01 力學(xué)-經(jīng)驗設(shè)計法應(yīng)用推廣
我國的新版公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范，自2017年9月起正式實施。這本規(guī)范的發(fā)布標(biāo)志著我國的瀝青路面設(shè)計方法正式進(jìn)入多指標(biāo)體系的力學(xué)-經(jīng)驗法設(shè)計實踐階段。
與2006年版設(shè)計規(guī)范相比，2017版規(guī)范帶來了這些變化：
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路面損壞由單一指標(biāo)控制向多指標(biāo)控制轉(zhuǎn)變；
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路面結(jié)構(gòu)由單一結(jié)構(gòu)組合向多元化結(jié)構(gòu)組合轉(zhuǎn)變；
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路面材料參數(shù)由靜態(tài)參數(shù)向動態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)變；
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設(shè)計參數(shù)輸入由單一水平向多水平轉(zhuǎn)變；
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設(shè)計理念由僅考慮建設(shè)期向全生命期經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析轉(zhuǎn)變。
02 路面設(shè)計的流程
03 路面材料設(shè)計參數(shù)的變化
瀝青面層的設(shè)計參數(shù)：
靜態(tài)單軸抗壓回彈模量→單軸壓縮動態(tài)模量
無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層的設(shè)計參數(shù)：
單軸壓縮彈性模量（頂面位移→中段位移）
粒料類材料底基層/路基的設(shè)計參數(shù)：
查表→三軸壓縮回彈模量
01 瀝青混合料動態(tài)模量
加載波形：半正弦波軸向加載
試驗頻率：0.1-25Hz
試驗溫度：-10℃, 5℃, 20℃, 35℃, 50℃
位移測量：3個LVDT測量中段變形
試驗儀器：UTM | AMPT | AST
試驗規(guī)范：JTG E20 T0738/AASHTO T378
02 無機(jī)結(jié)合料彈性模量
加載波形：1mm/min軸向加載至破壞
試驗頻率：/
試驗溫度：正常室溫/未特殊要求
位移測量：3個LVDT測量中段變形
試驗儀器：600kN壓力試驗機(jī)
試驗規(guī)范：JTG D50-2017 附錄E
03 粒料類材料回彈模量
加載波形：半正弦波軸向加載，徑向階梯圍壓
試驗頻率：0.1s加載，0.9s卸載
試驗溫度：正常室溫/未特殊要求
位移測量：2個LVDT測量頂面變形/側(cè)面變形
試驗儀器：UTM | 土三軸儀
試驗規(guī)范：JTG D50-2017 附錄D
04 瀝青混合料試驗的配套輔助工具
完成瀝青混合料的動態(tài)模量試驗的一個重要前提條件是制備形狀規(guī)則，密度分布均勻的試件，從而在加載過程中可以使得試件可以均勻受力，得到理想的試驗結(jié)果。
旋轉(zhuǎn)壓實儀
01 馬歇爾試件與旋轉(zhuǎn)壓實試件對比
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試件類型
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馬歇爾試件
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旋轉(zhuǎn)壓實試件
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級配類型
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AC-13C
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AC-13C
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面空隙率最大值%
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12.60
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12.19
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面空隙率最小值%
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1.98
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2.85
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面空隙率平均值%
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4.53
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4.42
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標(biāo)準(zhǔn)差%
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1.72
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1.46
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變異系數(shù)
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0.38
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0.33
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取芯機(jī)
02 核心應(yīng)用：從旋轉(zhuǎn)壓實成型試件中鉆取標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)模量芯樣
擴(kuò)展應(yīng)用：從路面芯樣中鉆取小直徑（直徑38/50mm）動態(tài)模量和疲勞試件
切割鋸
03
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AASHTO TP131間接拉伸動態(tài)模量
EN 12697-24E IDT 間接拉伸疲勞
EN 12697-26C IDT 間接拉伸模量
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ASTM D8044 SCB路易斯安那
AASHTO TP105 SCB明尼蘇達(dá)
AASHTO TP124 SCB伊利諾伊
EN 12697-44 SCB
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AASHTO T342
AASHTO T378
JTG E20 T0738-2011
EN 12697-25A&B
