基于抗剪性能的城市道路沥青路面材料研究
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作者:常艳婷 田丰
摘要：由于使用传统沥青路面材料建设城市道路时，沥青路面很容易出现裂缝问题。为此，进行基于抗剪性能的城市道路沥青路面材料研究。通过设计沥青路面材料配比，得出沥青路面材料最佳油石比;计算沥青路面材料容许剪应力，并保证其小于沥青路面材料结构层内最大剪应力，解决沥青路面裂缝问题。通过实例分析，基于抗剪性能的城市道路沥青路面材料，最大剪应力能够满足设计总体要求，因此可在城市道路沥青路面施工方面推广应用。
关键词：抗剪性能;城市道路;沥青路面材料;材料配比
中图分类号：U416
文献标识码：A
文章编号：1001-5922（2020）07-0172-03
0引言
对于城市道路沥青路面建设的质量要求包括：压实度表面坚实、平整、嵌缝料不得浮于表面或聚积形成一层;经压路机碾压后，城市道路轮迹深度不能超过5mm[1]。由于城市道路沥青路面施工技术应用范围的拓宽，尤其是应用在城市道路沥青路面实践中沥青材料抗剪性能的优越性已经逐渐显现出来，影响沥青材料抗剪性能的关键因素包括：沥青类型、配比、油石比、粗集料针片状含量以及细集料棱角性。抗剪性能作为衡量沥青路面材料的重要指标，一直是国内外重点研究的问题。在1940年国外学者W.S.Housel通过三轴试验方法对沥青路面材料抗剪性能进行研究，并首次提出了计算剪应力的方法，而我国谭忆秋通过有限元分析方法明确剪切能力的强弱可直接影响城市道路沥青路面的使用年限。为准确测得沥青路面材料的抗剪性能，同济大学的毕玉峰、孙立军等人通过单轴贯人试验方法，利用直径很小的压块对沥青路面材料施加压力，致使其近似于实际情况。因此，本文进行的基于抗剪性能的城市道路沥青路面材料研究中，设计出一种基于抗剪性能新型城市道路沥青路面材料，致力于城市道路沥青路面设计改进提出具体建议，从根本上提高城市道路工程建设质量。
1基于抗剪性能的城市道路沥青路面材料
1.1设计沥青路面材料配比
城市道路沥青路面工程建设时主要采用沥青砼进行分路幅摊铺，致力于将接缝位置衬砌更加紧密，防止出现裂缝问题叫。沥青路面材料配比作为影响沥青路面材料抗剪性能的内在因素，应该根据我国城市道路围岩地质条件以及施工条件的使用要求，对沥青原材料进行配比调试。在城市道路沥青路面工程施工试拌、试铺的阶段做好调整配置工作。依据马歇尔稳定度、孔隙率、试件密度以及电流值，绘制马歇尔试验指标曲线图。马歇尔试验指标曲线图的具体绘制步骤包括：首先，确定城市道路沥青路面的设计级配范围;再对沥青路面材料进行选择与准备;通过设计沥青路面材料的配比，进而确定沥青最佳使用量。根据最佳油石比计算公式固定一个最佳的沥青取值的范围，沥青路面材料最佳油石比的计算步骤共分为三步。设沥青路面材料最佳油石比为0AC，第一步計算公式，如公式（1）所示。
在公式（1）中，0AC指的是初次得到的沥青路面材料最佳油石比;a，指的是马歇尔试验指标曲线图中相应于毛体积密度最大值;a，指的是马歇尔试验指标曲线图中相应于稳定度最大值;a，指的是马歇尔试验指标曲线图中相应于空隙率中值as指的是沥青饱和度范围的中值的油石比。第二步计算公式，如公式（2）所示。
在公式（2）中，0AC，指的是第二次得到的沥青路面材料最佳油石比;anin指的是马歇尔试验指标曲线图上各项指标均符合沥青路面材料的最小油石比;ame指的是马歇尔试验指标曲线图上各项指标均符合max沥青路面材料的最大油石比。最后一步计算公式，如公式（3）所示。
根据公式（3），可计算出沥青路面材料的最佳油石比。结合以往经验，一般采用以0.48%间隔的不同油石比配置4～5组试件。再按照OAC制件，做水稳定性检验和高温稳定性检验。根据验证结果，若达不到相关规定则另选材料、调整级配或采取其他措施重做试验，直到符合要求，确定出较理想的目标配合比。在设计沥青路面材料配比过程中，还要重视机械设备的能动性，对城市道路沥青路面.工程施工配比进行最后的配比调试。在沥青试拌、试铺的阶段做好调整配制工作，从而达到沥青路面材料的最佳配比。通过合理配比沥青路面材料，致力于提升城市道路沥青路面工程建设施工整体质量，进而解决沥青路面材料与接缝之间接触不紧密的问题，保证沥青路面材料抗剪性能的内在因素。
