基于使用性能的澆注式瀝青混凝土設計

張肖寧，陳劍華, 2，鄒桂蓮，樊釗甫，曾利文, 3，徐偉

?

基于使用性能的澆注式瀝青混凝土設計

張肖寧1，陳劍華1, 2，鄒桂蓮1，樊釗甫1，曾利文1, 3，徐偉1

(1. 華南理工大學土木與交通學院，廣東廣州，510641；2. 交通運輸部公路科學研究院，北京，100088；3. 廣東交通實業投資公司，廣東廣州，510623)

針對鋼橋面鋪裝澆注式瀝青混凝土使用中容易出現的高溫車轍、疲勞開裂問題，提出澆注式瀝青混凝土“四階段設計法”確保高溫性能與疲勞性能的平衡；基于黏彈力學原理，提出動穩定度為澆注式瀝青混凝土高溫性能評價指標，通過大型加速加載試驗進行驗證其可靠性；基于斷裂力學和能量法原理，提出沖擊韌性為澆注式瀝青混凝土疲勞性能評價指標，通過試驗建立起沖擊韌性和四點彎曲疲勞壽命的關系。研究結果表明：動穩定度可準確反映澆注式瀝青混凝土高溫抗變形能力；沖擊韌性和疲勞性能之間有良好的線性相關性，采用沖擊韌性能有效評價澆注式瀝青混凝土疲勞性能。

路面工程；瀝青混凝土；“四階段設計法”；加速加載試驗；高溫性能；動穩定度；疲勞性能；沖擊 韌性

隨著我國大跨徑鋼橋建設快速發展，應用澆注式瀝青混凝土橋面鋪裝方案的橋梁數量越來越多，先后在江陰長江大橋、香港青馬大橋、勝利黃河大橋、臺灣高屏溪大橋、深港西部通道等大跨徑鋼橋面鋪裝中得到應用。但是澆注式瀝青混凝土鋪裝結構在實際使用過程中暴露出2個主要問題：首先，由于澆注式瀝青混合料是一種完全懸浮式結構混合料，粗骨料間難以形成嵌擠狀態，其抵抗變形能力主要依靠瀝青與集料的黏結力和瀝青的內聚力，溫度影響大，因而高溫穩定性差[1?2]。這種鋪裝結構在汽車荷載反復作用下，容易使得混合料產生蠕變形成永久變形積累，尤其是南方高溫地區封閉式箱梁內部溫度較高等引起鋪裝溫度過高及汽車荷載過重的情況下，極易發生車轍病害，導致交通事故[3]。其次，隨著使用年限增加和繁重交通負荷作用，澆注式瀝青混凝土橋面鋪裝出現了不少病害，其中最常見的病害是疲勞裂縫[4?6]。這主要是由于澆注式瀝青混凝土的拌合生產工藝非常特殊，需要在近240 ℃高溫拌合45 min以上，不可避免澆注式瀝青混凝土發生超熱氧老化情況。若超熱拌合時間過長，則容易導致瀝青路面出現疲勞裂縫。況且澆注式瀝青混凝土是非均質的、感溫性強的多向性材料，其內部有很多微孔隙和微裂縫，這些材料固有缺陷在溫度和行車荷載的重復加載以及鋼橋面板負彎矩區反復彎拉作用下，尤其是嚴重超載引起鋪裝表面拉應變過大或者因橋面系結構剛度不足引起鋪裝表面拉應變過大的情況下，更會加快演化發展，形成宏觀疲勞裂縫最終導致疲勞破壞，嚴重影響鋪裝的使用功能。本文作者針對澆注式瀝青混凝土橋面鋪裝中出現的主要問題，提出基于使用性能指標的“四階段設計法”；針對現有高溫性能評價方法及指標不足，提出新的高溫性能設計評價指標，通過加速加載試驗驗證其可靠性；針對材料設計中缺乏疲勞性能評價指標，提出疲勞性能設計評價指標，通過疲勞試驗驗證其與疲勞壽命的相關性。

1 澆注式瀝青混凝土“四階段設 計法”

