，即发生突发性损坏。

2  最不利工况下的适用性判别

2.1 面层中的剪应力最大值

提取在最不利计算工况（胎压1.3MPa、装载率300%、纵坡坡度5%、平衡车速）条件下，3个计算断面上沥青面层各层中剪应力最大值，见表2。将表2中沥青面层各层中的剪应力最大值提取出来，见表3。较表1与表3的数据可见，沥青混合料剪切强度随着温度升高而降低的幅度显著大于沥青面层中剪应力最大值随着温度升高而减小的幅度。

2.2 沥青混合料在上面层中的适用性分析

将AC-13型混合料试件的剪切强度与温度的关系绘制成图1，在该图中加入沥青路面上面层剪应力最大值与温度的关系（取自表3）。

由图1可见，在最不利计算工况条件（胎压1.3MPa、装载率300%、纵坡坡度5%、平衡车速）下，基质沥青AC-13混合料仅适用于路表温度不超过57℃、PR.改性沥青混合料适用于路表温度不超过67℃、SBS改性沥青混合料的适用路表温度不宜超過70℃。

2.3 沥青混合料在中、下面层的适用性分析

将表1中AC-20型混合料的剪切强度与温度的关系分别绘入图2和图3中，并依次加入中面层中剪应力最大值、下面层中剪应力最大值与温度的关系。

由图2可见，在最不利计算工况条件下，基质沥青AC-20混合料的在中面层使用温度不宜超过63℃，相当于路表70℃的温度条件，PR.改性沥青混合料的中面层使用温度不宜超过70℃，相当于路表77℃的温度条件，SBS改性沥青混合料使用温度条件可超过73℃，对应的路表温度超过80℃。

由图3可见，基质沥青AC-20混合料的在下面层使用温度不宜超过61℃，相当于路表75℃的温度条件，而PR.和SBS改性沥青混合料的使用温度则更高，其适用的路表温度均可超过80℃。

总体而言，在高温季节，越接近路表沥青层的温度就越高，混合料的剪切强度也越低。在最不利荷载条件下，为了保证沥青路面不发生突发性损坏，对沥青混合料的要求如下：

在上面层内，AC-13基质沥青混合料的使用温度不超过57℃，当路表温度超过57℃时应选用改性沥青混合料。当路表温度超过70℃时，不仅需要采用改性沥青混合料，而且要选择抗剪性能优良的级配，甚至考虑采用强度和刚度更大的材料（如水泥混凝土）替代。

中面层对材料的温度要求相对宽松，在一般的高温条件下均可采用AC-20基质沥青混合料，路表温度超过70℃时应选用改性沥青混合料。在下面层中，当路表温度小于75℃时，可以使用基质沥青混合料。

3  标准工况下的适用性判别

分析沥青混合料在标准计算工况下的不发生突发性损坏的适用温度条件。

3.1 面层中的剪应力最大值

标准计算工况为：胎压0.7MPa、装载率100%、平坡、初始速度，各层中剪应力最大值见表4。

3.2 沥青混合料在上面层的适用性分析

将表4中上面层中的剪应力最大与温度的关系、AC-13沥青混合料剪切强度温度的关系绘入图4中。由图4可见，在标准计算工况下，AC-13基质沥青混合料的适用路表温度不超过64℃，PR.改性沥青混合料和SBS基质沥青混合料的适用路表温度分别不超过73℃和75℃。

3.3 沥青混合料在中、下面层的适用性分析

同理，分析AC-20沥青混合料在中面层和下面层中的适用性，分析过程分别见图5和图6。

分析结果为，AC-20基质沥青混合料在中面层和下面层的适用路表温度分别达到80℃，改性沥青混合料的适用路表温度均超过80℃。

将沥青混合料在最不利计算和标准计算工况条件下的所适用路表温度进行汇总，见表5。根据湖南省路面温度调查结果，境内最高路表温度一般不超过70℃。以此温度为标准，根据表3可知：在标准计算工况下，上面层沥青混合料应选择改性沥青混合料;在最不利计算工况下，不仅上面层沥青混合料应选择SBS改性沥青混合料，中面层也应考虑选择改性沥青混合料，可满足沥青路面不发生突发性损坏。

4  结语

本文提出了沥青路面突发性损坏的判别方法，即在同一使用条件下（道路使用条件、荷载工况和结构层位），判别沥青路面中剪应力最大值τsin与沥青混合料的剪切强度τf，当τsin≥τf时，判定发生突发性损坏。根据沥青路面突发性损害的判别方法，提出了沥青混合料在标准计算工况和最不利计算工况下，不发生突发性损坏的适用温度标准。

参考文献：

[1]周兴业，王旭东，关伟，肖倩.宽温度域内沥青路面结构响应规律分析[J].哈尔滨工业大学学报：1-10.

[2]范永根，朱春東，付欣.高温重载耦合作用下沥青路面剪应力分析[J].山西建筑，2020，46（01）：9-11.

[3]赵毅，梁乃兴.全温域条件下沥青路面永久变形预估方法[J].哈尔滨工业大学学报，2018（11）.