德国沥青路面设计方法.docx

1、德国沥青路面设计方法第七篇 德国沥青路面设计方法德国高速公路以其历史久远、良好的性能而闻名于世。今 年上半年笔者作为国家公派的高级访问学者， 在德国乌珀塔尔大 学进行为期四个月的访问学习。 现将德国高速公路沥青路面的设 计要点以及与我国目前的现状做一下介绍和比较分析。第一章 材料1.1 物集料 沥青路面面层石料在德国沥青面层矿物集料一般采用辉绿岩。从使用情况来 看，辉绿岩具有良好的抗压、抗击碎、高温稳定和抗磨耗性能。 其主要技术指标如下：密度g/cm 3抗压强度N/mm 2磨光 值 PSV抗击碎强度碎石SD 10 %石屑 / 砂砾 SZ8/ 12 %2.752.9518025044607-17

2、9-20说明：SD10 见德国标准 DIN52115 ；SZ8/ 12 见德国标准DIN52115 。 有的高速公路路面面层也使用玄武岩。玄武岩有 一个特点，长期处在高温阳光照射下，其表面会出现斑点和裂纹，最终Sonnenbrand 试验导致表层剥离。在德国考虑使用玄武岩时，（暂译为光照剥离试验 ）是必须要做的。其方法是将玄武岩做成标 准试块，放在蒸馏水中在规定的时间和温度内进行煮熬 （具体见德国试验规程 ），玄武岩表面可能产生斑点和像头发丝样裂纹。 煮熬后玄武岩剥离部分不超过原试块重量的 1% 。同时要对玄武岩的碎石和石屑做强度检验。 对于碎石和石屑在煮熬前后抗击碎 试验值 SD 10、SD

3、 8/ 12 两者之差不超过 5% ，对优质石屑不超过 3% 。 石料高温稳定性试验 石料在常温下，其各项技术性能指标能满足规定要求，一旦 在高温条件下，其性能会发生改变。在德国热铺沥青路面（温度 大于 120 ）中的矿物集料都要做高温稳定性试验。 试验方法是 把砂砾或石屑放在马弗炉中进行高温加压， 试验前后的砂砾或石 屑剥离部分增量不超过 3% 。同时还要进行抗击碎强度试验，在 做高温稳定性试验前后，抗击碎强度值 SZ8 / 12 增加值不大于 3% 。如果以上两个指标都能满足要求，就证明集料高温稳定性 达到要求。1.2 沥青 公路沥青德国公路沥青标号按温度在 25 时的针入度划分，共分 5

4、 类，其主要技术指标如下：试验项目公路沥青B200B805B6B45B25针入度1602701050735201/ 10 mm10005030软化点 37444449495545945967弗拉斯脆点-15-10-8 -6-2密度 g/cm31.021.01.01.041.0433延 度 75cm13 cm825 cm 4015 稀释沥青按德国标准 DIN1995 用 FB500 表示。这种沥青在稀释剂 蒸发后残留下来的物质针入度通常为 500 1/ 10 mm ，残留物的最小针入 度 1001 / 10 mm, 软化点不小于 30 。 乳化沥青 乳化沥青分为非稳定性和稳定性两大类。这里介绍的

5、是非稳定性乳化沥青，也是在高速公路上常用的乳化沥青。非稳定性乳 化沥青按照德国标准 DIN1995 分为 U60K 和 U70K 两类。根据 含水量要求， U60K 含水量不超过 45% ，U70K 含水量不超过 32% 。 蒸发后残留沥青软化点在 37 和 49 之间。 冷铺沥青 按照德国标准 DIN1995 冷铺沥青用 KB 表示。这种沥青允 许最大溶剂不超过 30% ，冷铺沥青在蒸发后的残留物软化点在 27 和 49 之间。 聚合物改性沥青德国采用的聚合物改性沥青分为弹性改性沥青和热塑性改性沥青。用 PmB 开头和后面的数字表示。弹性改性沥青分为A、 B 两类，热塑性改性沥青为 C 类。

6、聚合物改性沥青主要技术B、 指标见下表：试验项目聚合物改性沥青PmB8A0PmB8 PmB0B 65APmB65BPmB65CPmB45APmB45BPmB45C针入度 1/ 10 mm 1205020软化点 40-4848-5555-63弗拉斯脆点 -20-15-10延度 7 cm100 5013 cm100 301525 cm402010弹性恢复 %505050 505050 路面表处的聚合物改性沥青用 PmOB 表示。分为：品种 类型聚合物改性沥青 A A1 、A2聚合物改性稀释沥青 B B聚合物改性乳化沥青 C C1 、C2聚合物改性稀释乳化沥青 D DC 、D 两 类改 性沥 青性能