目前國內外的澆注式瀝青混合料設計方法主要依賴于已有經驗，解決施工的流動性與高溫穩定性性能之間的矛盾[4]，并沒有考慮疲勞性能；同時高溫性能力學指標與實際路用性能之間的不一致，是導致符合設計技術要求的澆注式瀝青混凝土在應用中產生突出問題的根本原因之一。在設計瀝青混合料時，停留在材料組成設計的概念中[7]，只認為瀝青結合料種類和礦料級配才是影響澆注式瀝青混合料使用性能的主要因素，忽略了澆注式瀝青混合料本身特有的工藝特性，在攪拌運輸裝備高溫拌制混合料時，由于超熱氧化的老化作用，混合料的高溫性能會隨拌合時間延長而呈不斷增大趨勢，其抗疲勞性能會隨拌合時間延長呈不斷降低趨勢。

在設計瀝青混合料時，要充分認識到最終反映到以后實際路面使用性能的核心指標是高溫性能和疲勞性能，而施工流動性只是滿足核心指標的基礎上才需考慮的輔助指標，該指標由于瀝青材料的感溫特性較易實現。

鑒于澆注式瀝青混凝土應用中出現的問題和目前設計方法的不足，提出以使用性能為指標澆注式瀝青混凝土“四階段設計法”。

第1階段：初選礦料級配、瀝青種類及用量，完成材料組成初步設計。

第2階段：初選澆注式瀝青混合料專用拌合設備參數、拌合溫度、拌合時間，完成材料拌合工藝初步設計。

第3階段：通過不斷調整設計參數平衡高溫與疲勞性能，使其滿足設計指標要求，擬定材料組成設計參數和拌合工藝設計參數。

第4階段：檢驗澆注式瀝青混合料的施工流動性，微調設計參數，最終確定最佳材料組成設計參數和拌合工藝設計參數；保證施工質量均勻性。

該方法有利于最大限度發揮材料極限，確保橋面鋪裝既有較強的高溫抗變形能力，又有較強的抗疲勞開裂能力。“四階段設計法”最為關鍵的工作包括2方面，一是能得到快速、準確評價澆注式瀝青混凝土的高溫性能和疲勞性能設計指標；二是綜合平衡澆注式瀝青混凝土的高溫性能與疲勞性能，使其能夠擁有良好的使用性能和耐久性，這也是最為困難的工作。

2 基于車轍試驗的高溫性能

目前評價澆注式瀝青混凝土高溫性能的方法和指標較多，英國采用25 ℃瀝青馬蹄脂ME硬度評價澆注式瀝青混合料MA的高溫性能[8]，中國香港采用25 ℃ ME硬度、35 ℃ MA硬度評價MA高溫性能；日本用40 ℃貫入度評價其高溫性能；德國和現行歐盟標準采用40 ℃貫入度與貫入度增量指標評價其高溫性能；我國采用貫入度與貫入度增量的技術指標，夏炎熱區試驗溫度提高至60 ℃，可是有關研究[5]表明貫入度和貫入度增量試驗誤差較大，很難準確評價瀝青混凝土的高溫穩定性。

縱觀國內外相關研究成果和工程實踐可發現，現階段澆注式瀝青混合料高溫性能的設計理論存在不足，評價方法和技術指標與實際橋面鋪裝高溫抗車轍能力一致性有待進一步提高。本文在黏彈力學原理的基礎上，提出以動穩定度作為澆注式瀝青混凝土高溫性能設計評價的一個重要指標。

2.1 理論基礎

澆注式瀝青混合料的強度主要依賴于膠結料的性能，在高溫和長時間荷載作用下，其變形則以黏性流動為主，在大多數實際使用情況，它們的變形處于黏彈性狀態，利用Burgers模型來描述其流變行為[9]。Burgers模型的本構方程如下：

式中：0為壓縮荷載；為加載時間；1為模型中的彈性模量；1為Maxwell模型中的黏性系數；2為Kelvin模型中的彈性模量；2為Kelvin模型中的黏性系數。

1是評價抵抗流動變形的主要指標，瀝青路面產生永久車轍變形的主要原因來自于Maxwell模型的1，也部分來自2，而2和2組成的Kelvin模型也產生一些永久變形，但由于Kelvin模型產生的變形部分可以延遲恢復，且由于2的延滯作用，其變形發展會逐漸減慢直至停止。瀝青混合料由于繼承了瀝青的黏彈性，因此通過Burgers模型可預估瀝青橋面鋪裝的車轍。

