我国长寿命沥青路面的发展及其关键技术

1. 我国长寿命沥青路面的发展及其关键技术 王旭东

2. 欧美长寿命沥青路面的提出及发展 • 1997年英国TRL Nunn提出，假如路面能够使用40年，那么它的周期寿命费用最少。 • ——全寿命周期设计的理念。 RIOH

3. 欧洲 • 1999年，欧洲成立了欧洲长寿命路面（ELLPAG）组作为欧洲国家公路研究实验室论坛（FEHRL）和欧洲道路董事会（CEDR）工作小组开展长寿命的研究工作。

4. 2004年，ELLPAG编制了《欧洲长寿命柔性路面使用技术指南》。2004年，ELLPAG编制了《欧洲长寿命柔性路面使用技术指南》。 • 2010年，又编制出版了《欧洲长寿命半刚性路面使用技术指南》。 • 如今正在编制《长寿命刚性路面的使用技术指南》。

5. 美国 • 2001年美国在四个州铺了长寿命路面，2002~2005年美国联邦沥青技术中心，以35年无结构性破坏，每次需表面层罩面修复的间隔大于12年为标准，颁布了长寿命路面奖， • 约20个州的近40个路段获奖，大部分为州际高速公路或公路主干线。实际交通量都是以小客车为主。

6. 美国AI、NCAT等单位提出基于柔性基层的长寿命沥青路面典型结构。美国AI、NCAT等单位提出基于柔性基层的长寿命沥青路面典型结构。 • 2007年由美国国家沥青路面协会（NAPA）、联邦公路局（FHWA）、AASHTO和AI等单位联合制定了美国沥青路面发展规划，将长寿命路面和路面性能研究作为重点研究内容之一，并将长寿命路面作为首要发展目标。

7. 欧美国家长寿命典型结构 • 柔性基层结构的三层形式： • 表面功能层 • 抗车辙结构层及承重层 • 抗疲劳层

8. 美国德州长寿命路面结构（柔性基层） • 2008年TRB材料

9. 欧美长寿命路面的定义 欧洲（1998~1999）——长寿命路面 美国（2001）——永久式路面 50年不产生结构性破坏，20年功能罩面维修 所谓长寿命路面是指路面基层或基础没有严重的结构性破坏，且仅需要表面功能维护的路面结构 欧洲 美国

10. 长寿命路面并不是意味着路面永远不坏，而是通过经验总结、技术完善、工艺革新等手段，提升现有路面的服役寿命。长寿命路面并不是意味着路面永远不坏，而是通过经验总结、技术完善、工艺革新等手段，提升现有路面的服役寿命。

11. 欧美国家对修建长寿命路面的认识是一致的，根据现阶段路面技术发展的水平，提出了五个基本措施：欧美国家对修建长寿命路面的认识是一致的，根据现阶段路面技术发展的水平，提出了五个基本措施： • 1、改进施工工艺和施工方法， • 2、避免沥青混合料结构层的疲劳， • 3、施工高性能的路面材料和产品， • 4、增加结构层厚度， • 5、加强培训，增强创新意识。

12. 我国修建长寿命沥青路面 的现实意义 • 可持续发展的公路建设的需求 • 节约资源、保护环境的切实措施 • 引领路面设计和施工技术的发展

13. 我国长寿命沥青路面技术历程 • 2005年起，交通运输部立项，沙庆林院士负责开展 “重载交通长寿命半刚性路面关键技术的研究”，并于2007年竣工完成秦皇岛试验路。奠定了半刚性基层长寿命沥青路面的基础，在国际上处于领先地位。

14. 交通运输部为了进一步推广“重载交通半刚性基层长寿命沥青路面关键技术研究”的研究成果， 2009年，专门立项“重载交通沥青路面设计施工关键技术研究及示范应用”。计划在河北、内蒙、山西修建示范工程。 RIOH

15. 2011年，交通运输部立项编制“公路长寿命沥青路面技术规程”，是我国长寿命沥青路面技术逐渐走向成熟和推广应用的标志。

16. 我国长寿命路面标准 （双指标） • 结构安全标准——使用年限不少于40年或单车道承受累计标准轴载（BZZ-100）作用次数为不少于1亿次时而不产生结构性破坏； • 使用功能标准——沥青面层罩面维修周期不少于10年以上。