7、相 当于非 稳定 性乳化沥 青 U60K 和 U70K 。路面表处的聚合物改性沥青主要技术指标见下表。试验项目路面表处聚合物改性沥青A1A2BC1 *C2D*针入度1/ 10 mm80 40200软化点 9.5 502549.55025弗拉斯脆点-15-10-20-15-10-20弹性恢复 %50 5050 505050注： * 表示按照德国标准 DINV52041-2 乳化沥青中的残留物 PmOB 冷铺法施工中的薄面层所使用的聚合物改性沥青用PmBE-DSK 表示。这种改性沥青与其它乳化沥青没有本质区别。PmBE-DSK 具 有 阳 离 子 ， 其 含 水 量 必 须 严 格 符 合 TLP

8、mBE-DSK 要求。乳化聚合物改性沥青回收后的沥青软化点不小于 50 ，弗拉斯脆点不大于 -15 以及弹性恢复不小于 50% 。第二章 路面结构德国高速公路沥青路面部分自下而上 （不含基层 , 底基层 ）分别为承重层、联结层和面层2.1承重层承重层由级配的矿物集料与公路沥青拌和而成。 必须具有足够的稳定性和承载能力。按照德国规范 ZTVAsphalt-StB 规定 承重层施工时分为一层和多层， 其沥青混合料共分 5 个类型 AO 、 A 、B 、C、CS 。每层压实厚度不小于 8cm ，多层厚度大于 16cm 。 承重层除了每层最小碾压厚度外，层数和总厚度取决于公路等 级。在高速公路上采用的

9、是多层结构，通常为二层或三层。上面 所指 5 种沥青 混合料在多层结构中的最下面一层均可使用。 AO 和 A 型结构容易压实成型， 因此特别适合于其下面的基层由于路 基承载力和稳定性差而难以压实时使用。 对于重交通快车道的公 路承重层第一层、第二层均可采用 CS 型结构；对于 I 级公路， 如果最下面一层采用 AO、A 型结构，则其上面一层不能使用 B型结构。德国高等级公路承重层的 5 种结构类型组合见下表：层次等级高速公路I 级公路一层CSB、 C、CS二层CSB1) 、C、CS三层B 、C、CS(AO 、A)2)A 、B 、C 、CS说明 :1) 如果第三层采用的 AO 或 A 型结构，则

10、不采用。2) 只适用于上面是沥青路面。沥青承重层要分层施工，施工时的空气温度不低于 -3 ，并且下面的基层要求无雪无霜无冰无水膜。 为了保证与基层的粘接 力，要求在基层表面喷洒粘结剂。 下面将承重层 5 个类型沥青混 合料的级配与一些检测指标列表如下：ABCCS沥青混合料AO0/ 20/ 30 * 0/ 16 , / 20 * 0/ 16 , /0 * 0/ 16 , /单类型0 / 20/ 322, 0/2 , / 32, 0/22 , / 32, 0/22 , / 32位粒径 2mm080035356060806080%粒径220420312310310% 0.09mm公称粒径 10101

11、0 1010%最大粒径 201010 1010%筛余量沥青含量3.3.33.93.63.6%马氏稳定度23458KN1.54.1.54.1.54.1.55.m马氏流值1.54.00000mVO空隙率420414412410510L.-%压实度9696979797%沥青标号B65 、 B80 、(B45)注： * 只作为调平层。 （）仅适合于第三层。2.2沥青路面联接层 德国高等级公路的沥青路面结构中均设置联接层， 位于面层 下面，类似于我国的中面层。它是由级配矿物集料与公路沥青拌 和而成，必须有良好的稳定性和承载力，起到调平下面承重层和 吸收由于交通荷载而引起的水平剪力功能。 为了达到稳定性和

12、抗 剪切效果，在联接层中的用砂要专门加工成优质轧制砂。在联接 层中采用聚合物改性沥青并具有相应的粘度是十分有益的。 联接 层施工方法为热铺法，其表面没有保护层，不宜长时间跑车。联接层的施工厚度按德国规范ZTVAsphalt-StB 取决于混合料的最大粒径及碾压条件等因素。粒径 （ mm ）厚度 (mm)0/164.0 8.50/16 s5.0 8.50/22 s7.0 10.0联接层主要技术指标见下表：混合料类型沥青联接层矿料优质石屑， 优质轧制 石屑填料 （矿粉 ）优质石屑， 优质轧 制石屑天然砂 , 填料（矿粉）单位0/22S0/16S0/160/11 1)%2.0mm7080707560