黃衛東等[10]利用Burgers模型對動穩定度S與模型參數1的關系進行了數學推導：

從上面分析可看出：數學上推導出的Burgers模型參數與車轍試驗動穩定度之間的關系，從深層次上揭示了澆注式瀝青混合料的動穩定度與黏彈性本構方程的聯系，表征車轍動穩定度能很好地反映瀝青混合料的高溫抗變形能力。

2.2 試驗方法與結果分析

建立瀝青混合料力學性能與路面長期使用性能相關性是設計瀝青混合料研究中最為困難的課題，足尺路面加速加載試驗是解決這一難題的重要手段[11]。為此，進行了4次足尺模型加速加載高溫試驗，用以評價不同批次澆注式瀝青鋪裝材料在相同試驗條件下車轍變形深度與動穩定度的關系，為材料設計提供依據。

足尺試驗模型鋼橋面鋪裝結構如表1所示。加載設備選用南非生產的MMLS66型可移動直線式路面加速加載試驗系統，采用6組單軸雙輪直線軌跡重復加載方式，加載頻率為6 000次/h，試驗溫度為60 ℃，輪胎接地壓強為0.7 MPa，運行加載次數為5×104次進行控制或者車轍深度達到25.4 mm進行控制；在分別運行加載5 000，30 000和50 000次時利用自動斷面記錄儀測量車轍深度。將與鋪筑同步取樣成型的車轍試件試驗結果與加速加載高溫試驗結果見表2。目前澆注式瀝青混凝土常用高溫性能評價指標貫入度與加速加載高溫車轍變形關系見圖1，動穩定度與加速加載高溫抗車轍變形關系見圖2。

表1 加速加載試驗足尺模型鋼橋面鋪裝結構

由圖1可以看出：貫入度與加速加載高溫試驗車轍變形之間的相關性較差，比例關系不明顯，除了第2批次的貫入度與貫入度增量顯著偏大，車轍變形也最大以外，其余3個批次的貫入度結果與貫入度增量結果比較接近，但是加速加載試驗的車轍變形卻有明顯差異，因此貫入度試驗與加速加載試驗的一致性與相關性很差，驗證了既有研究認為貫入度很難準確評價澆注式瀝青混凝土高溫性能的結論[5]。

圖1 貫入度與加速加載試驗結果的相關性

從圖2可以看出：車轍試驗得到的澆注式瀝青混凝土車轍動穩定度、復合結構車轍動穩定度與加速加載試驗車轍變形成反比關系，混合料的動穩定度越大，高溫抗變形能力越強，加速加載試驗產生的變形深度越小，車轍動穩定度與加速加載試驗的車轍深度之間的相關性很好。從圖2還可看出：當動穩定度小于300次/mm時，高溫車轍深度大，抗變形能力差。充分說明采用動穩定度評價澆注式瀝青混凝土的高溫抗變形能力是可靠的，采用動穩定度作為高溫性能設計指標可準確反映實際橋面鋪裝高溫抗變形能力。

圖2 動穩定度與實際高溫抗變形能力的關系

3 基于沖擊韌性的疲勞性能研究

瀝青鋪裝層疲勞性能的好壞直接關系到鋼橋面鋪裝的最終使用性能和服務壽命。鋼橋面鋪裝因其結構變形大，更易于發生疲勞破壞，對材料的疲勞性能要求更高。已有相關研究成果[12?14]表明：現階段澆注式瀝青混合料疲勞性能的設計理論還不夠完善，與實際使用情況間有較大差別。現階段進行澆注式瀝青混合料設計時，并沒有把疲勞性能設計納入材料設計體系中，這是澆注式瀝青混凝土出現疲勞開裂的根本原因之一。本文在斷裂力學和能量法原理的基礎上，提出以沖擊韌性作為澆注式瀝青混凝土疲勞性能設計的一個重要指標。

