尹湃

摘 要：路面結(jié)構(gòu)的剪應(yīng)力除了受結(jié)構(gòu)層厚度和材料模量影響外，還與材料組成參數(shù)、原材料性質(zhì)以及環(huán)境因素關(guān)系密切。利用瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量將材料及環(huán)境參數(shù)與路面結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，應(yīng)用雙圓荷載層狀彈性體系理論分析各層位瀝青混合料油石比、級(jí)配、空隙率、瀝青軟化點(diǎn)、瀝青針入度等材料參數(shù)變化及氣溫變化對瀝青路面結(jié)構(gòu)各層位剪應(yīng)力的影響，得到以下結(jié)論：瀝青混合料材料參數(shù)變化對中面層剪應(yīng)力的影響最大；材料參數(shù)中，瀝青軟化點(diǎn)對瀝青路面剪應(yīng)力影響最為顯著，其次為級(jí)配；氣溫對路面結(jié)構(gòu)上、中面層剪應(yīng)力的影響不顯著，對于下面層，隨著氣溫升高，下面層剪應(yīng)力降低。

關(guān)鍵詞：道路工程；材料參數(shù)；層狀彈性體系；剪應(yīng)力

一、瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量

瀝青混合料為粘彈性材料，它的性質(zhì)不僅與本身的材料參數(shù)有關(guān)，也與外界參數(shù)，包括荷載、環(huán)境參數(shù)等密切相關(guān)，對于這一力學(xué)特性，國外多采用動(dòng)態(tài)模量進(jìn)行表征。瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量與瀝青粘度、針入度、混合料的級(jí)配、油石比、空隙率、溫度、加載頻率等有直接關(guān)系，其目前常用的預(yù)估公式如下所示：

其中：為動(dòng)態(tài)模量；為瀝青粘度；為加載頻率；為空隙率；為19mm篩孔累計(jì)篩余；為9.5mm篩孔累計(jì)篩余；為4.75mm篩孔的累計(jì)篩余；為0.075mm篩孔的質(zhì)量通過百分率；為有效瀝青含量，體積百分比；

二、計(jì)算參數(shù)

為了分析材料參數(shù)及環(huán)境參數(shù)對路面結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力的影響，選取固定的路面結(jié)構(gòu)形式：4cm AC-13+6cm AC-20+10cm ATB-25，通過變換原材料性質(zhì)（瀝青軟化點(diǎn)、針入度）、混合料材料組成參數(shù)（油石比、空隙率、級(jí)配）以及外部環(huán)境溫度，分析路面結(jié)構(gòu)各層位的剪應(yīng)力變化情況。氣溫作為瀝青路面最重要的一個(gè)環(huán)境參數(shù)，選取20℃、25℃、30℃、35℃、40℃等5個(gè)氣溫水平進(jìn)行分析。同時(shí)，不同氣溫下路面各結(jié)構(gòu)層溫度有將有所差異，采用LTTP瀝青路面高溫預(yù)估模型計(jì)算得到對應(yīng)不同氣溫的瀝青路面上、中、下面層溫度分別如表1所示。

三、剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與分析

（一）各層位瀝青混合料不同油石比

應(yīng)用雙圓均布荷載彈性層狀體系理論，分別變化上面層（AC-13）、中面層（AC-20）、下面層（ATB-25）油石比分析各層位瀝青混合料采用不同油石比對瀝青路面結(jié)構(gòu)各層位剪應(yīng)力的影響，結(jié)果如圖1所示。

（二）各層位瀝青混合料采用不同軟化點(diǎn)瀝青

分別變化上面層（AC-13）、中面層（AC-20）、下面層（ATB-25）瀝青軟化點(diǎn)分析各層位瀝青混合料采用不同軟化點(diǎn)瀝青對瀝青路面結(jié)構(gòu)各層位剪應(yīng)力的影響，結(jié)果如圖2所示。

（三）各層位瀝青混合料采用不同級(jí)配

分別變化上面層（AC-13）、中面層（AC-20）、下面層（ATB-25）級(jí)配分析各層位瀝青混合料采用不同級(jí)配對瀝青路面結(jié)構(gòu)各層位剪應(yīng)力的影響。

分析表2、表3、表4，可看出，各層位瀝青混合料級(jí)配變化對上面層剪應(yīng)力的影響較??；對中面層及下面層剪應(yīng)力有所影響，其中，隨著上面層（AC-13）級(jí)配由細(xì)變粗，中面層剪應(yīng)力減小，下面層剪應(yīng)力增大；隨著中面層（AC-20）級(jí)配由細(xì)變粗，中、下面層剪應(yīng)力均減??；隨下面層（ATB-25）級(jí)配由細(xì)變粗，中面層剪應(yīng)力增大，下面層剪應(yīng)力減小。

四、結(jié)語

從以上研究可得到以下結(jié)論：

1、隨著上面層油石比減小、軟化點(diǎn)升高、針入度減小、級(jí)配變細(xì)、空隙率減小，上、中面層剪應(yīng)力增大，下面層剪應(yīng)力減小；隨著中面層油石比增大、軟化點(diǎn)降低、針入度增大、級(jí)配變粗、空隙率增大，上面層剪應(yīng)力增大，中、下面層剪應(yīng)力減??；隨著下面層油石比增大、軟化點(diǎn)降低、針入度增大、級(jí)配變粗、空隙率增大，上、中面層剪應(yīng)力增大，下面層剪應(yīng)力減??；

2、瀝青混合料油石比、軟化點(diǎn)、針入度、級(jí)配、空隙率等材料參數(shù)變化對中面層剪應(yīng)力的影響最大，說明中面層瀝青混合料材料設(shè)計(jì)不僅影響抗剪強(qiáng)度，而且關(guān)系到路面結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力分布，應(yīng)尤為重視。

3、材料參數(shù)中，瀝青軟化點(diǎn)對瀝青路面剪應(yīng)力影響最為顯著，其次為級(jí)配，說明在以高溫穩(wěn)定性為主的路面設(shè)計(jì)中，瀝青選擇與級(jí)配設(shè)計(jì)是最為重要的兩個(gè)因素。

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