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耐久性高模量沥青路面结构研究

摘要

为解决传统沥青路面早期病害频发、使用寿命短等问题，本文聚焦耐久性高模量沥青路面结构展开研究。通过对高模量沥青混凝土材料性能、力学特性以及在不同路面结构中的应用分析，采用弹性层状体系模型、四点弯曲疲劳试验等方法，探讨了高模量沥青路面的设计理论与方法。研究表明，高模量沥青路面在抗车辙、抗疲劳等方面具有显著优势，合理的结构设计和材料选择能够有效提升路面的耐久性和服役寿命，为长寿命沥青路面的建设提供了有力的技术支持。

关键词

耐久性；高模量沥青路面；结构设计；力学性能

一、引言

随着交通量的持续增长以及车辆荷载的日益重型化，传统沥青路面面临着严峻挑战，早期车辙、水损害和裂缝等病害频繁出现，严重影响了路面的使用质量和服务寿命，同时增加了公路养护维修成本。提高沥青路面的路用性能和服役寿命已成为当前道路工程领域亟待解决的关键问题。

高模量沥青路面作为一种新型路面结构形式，近年来受到广泛关注。高模量沥青混凝土通过采用低标号沥青或掺加高模量改性剂等方式，提高了沥青混凝土的模量，使其在车辆荷载作用下产生的应变降低，从而有效提高路面的抗高温变形能力和抗疲劳性能，有望显著延长道路的使用寿命。本文旨在深入研究耐久性高模量沥青路面结构，为其在实际工程中的应用提供理论依据和技术指导。

二、高模量沥青混凝土材料特性

2.1高模量特性

耐久性高模量沥青60℃复数模量是常规改性沥青的2-4倍，PG高温等级达82℃以上。高模量特性使得沥青混凝土在高温条件下能够更好地抵抗车辆荷载的作用，减少变形的产生。例如，在高速公路长大纵坡、市政道路路口等重载交通频繁的路段，高模量沥青混凝土能够有效降低车辙的出现概率。

2.2抗疲劳性能突出

耐久性高模量沥青采用优质直馏低标号基质沥青，不同于掺加硬质沥青和改性剂的其他产品，具有优良的抗疲劳性能。混凝土15℃时疲劳次数达到100万次以上，有效缓解反射裂缝和疲劳开裂。在长期交通荷载的反复作用下，普通沥青路面容易出现疲劳裂缝，而高模量沥青混凝土凭借其出色的抗疲劳性能，能够大大延长路面的疲劳寿命。

2.3存储稳定性优良

在160℃下大罐存储10天以内，产品指标稳定，满足使用要求。良好的存储稳定性确保了高模量沥青在生产、运输和存储过程中的性能稳定性，为工程应用提供了便利条件。

三、高模量沥青路面力学分析

3.1弹性层状体系模型分析

采用弹性层状体系模型分析不同层间结合状态和不同下面层模量对路面典型结构力学状态的影响。对于薄面层的半刚性基层沥青路面，当沥青面层与半刚性基层的层间结合状态不能处于完全连续状态时，沥青面层底部将会产生明显的拉应力和拉应变，沥青面层存在弯拉疲劳损伤的风险。随着下面层模量的增加，沥青面层底部的剪应力略有增加，而最大剪应力均值有所减小，有利于改善沥青下面层的抗剪能力。

3.2四点弯曲疲劳试验

通过不同温度、不同控制模式的四点弯曲疲劳试验，评价高模量沥青混凝土的抗疲劳特性。不同控制模式下高模量沥青混凝土的抗疲劳性能有所差别，而采用累积耗散能指标可以有效地将应力、应变两种不同控制模式的疲劳方程进行统一，20℃时高模量沥青混凝土具有更好的抗疲劳性能。

四、高模量沥青路面结构设计

4.1结构形式选择

高模量沥青路面结构形式多样，常见的有全厚式沥青路面、组合式基层沥青路面等。全厚式沥青路面是指沥青混合料直接铺筑在土基上的一种特殊路面结构，与传统沥青路面结构相比，路面总体厚度可较传统减薄30cm以上，节约资源的潜力巨大。组合式基层沥青路面融合了半刚性基层和柔性基层的特点，增加了沥青层厚度，提高了路面结构的抗疲劳性能。

4.2结构层厚度设计

以全厚式沥青路面为例，采用国际上较为成熟的法国路面结构设计软件ALIZE以及法国路面结构设计规范（NFP98-086）进行结构层厚度设计。在ALIZE中变换轴载为我国100kN标准轴载，设计年限为20年，路网类型为高速公路，等效温度21.8℃，路基强度采用法国标准PF3等级（80MPa）。分析计算时，主要控制指标为沥青层底的水平拉应变和路基顶面的竖向压应变，同时还要满足沥青层疲劳次数的要求。通过结构层厚度敏感性分析，确定满足应变要求下的结构层厚度。

五、高模量沥青路面耐久性分析

5.1抗车辙性能

高模量沥青混凝土路面具有良好的抗高温变形能力，60℃下，车辙次数可达20000次以上；70℃下，车辙次数仍达到了8000次以上。可有效减少沥青路面车辙病害的发生。在实际工程中，如机场跑道、港口道路等承受重载交通的路面，高模量沥青路面的抗车辙性能优势明显，能够保证路面在长期重载作用下的平整度和使用性能。

5.2抗疲劳性能

由于高模量沥青混凝土具有优良的抗疲劳性能，路面在长期交通荷载作用下，