3.1 理論基礎

沖擊韌性主要是指材料在沖擊荷載作用下吸收變形功和斷裂功的能力，是評價材料韌性的一項重要指標。當材料承受外界荷載作用時，材料內部本身就會產生一定的應力應變，材料在重復荷載作用下產生疲勞裂紋后，就會在裂紋處產生一定的應力應變場。根據能量原理提出的積分理論[15]可定量地描述裂紋體的應力應變場強度，它適用于小變形的彈塑性體。BAGLEY和LANDES依據大量試驗，認為積分作為衡量裂紋開裂的參量是適宜的，從而建立了積分準則[15]：當圍繞裂紋尖端的積分達到臨界值C(平面應力)或IC(平面應變)時，裂紋開始擴展。C或IC被成為積分斷裂韌度，代表材料的抗裂性能，由于韌度IC可以用勢能公式表達出來，瀝青混合料的積分斷裂韌度可以根據以下公式獲得[16]：

式中：為荷載功，即荷載?位移曲線下的面積，N·mm；為試件厚度，mm；為裂紋長度，mm。

因此，材料發生斷裂時伴隨著能量的損耗，能量可以用荷載?位移圖所包圍的面積來計算，試驗荷載?位移曲線下所包圍的面積越大，斷裂韌度IC越大，材料抵抗破壞的能力越強。根據積分理論和IC公式可知：沖擊韌性在理論上是可行的。結合Origin軟件可得出陰影部分的面積，即沖擊韌性的大小。張肖寧 等[17]曾采用沖擊韌性評價瀝青混合料抵抗反射裂縫的能力，并取得了較好的效果。

3.2 試驗方法與結果分析

沖擊韌性試驗試件制備過程如下：

1) 采用專用拌合設備在220 ℃條件下生產澆注式瀝青混合料自流成型長×寬×高為300 mm×300 mm×50 mm的板塊狀試件。

2) 采用高精度雙面鋸將自流成型的板塊狀試件切制成長(250±2) mm、寬(30±0.5) mm、高(35±0.5) mm的棱柱體小梁。

3) 沖擊韌性試驗在MTS試驗機上進行，加載速率為50 mm/min。

為了解拌合工藝設計參數(拌合時間)變化和使用溫度變化對小梁沖擊韌性的影響，按上述方法進行不同拌合時間成型試件在不同試驗溫度下的沖擊韌性試驗，結果見圖3。

溫度/℃：1—5；2—15；3—25。

圖3 拌合時間、試驗溫度與沖擊韌性的關系

Fig. 3 Relations of mixing time, temperature and impact toughness

由圖3可知：在同一級配和瀝青用量的情況下，拌合時間對混合料的沖擊韌性影響明顯。隨著拌合時間增加，澆注式瀝青混合料的沖擊韌性總體呈現先升高再降低變化。主要是因為當拌合2.00 h內，受觸變效應影響，混合料黏度逐漸減小，有利于自流成型時減少產生微裂縫和微孔隙，包裹在礦料周圍的瀝青分布逐步變均勻，礦料之間的黏結力得到加強，故沖擊韌性會增大；隨拌合時間延長，受超熱老化作用混合料黏度不斷增大，使其自流成型時增加產生微裂縫和微孔隙，礦料之間的黏結力進一步削弱，故沖擊韌性隨著減小；拌合大于3.00 h時，混合料的瀝青已開始產生較嚴重老化，混合料內部變形速率較小，故沖擊韌性變化不明顯。

由圖3還可知：沖擊韌性隨著試驗溫度升高逐漸增大。這主要是澆注式瀝青性能對溫度的依賴性決定了瀝青混合料性能也顯著地受溫度的影響。隨著試驗溫度升高，澆注式瀝青混合料由玻璃態脆性固體向黏彈性體轉變，混合料的破壞由脆性破壞向屈服破壞轉變，同時混合料內部會發生微小的黏彈性變形，使荷載?位移圖曲線下的面積增大，即沖擊韌性逐漸增大，因此沖擊韌性在試驗溫度范圍內隨溫度升高而增大。

3.3 沖擊韌性與疲勞性能之間的關系

四點彎曲疲勞試驗對鋼橋面瀝青鋪裝結構進行疲勞性能評價是一種最有效的方法，可是其試驗周期長、設備要求高，難于用于施工質量控制。已有研究表明：沖擊韌性與普通瀝青混合料的疲勞壽命具有相關性，該方法物理意義明確，不需重復加載，操作簡便，試驗設備要求較低。若取得沖擊韌性與澆注式瀝青混合料四點彎曲疲勞壽命的相關性，便可在澆注式瀝青混凝土設計與施工質量控制中采用沖擊韌性指標。