公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范附錄F 單軸貫入
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EN 12697-24D/ASTM D7460
AASHTO T321/EN 12697-26B
JTG E20 T0739-2011 4PT
JTG E20 T0715-2011 3PT
JTG E20 T0728-2011 Bending Creep
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Tex-248-F Overlay
ASTM WK26816 Overlay
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EN 12697-24A & 26A 2PT 法國標(biāo)準(zhǔn)
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05 瀝青面層疲勞驗算
在眾多的疲勞試驗方法中，我國的規(guī)范選擇的是棱柱體四點小梁彎曲的試驗方法，試驗方法為JTG E20-T0739。
疲勞方程：
試驗結(jié)果示例（模量下降50%）
方案：四點小梁彎曲疲勞試驗
方案一
獨立式四點小梁系統(tǒng)+溫控箱| UTM
外接空壓機(jī)動力
5kN-底部加載
方案二
四點彎曲夾具+ASTQube
電動作動器加載
15kN-底部加載
方案三
四點彎曲夾具+UTM30 | UTM130
液壓作動器加載
30kN/100kN-頂部加載
06 無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞驗算
無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層的疲勞試驗與瀝青混合料層的方法類似，都是使用三分點加載的四點梁彎曲疲勞試驗方法，參考的規(guī)范是JTG E51-T0856標(biāo)準(zhǔn)。
疲勞方程：
實驗方案
通用四點彎曲夾具+UTM30 | UTM130
液壓作動器加載
30kN/100kN-頂部動態(tài)加載
07 永久變形驗算
考慮到試驗需要簡單易用，與現(xiàn)場長期觀測指標(biāo)相關(guān)性好以及設(shè)備易于推廣的前提，新規(guī)范仍然選用車轍試驗動穩(wěn)定度指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)試驗方法。
瀝青混合料層永久變形量驗算公式：
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基層類型
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瀝青混合料層容許永久變形量
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高速
一級公路
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二級
三級公路
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無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層
水泥混凝土基層
底基層為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料的瀝青混合料基層
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15mm
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20mm
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其他基層
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10mm
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15mm
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08 瀝青面層低溫開裂指數(shù)驗算
采用經(jīng)驗法，對瀝青混合料層的開裂狀況調(diào)查，并對瀝青的性質(zhì)（勁度模量），路面結(jié)構(gòu)（瀝青混合料層厚度）和路基土類型進(jìn)行了測試。
瀝青面層低溫開裂指數(shù)：
St為在路面低溫設(shè)計溫度加10℃試驗溫度條件下，表面層瀝青彎曲梁流變試驗加載180秒時的蠕變勁度（MPa），因此為了進(jìn)行瀝青面層的低溫開裂指數(shù)驗算，我們必須要增加低溫彎曲梁流變試驗，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JTG E20-T0627。
BBR彎曲梁流變儀測量低溫時瀝青的彎曲蠕變勁度用于開裂指數(shù)計算
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公路等級
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高速
一級公路
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二級公路
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三級
四級公路
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低溫開裂指數(shù)CI，不大于
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3
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5
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7
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09 瀝青混合料性能
除了以上的驗算要求外，還需要對瀝青混合料的性能進(jìn)行一些性能檢測。
高溫性能
單軸壓縮貫入強度試驗
初始荷載：0.05kN
加載速率：1mm/min，至應(yīng)力值降為應(yīng)力極值點90%時停止
試驗溫度：+60℃（標(biāo)準(zhǔn)）
試驗儀器：UTM | 各種材料試驗機(jī)
計算指標(biāo)：貫入強度
試驗規(guī)范：JTG D50-2017 附錄F
低溫性能
三點彎曲試驗
加載速率：50mm/min，直至試件破壞
試驗溫度：-10℃±0.5℃
試驗儀器：UTM | 各種材料試驗機(jī)
計算指標(biāo)：抗彎拉強度，破壞時的梁底最大彎拉應(yīng)變和破壞時的彎曲勁度模量
試驗規(guī)范：JTG E20-2011 T0715
抗水損害
劈裂試驗
加載速率：50mm/min，直至試件破壞
試驗溫度：25℃
試驗儀器：馬歇爾試驗機(jī) | 各種材料試驗機(jī)
計算指標(biāo)：凍融劈裂抗拉強度比TSR
試驗規(guī)范：JTG E20-2011 T0729
10 瀝青性能
直接拉伸儀DT
當(dāng)BBR試驗結(jié)果不通過時，通過DT直接拉伸試驗共同確定低溫臨界開裂溫度。
動態(tài)剪切流變儀DSR
測量剪切模量用于動態(tài)模量計算：
壓力老化儀PAV
對瀝青進(jìn)行高溫高壓老化，模擬幾年的路用老化。
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