1.2计算沥青路面材料容许剪应力
考虑到沥青路面材料抗剪性能的强弱，是弓起城市道路沥青路面在短期内出现裂缝的根本原因。因此，本文以沥青路面材料配比为控制沥青路面材料抗剪性能的内在因素，对控制沥青路面材料抗剪性能的外在因素容许剪应力进行计算。容许剪应力主要是由于城市道路沥青路面承受行车荷载重复作用条件下，所能够承受的最大疲劳应力。设沥青路面材料容许剪应力为rg，则其计算公式，如公式（4）所示。
在公式（4）中，r。指的是通过单轴贯入试验确定的沥青路面材料结构层的剪切强度;K.指的是沥青路面材料抗剪强度的结构系数;A。指的是沥青路面材料配比系数，在城市道路沥青路面的适用范围下，本文采用配比为1：1;N，指的是累计轴载作用次数，为实数;A.指的是城市道路等级系数，其中，一级城市道路系数为1.0;二级城市道路系数为1.1;三级城市道路系数为1.2，四级城市道路系数与三级相同。本文设计的沥青路面材料要求其计算出的容许剪应力必须小于沥青路面材料结构层内最大剪应力，也就是必须满足沥青路面材料的抗剪要求。
1.3确定沥青路面材料结构层内最大剪应力
基于沥青路面材料的抗剪要求，本文采用BIS-GDFLEWBV5.0计算程序确定沥青路面材料结构层内最大剪应叫。首先，在BISGDFLEWBV5.0中输人计算得到的沥青路面材料容许剪应力以及测得的水平力和垂直力;再设计垂直荷载、re、轴载以及当量圆直径等参数。沥青路面材料各结构层具体参数，如表1所示。 结合表1信息，确定沥青路面材料结构层内的最大剪应力，其结果如表2所示。
根据表2可以看出，沥青路面材料结构层内最大剪应力在中间层，而这一点与我国谭忆秋通过有限元分析方法得出的结果是一致的，由此可进一步确定本文设计的有效性。综上所述，按照本文配比的沥青路面材料，在计算出沥青路面材料容许剪应力后，并与沥青路面材料中间层内最大剪应力对比，得到能够满足城市道路沥青路面工程设计抗剪强度要求的沥青路面材料，进而解决沥青路面裂缝问题。
2实例分析
2.1实验准备
根据上述沥青路面材料的设计，进行具体实例分析。本次实验选取四条路面结构形式不同的城市道路沥青路面进行测试，针对其泊松比、抗弯拉强度以及回弹模量进行参数设定，具体信息如表3所示。
根据表1所示，分别使用传统沥青路面材料以及本文设计沥青路面材料对四条不同路面结构形式的路段进行实际应用，设置传统的沥青路面材料为实验对照组。实验主要内容为测试两种沥青路面材料下的最大剪应力，从而评定抗剪性能更强的沥青路面材料。
2.2实验结果分析与结论
根据上述设计的实验步骤，采集实验数据，将两种沥青路面材料下的最大剪应力进行对比，最大剪应力对比结果，如下表4所示。
通过表4可得出如下的结论：本文设计的沥青材料最大剪应力均高于对照组，使用设计的沥青材料进行施工可以得到高抗剪性能的城市道路沥青路面。因此，本文设计沥青材料下得出的最大剪应力能够满足设计总体要求，可以广泛应用于城市道路沥青路面施工方面。
3结语
通过对基于抗剪性能的城市道路沥青路面材料研究證明设计沥青材料的真实性和可靠性。城市道路沥青路面工程建设的质量对于整个社会的发展具有极大的促进作用，针对城市道路沥青路面材料基于抗剪性能的提升可以大幅度提高城市道路沥青路面的平整度，完成传统沥青路面材料所不能实现的力学性能目标。因此，基于抗剪性能设计出一种新型城市道路沥青路面材料是具有现实意义的，能够满足对城市道路沥青路面工程建设的总体要求，为城市道路沥青路面工程建设提供学术意义。综上所述，可以加大对沥青路面材料的抗剪性能研究投入，为城市道路工程建设奠定良好的基础。研究唯一不足之处在于没有针对沥青混合料容许最大剪应力计算及剪切强度进行验算，这一点可以作为日后研究方向之一。
参考文献
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