為此，采用300 με應變控制的加載模式對不同批次的澆注式瀝青混合料進行四點彎曲疲勞試驗，同時進行沖擊韌性試驗。為找出沖擊韌性和疲勞壽命之間的內在聯系，將上述試驗結果進行匯總，并以沖擊韌性為橫坐標，四點彎曲疲勞壽命為縱坐標，結果如圖4所示，并對試驗數據進行回歸擬合，得到回歸線性方程=423.32+724 551，相關系數為0.896，說明沖擊韌性與疲勞壽命之間具有良好的線性相關性，沖擊韌性越大，疲勞壽命越長。沖擊韌性可以作為評價澆注式瀝青混凝土疲勞性能的指標。因此，鋼橋面鋪裝材料的設計與施工質量控制可采用沖擊韌性指標。采用該方法，設備簡單，試驗周期短，可方便快捷進行疲勞性能評價。

圖4 沖擊韌性與疲勞壽命的關系

4 高溫性能與疲勞性能的關系

澆注式瀝青混凝土的高溫性能和疲勞性能是一對難以平衡的矛盾，其影響機理非常復雜。如何在2種性能之間取得平衡是“四階段設計法”最為關鍵也是最困難的工作。

本文嘗試在初步確定材料組成設計的基礎上，探討工藝設計參數和性能指標的確定。材料組成設計選用滿足深港西部通道MA澆注式瀝青混凝土的材料組成和級配要求，工藝設計選定專用拌合設備拌合溫度為220 ℃，在此基礎上，討論澆注式瀝青混合料的使用性能與拌合時間的關系，結果見圖5。

1—沖擊韌性；2—動穩定度。

圖5 高溫性能和疲勞性能與拌合工藝參數的關系

Fig. 5 Relations of temperature performance, fatigue performance and process design parameters

從圖5可知：拌合1.00~2.00 h時，隨拌合時間增加，混合料的抗疲勞性能和高溫性能受觸變效應影響都不斷提升，抗疲勞性能達到峰值；拌合2.00~3.00 h時，混合料受超熱氧老化作用，抗疲勞性能開始下降，曲線下降斜率較大，高溫性能繼續增加呈緩慢上升趨勢；拌合3.00~5.00 h時，混合料受到老化加速作用，高溫性能曲線斜率快速上升，疲勞性能曲線斜率下降變緩。高溫性能曲線與疲勞性能曲線在點相交，此時拌合時間為3.75 h，對應的沖擊韌性為400 N·mm，動穩定度為800次/mm。

從加速加載高溫試驗可知：當動穩定度小于300次/mm時，鋪裝產生較嚴重變形，高溫抗車轍變形能力較差，因此為了保證高溫抗車轍變形能力，動穩定度應該大于300次/mm，此時拌合時間約為2.00 h。為了兼顧平衡疲勞性能，可適宜拌合時間為2.00~3.75 h，實際上拌合2.50 h后，混合料疲勞性能已有較大下降，因此，建議最佳拌合時間為2.00~2.50 h。

為找出高溫性能和疲勞性能的內在聯系和相關性，將不同批次的澆注式瀝青鋪裝材料的車轍試驗數據與沖擊韌性試驗數據匯總，并以動穩定度為橫坐標，沖擊韌性為縱坐標，結果如圖6所示，并對試驗數據進行回歸擬合，得到回歸方程=4 324?0.670 5，2為0.688 2。說明疲勞性能和高溫性能具有較好的相互制約的相關性。

因此，為了兼顧高溫性能與疲勞性能，建議動穩定度指標控制范圍為300~800次/mm，沖擊韌性不小于400 N·mm。

圖6 沖擊韌性與動穩定度的關系

5 結論

1) 采用“四階段設計法”設計鋼橋面鋪裝澆注式瀝青混凝土，能較好保證其高溫性能和疲勞性能。

2) 動穩定度與加速加載試驗橋面鋪裝高溫抗變形能力之間具有良好的相關性，采用動穩定度指標評價澆注式瀝青混合料高溫抗變形是準確有效的。

3) 采用四點彎曲疲勞壽命代表澆注式瀝青混凝土的疲勞性能，試驗證明澆注式瀝青混合料的沖擊韌性和四點彎曲疲勞壽命之間具有很好的線性相關性，相關系數大于0.89，因此，可采用沖擊韌性評價澆注式瀝青混凝土的疲勞性能。