17. 长寿命路面与现行路面的差异 设计标准的差异 适用范围的差异

18. 我国长寿命路面设计的指导思想 • 以半刚性基层沥青路面结构为主，以对现有成功的工程经验的总结、提升为主导， • 以路面结构——材料——工艺三位一体的综合设计为主线， • 主要针对重载交通的高速公路以及具有重要社会影响意义的高速公路的沥青路面设计为对象。

19. 采用“强基、薄面、稳土基”的主体设计思想，采用“强基、薄面、稳土基”的主体设计思想， • 在总体设计中考虑路基路面综合设计、路面结构组合设计、路面材料优化设计和厚度验算等四大内容， • 以经验设计法为主。

20. A. 长寿命路面与路面结构形式 • 柔性基层路面≠长寿命路面。 • 研究长寿命半刚性基层沥青路面，保持我国的国际领先地位，也是我国长寿命沥青路面发展的方向之一。

21. 中国半刚性基层沥青路面发展历程 • 上世纪七十年代末以前，中国高等级公路建设的初期，一些国道主干线以冻胀翻浆为代表的早期损坏比较严重，半刚性基层的应用有效的解决了这一问题。 图片 图片 四大试验路的修建

22. 四大试验路的修建 肇东试验路 Heilongjiang Beijing 门头沟试验路 这些试验路修建证明半刚性基层路面结构具有良好的结构稳定性好，造价经济，工艺简单，且适用于中国广大的气候和地理环境。 玉林试验路 Guangdong 广佛二级路 Guangxi

23. 京津塘高速公路 • 上世纪80年代初，中国开始了第一条高速公路的设计——京津塘高速公路。 京津塘高速公路奠定了我国高速公路半刚性基层沥青路面设计、研究的基础。 20~23cmAC 18~20cmAC 20cm 水稳碎石 二灰碎石 30cm 石灰土 30cm 石灰土 正常路段 软土路段

24. 第一代半刚性基层沥青路面技术的形成 解决使用功能为主的 早期损害问题 10’s of 21th 形成中国半刚性基层沥青路面 设计体系 90’s 发展高等级道路 80~90’s 70~80’s 设计体系的构建

25. 1 中国沥青路面设计体系的发展 基本形成了以弯沉和弯拉应力为主要指标的，基于弹性层状体系的设计模型，构建了工程经验与力学分析相结合的沥青路面设计体系。 路基路面综合设计 路面结构组成设计 2 M-E system 路面材料组合设计 3 力学验算 4

26. 中国半刚性基层沥青路面发展 16~18cmAC 16~18cmAC 12~15cmAC 36~40cm 半刚性基层 15~25cm 半刚性结构层 15~25cm 半刚性结构层 如今？ 非整体性结构层 20~30cm 半刚性底基层 20~30cm 半刚性底基层 八十年代末 九十年代中 九十年代末

27. 半刚性基层沥青路面的发展 20~24cm 沥青面层 18~20cm 沥青面层 8~18cm 沥青面层 8~12mmAC 25~30cm 刚性基层 36~40cm 半刚性基层 10~15cm 柔性基层 36~40cm 半刚性基层 为进一步完善半刚性基层沥青路面结构设计， 提高耐久性，进行了大量探索。 18~20cm 半刚性基层 18~20cm 半刚性基层 30~40cm 半刚性底基层 30~40cm 半刚性底基层 20~30cm 半刚性底基层 20~30cm 半刚性底基层 降低基层强度 加厚沥青面层 降低基层强度 及厚度 加厚沥青面层 增设柔性基层 提高基层强度 及厚度 优化沥青面层设计 增设刚性基层 复合式结构 减薄沥青面层

28. B. 长寿命路面与早期损坏的区分 • 消除早期损坏与修建长寿命沥青路面是两个不同层面的问题。

29. 病害及成因分析 六大类病害 主要成因 层间结合 材料性能不足 高温失稳 设计 结构组合不完善 水损坏 层间结合处理不当 结构失稳 路面开裂 施工质量不足 施工 基层质量

30. C. 长寿命路面与交通荷载 • 交通荷载是路面寿命的标准尺度； • 长寿命路面必须要承受大的交通荷载作用； • 特重交通荷载是我国特有的环境，长寿命路面应该解决。

31. 严重的超载问题 设计标准 实际情况 轴载水平 10t 15~20t 轮胎接地压强 0.7MPa >1.0MPa 设计年限 15年 10年左右 累计作用次数 2000~3000万次 1亿次以上 超过标准接地压强 0.7MPa