13、755070%8.0mm20%11.2mm252010%16mm 251010%22.4mm 10%轧制砂与天然砂比1:0 2)1:0 2) 1:11:1(B65) 、(B65) 、B65 、B65 、沥青标号B45B45B80B80PmB45PmB45(B45)沥青含量4.05.04.25.54.06.04.56.5%空隙率 （马5.074.073.03.0VOL.-氏)3).0.07.07.0%压实度97%979796 4)注： 1 ）仅作为平整层 ,不适合高速公路及 级公路。2 ）在老路改建中 , 铣刨沥青的添加材料中天然砂不超过 5% 。3 ）在矿物混合料中铁渣或其它炉渣含量大于 20

14、% 时 , 必须用吸水率代替空隙率计算。4 ）厚度不小于 3cm 时。（ ） 只有在特殊情况下使用。2.3沥青路面面层在德国高等级公路沥青路面面层通常采用以下三种结构：1）热铺沥青混凝土由级配矿物与公路沥青拌和而成。施工铺筑厚度按规范ZTVAsphalt-StB 中规定的混合料粒径以及碾压条件等因素决定，一般按下列要求进行：粒径厚度0/52.03.0cm0/83.04.0cm0/113.54.5cm0/11s4.05.0cm(0/16s)5.06.0cm沥青路面面层厚度按照德国规范RStO 一般是 4cm 。如果面层 3.5cm 改为 3.0cm, 则下面联接层厚度增加 0.5cm 。比如 联

15、结层 7.5cm 可以扩大到 8.0cm 。热铺沥青 混凝土 主要技术指标如下：沥 青 混 0/ 16 S* 0/ 11 S0/ 110/ 80/凝土矿料优质石屑，优质轧制石屑 , 天然砂 ,石粉2.0mm55655060406035603050%5.0mm1510%8.0mm254015301510%11.2mm151010%16.0mm10%轧制砂与天然砂比例1:11:1 1:1 1) 1:1 1)沥青标号 5)B65(B80)B65(B80)B80(B65)B80(B65)B80(B200)沥青含量5.26.55.97.26.27.56.47.76.88.0%空隙率(马氏 )2)3.05

16、.03.55.02.04.0 4)1.03.0 3)2.04.0 4)1.03.0 3)1.03.0 3)VOVO压实度 97 9797 9796%施工时 7.0 7.06.0 6.06.0VO空隙率注: * 只适用于特殊情况。1) 适用于级公路。2) 只适用于、级和轻交通的公路。3) 适用、级公路。4) 适用、级公路以及在特殊荷载特殊情况下可以使用具有相应粘度的聚 合物改性沥青。热铺沥青 混凝土 目前在德国高速公路上作为面层使用不多 见。( 2 )沥青玛帝脂碎石混合料路面 它是一种间断级配的矿物集料和公路沥青并加入稳定添加 剂拌和而成， 热铺并压实。 由于碎石含量高， 在集料中产生骨架， 其

17、空隙用沥青玛碲脂或沥青砂胶等稳定性添加剂填充。 这种间断 级配的集料中小于 2mm 粒径的矿料含量较少， 矿物集料表面积 也相对较少，因此需要较多的沥青用量，同时要加入稳定添加剂 (如聚合物、矿物纤维材料等) 。沥青玛帝脂碎石混合料路面具 有良好的抗磨耗和稳定性能， 因此在德国高等级公路上作为面层 使用很广。沥青玛帝脂碎石混合料路面摊铺厚度按规范 ZTVAsphalt-StB 规定的混合料中的最大粒径和碾压条件等因 素决定。一般按下面要求进行：粒径 厚度0/51.53.00/82.04.0cm0/8s3.04.0cm0/11s3.54.0cm0/8s 和 0/11s 在高速公路和、级公路面层使

18、用十分普遍沥青玛帝脂碎石混合料路面级配组成及技术要求如下：沥青玛 帝脂碎 石混合 料路面0 / 11 S0/ 8 S0/ 8S0 / 5 S单位矿料优质石屑，优质轧制砂，矿粉优质石 屑 ，优质轧 制砂， 天 然砂，矿 粉2.0mm7580758070806070%5.0mm607055457010%8.0mm 4010 10% 10%11.2mm轧制砂1:01:01:11:1与天然砂比例沥青标B65(PmBB65(PmB4B80B80(B2号45)5)00)沥青含6.57.07.07.2%量稳定添0.30.31.50.31.0.31.5%加剂1.55马氏空3.04.03.04.02.04.2.