4) 瀝青混合料的抗疲勞性能隨拌合時間延長，呈現先提高后下降的趨勢；高溫性能隨拌合時間延長不斷提升，在材料組成設計確定的基礎上，平衡使用性能間矛盾的有力手段是調整工藝設計參數，經試驗分析，特定條件下的最佳拌合時間范圍為2.0~2.5 h。

5) 高溫性能與疲勞性能具有較好的相互制約的相關性，是確定施工工藝參數的杠桿。

[1] 張力，陳仕周. 鋼橋面鋪裝技術的研究與發展[J]. 公路, 2001, 1(1): 2?5.
ZHANG Li, CHEN Shizhou. Research and development of steel deck pavement technology[J]. Highway, 2001, 1(1): 2?5.

[2] YANG Jun, GHARABAGHY C, STEINAUER B. Study on high temperature behavior of gussasphalt[J]. Journal of Southeast University (English Edition), 2002, 18(4): 297?301.

[3] FONTES L, TRICHêS G, PAIS J C, et al. Evaluating permanent deformation in asphalt rubber mixtures[J]. Construction and Building Materials, 2010, 24: 1193?2000.

[4] KENDAHL P S, MELLOTT D B. Pennsylvania’s experience with the design, construction and performance of gussasphalt[J]. Association of Asphalt Paving Technologists, 1977, 46: 541?570.

[5] 吳文軍, 張華, 錢覺時. 澆注式瀝青混凝土應用現狀綜述[J]. 公路交通技術, 2009, 6(3): 59?63.
WU Wenjun, ZHANG Hua, QIAN Jueshi. Overview of current status of application of casting asphalt concrete[J]. Technology of Highway and Transport, 2009, 6(3): 59?63.

2012年，住房和城鄉建設部發布了《關于開展國家智慧城市試點工作的通知》（建辦科〔2012〕42號），截至2017年底，我國已有超過500個城市提出建設智慧城市。建筑作為城市的基本組成單元和人們的日常活動空間，在智慧城市的建設浪潮中也得以創新和發展。同時隨著物聯網、云計算和大數據等新興產業技術的興起，在傳統樓宇自動化的基礎上，智慧建筑和數字建筑等新的建設概念和理念逐漸涌現。

[6] ALATAS T, YILMAZ M, K?K B V, et al. Comparison of permanent deformation and fatigue resistance of hot mix asphalts prepared with the same performance grade binders[J]. Construction and Building Materials, 2012, 30: 66?72.

[7] 張純. 澆注式瀝青混凝土鋼橋面鋪裝配合比設計及其性能優化研究[D]. 重慶: 重慶交通大學土木工程學院, 2014: 14?15.
ZHANG Chun. Gradation of Guss asphalt concrete steel bridge deck design and performance optimization[D]. Chongqing: Chongqing Jiaotong University. College of Civil Engineering, 2014: 14?15.

[8] BS EN 13108-6:2006. Bituminous mixtures—Material specifications—Part 6: Mastic Asphalt[S].

[9] 張肖寧. 瀝青與瀝青混合料的粘彈力學原理及應用[M]. 北京: 人民交通出版社, 2005: 35?37.
ZHANG Xiaoning. Viscoelastic mechanics theory and application of asphalt and asphalt mixture[M]. Beijing: China Communications Press, 2005: 35?37.

[10] 黃衛東, 呂偉民. 瀝青及瀝青混合料流變性質與動穩定度的關系[J]. 同濟大學學報, 2000, 28(4): 501?504.
HUANG Weidong, Lü Weimin. Relations of binder and asphalt rheological properties and dynamic stability[J]. Journal of Tongji University, 2000, 28(4): 501?504.

[11] 張肖寧. 設計瀝青混合料[J]. 哈爾濱建筑大學學報, 2002, 35(1): 108?112.
ZHANG Xiaoning. Designing asphalt mixture[J]. Journal of Harbin University of C E & Architecture, 2002, 35(1): 108?112.