32. 严重的超载问题 部分公路累计轴载作用次数调查数据 Design axle loads： Ne=2*107

33. 修建长寿命路面的关键技术 结构设计功能化 材料设计均衡化 施工工艺均一化 质量控制过程化

34. 我国长寿命路面设计的指导思想 • 以半刚性基层沥青路面结构为主，以对现有成功的工程经验的总结、提升为主导， • 以路面结构——材料——工艺三位一体的综合设计为主线， • 主要针对重载交通的高速公路以及具有重要社会影响意义的高速公路的沥青路面设计为对象。

35. 采用“强基、薄面、稳土基”的主体设计思想，采用“强基、薄面、稳土基”的主体设计思想， • 在总体设计中考虑路基路面综合设计、路面结构组合设计、路面材料优化设计和厚度验算等四大内容， • 以经验设计法为主。

36. 结构设计功能化 • 半刚性基层路面的承载 • 沥青面层的设计功能 • 层间结合的功能层设计

37. 材料设计均衡化 • 沥青混合料的均衡设计 • 半刚性基层材料的均衡设计

38. 施工工艺均一化 • 降低施工工艺的变异性

39. 质量控制过程化 • 原材料的控制 • 混合料生产的控制 • 结构层施工的控制

40. 提高承载能力 增加半刚性基层整体厚度 技术措施 1 基于材料优化设计的高强、 低裂半刚性基层材料设计技术 技术措施 2

41. 双层半刚性 基层 40cm 半刚性基层 20cm 半刚性基层 20cm 柔性底基层 半刚性底基层 20cm 半刚性底基层 20cm 双层半刚性 底基层 40cm 提高承载能力 增加半刚性基层厚度 基层厚度 弯沉 0.01mm 25 ~ 30 Four layers 22 ~ 25 Three layers 半刚性基层厚度 弯沉 0.01mm two layers 17 ~ 20 One layer <15 双层半刚性 基层 40cm

42. 提高承载能力 基于级配优化技术的半刚性材料强度提高 半刚性基层级配优化 30% 富勒曲线 抗压强度 Passing rate 开裂率 间断曲线 50% Sieve（mm）

43. 加强层间结合及防水设置 层间结合模型 技术措施 粘层油——沥青层 软结合 水泥浆——半刚性层 防水粘结层（SAMI） 铣刨处理 硬结合 特殊碾压工艺 界面清扫

44. 改善沥青面层的高温和抗裂能力 技术措施 1 沥青混合料高温与抗裂平衡设计 采用粗集料断级配 最紧密嵌挤原则沥青混合料油石比 确定方法 技术措施2 下面层采用低标号沥青混凝土

45. 粗集料断级配 特点 高碎石 含量 高矿粉含量 低干涉性 形成紧密嵌挤的骨架结构 （1）抗高温、防水、抗裂的均衡设计 粗集料断级配曲线的构建 控制点 1——NMPS 曲线 1—— 粗集料(>4.75mm) 控制点 2——Gap sieve Passing rate 控制点 3——0.075mm 曲线 2—— 细集料 Sieve （mm）

46. （1） 抗高温、防水、抗裂的均衡设计 最紧密嵌挤状态最佳油石比确定方法 G Peak value ωA ωB 4%空隙率油石比确定方法 ωB ωA VV VMA ωB Asphalt aggregate ratio (ω) Peak value Design VV ωB Asphalt aggregate ratio (ω) VCA 动稳定度 低温弯曲应力 Peak value ωA Asphalt aggregate ratio (ω) Asphalt aggregate ratio (ω) ωB

47. Stress Strain Time 显著提高承载能力—— 20°,10Hz动态复数模量可达15GPa 提高抗车辙能力—— 60°高温动稳定度超过 5000 times/mm （2） 低标号沥青混凝土 … … … … … … … … … … … … 高模量沥青混凝土层 半刚性基层

48. 工艺技术措施 减少混合料变异性，提高施工可靠度 原材料规格控制——单一粒径筛分 混合料拌合均匀性提高 路面结构层的界面处理工艺

49. 结 语 长寿命路面是未来沥青路面技术发展的方向。 为了满足重载交通的使用要求，提高沥青路面的质量，发展可持续发展的路面技术，中国已经开始了长寿命半刚性基层沥青路面的研究，并取得了一些初步成果，从设计方法和工艺革新两方面提高沥青路面的使用寿命。 但是，这方面的研究还需要进一步深入，建立完整的长寿命路面的设计体系，还有许多工作要做。