19、04.0VO隙率0L.-%压实温135 5135 5135 5135 度5压实9797 9797%度3 ）浇注式沥青面层由具有 很小 的空隙率的级配石料和公路沥青拌和而成。 采用热铺法。 沥青的含量由集料的空隙决定， 其空隙被沥青完全填满，并存在少量的多余沥青。浇注式沥青面层是一种密实型面层，在 热状态下能够浇注和涂抹，用普通拌和设备就能生产。装运过程 中要装配电动拌和设备防止离隙。在 200 250 温度下，采用特殊设备或手工浇注，最后在表面撒布石屑，用压路机压实。 为防止气泡形成，碾压设备先用橡胶轮胎进行搓揉，然后在撒布 石屑后，再用光轮静压整平。其表面形象比喻为在玻璃板上撒上 石屑，一半

20、压在玻璃板内，一半露在玻璃板上面。浇注式沥青面 层无空隙率，具有很好的防水性能；又因其表面撒布石屑，具有 很好的粗糙度，抗滑性能好；同时由于采用浇注方式，整体性能 和稳定性能都很好，所以在德国高速公路上使用最广。摊铺厚度（包含撒布的石屑）按照规范 ZTVAsphalt-StB中的混合料最大粒径和摊铺条件决定。一般要求如下：粒径厚度0/52.03.00/82.53.5cm0/113.54.0cm0/11s3.54.0cm其中 0/11 和 0/11S 适合高速公路和、级公路。浇注式沥青面层技术指标如下：浇注式沥青面层0 / 11 S0/ 11 *0/ 8 *0/ 5*单位矿物材料优质石屑，优质轧

21、制砂，天然砂，矿粉 2.0mm455405354%505 5.0mm 1510% 8.0mm 15 10% 11.2mm1022 3224 34%轧制砂与1:2天然砂比例沥青标号B45(BB45(B45(BB45(B25)B65)65)65)沥青含量6.5 6.5 6.5 7.0 %8.08.08.08.5渗透深度试验1.0 1.0 1.0 1.0 mm2)3.55.05.05.030min10.0 1)再增加 30min0.4 0.60.60.6mm渗透试验注： * 、( )适用于特殊情况。1) 适用于自行车道和人行道。2) 渗透深度试验是针对浇注式沥青面层的一种试验方法。第三章 级配设计一

22、个合理的级配设计是保证沥青路面经久耐用、稳定、耐磨 的重要条件。德国高速公路的沥青路面面层、联结层、承重层根 据不同的路面结构类型都有相应的级配设计程序， 只要将部分粒 径的通过百分率确定下来，并输入已编好的计算程序中去，其它 粒径的筛余百分率、通过百分率及级配曲线会自动生成。在级配设计中， 0 2mm 粒径是级配设计中的控制粒径。 0 2mm 之间又分为四组粒径 0 0.09mm ，0.09 0.25mm 0.25 0.71mm ， 0.71 2mm 。这四组粒径的集料是从 02mm 细粒中进行水洗法筛分， 得到每种筛子筛余量， 允许 2mm 筛子上有筛余集料。在做水洗法筛分之前， 用旋转分

23、配仪将一定数量的 02mm 集料（具体数量由马歇尔试块决定）分成 8 等份，从 8 等份中 取出一等份用旋转分配仪再分成 8 等份，取其中 3 等份做水洗 筛分 。水 洗筛 分后 ，将每一份筛分在 0 0.09mm ，0.09 0.25mm ，0.25 0.71mm ，0.71 2mm 以及 2mm 筛子上的 筛余量，填写到计算机已编制好的计算程序表中，在以上各筛孔 上程序自动生成相应的筛余百分率以及通过百分率， 并进行累计 计算，得出 0 2mm（ 含 2mm） 各筛孔上最终筛余百分率和通过 百分率。再将 02 mm（ 含 2mm） 筛子上最终通过百分率填入到 计算机中已编制好的程序中去，则大于 2mm 粒径组，例如 2 5，58，8 11 等都可以由计算机自动计算出各组孔径筛子上的通过百分率及级配曲线。 这里要介绍一下旋转分配仪的构造和工作原理。 旋转分配仪 是一个转动轴、 8 个瓶子、进料口及支座组成。进料口位于最上 面， 在进料口下面围绕着转动轴悬挂 8 个装料瓶， 装料瓶与转动轴一起转动，当进料口有矿料进入时，随着转动