[12] VAN DIJK W, MOREAUD H, QUEDEVILLE A, et al. The fatigue of bitumen and bituminous mixes[C]//3rd International conference on Structural Design of Asphalt Pavements, London, 1972: 254?366.

[13] 張華, 錢覺時, 吳文軍. 澆注式瀝青混凝土疲勞壽命的能量法[J]. 土木建筑與環境工程, 2010, 32(4): 135?140.
ZHANG Hua, QIAN Jueshi, WU Wenjun. Fatigue life analysis of guss asphalt concrete based on energy method[J]. Journal of Civil, Architectural & Environmental Engineering, 2010, 32(4): 135?140.

[14] 張華, 錢覺時, 吳文軍, 等. 澆注式瀝青混合料疲勞特性研究[J]. 建筑材料學報, 2011, 14(3): 335?340.
ZHANG Hua, QIAN Jueshi, WU Wenjun, et al. Research on fatigue performance of gussasphalt mixture[J]. Journal of Building Materials, 2011, 14(3): 335?340.

[15] 程靳, 趙樹山. 斷裂力學[M]. 北京: 科學出版社, 2006: 115?133.
CHENG Jin, ZHAO Shushan. Fracture mechanics[M]. Beijing: Science Press, 2006: 115?133.

[16] 劉宇, 張肖寧, 王端宜. 瀝青混合料裂紋擴展階段的疲勞壽命預測[J]. 華南理工大學學報(自然科學版), 2008, 36(2): 41?47.
LIU Yu, ZHANG Xiaoning, WANG Duanyi. Predict ion of fatigue life of asphalt mixture in crack grow stage[J]. Journal of South China University of Technology (Nature Science Edition), 2008, 36(2): 41?47.

[17] 張肖寧, 鄒桂蓮, 賀志勇. 瀝青混合料抵抗反射裂縫能力的評價方法研究[J]. 華南理工大學學報(自然科學版), 2001, 29(7): 86?88.
ZHANG Xiaoning, ZOU Guilian, HE Zhiyong. Investigation of evaluating method to the ability of resisting reflective cracking for asphalt mixture[J]. Journal of South China University of Technology (Nature Science Edition), 2001, 29(7): 86?88.

(編輯 楊幼平)

Mastic asphalt concrete design based on application performance

ZHANG Xiaoning1, CHEN Jianhua1, ZOU Guilian1, FAN Zhaofu1, ZENG Liwen1, 2, XU Wei1

(1. School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China;2. Highway Research Institute, MOC, Beijing 100088, China;3.Guangdong Traffic Industrial Investment Company, Guangzhou 510623 China)

Rutting and fatigue cracking are common ticklish problems in the use of mastic asphalt on the steel bridge deck pavement. “Four stage design method” was put forward to ensure the balance between the high temperature performance and fatigue performance of mastic asphalt concrete. Based on the theory of viscoelastic mechanics, the dynamic stability was proposed to evaluate the high temperature performance of mastic asphalt, and its reliability was verified by the large accelerated loading test. On the basis of the principle of fracture mechanics and energy method, the impact toughness is presented to evaluate the fatigue performance of mastic asphalt, and the relationship between impact toughness and four-point bending fatigue life was set up by tests. The results show that the high temperature deformation resistance of mastic asphalt concrete can be accurately reflected by the dynamic stability; there is excellent linear relationship between the impact toughness and fatigue performance, and the fatigue performance of mastic asphalt can be effectively evaluated by the impact toughness.

pavement engineering; mastic asphalt; four-step design method; accelerated pavement testing; high temperature performance; dynamic stability; fatigue performance; impact toughness

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.08.038

U416

A

1672?7207(2016)08?2828?07

2015?08?16；

2015?11?09

國家科技支撐計劃項目(2011BAG07B03)；國家自然科學基金重點資助項目(51038004)；廣東省交通運輸廳科技項目(科技-2013-03-018，科技-2013-02-022)(Project(2011BAG07B03) supported by the National Science and Technology of China; Project(51038004) supported by the Key Program of the National Natural Science Foundation of China; Projects(2013-02-022, 2013-03-018) supported by the Department of Transportation of Guangdong Province)

鄒桂蓮，博士，教授，從事道路材料研究；E-mail：glzhou@scut.edu.cn