相对于普通沥青的橡胶沥青的-评价

第二节　相对于普通沥青DGAC的橡胶沥青RAC的M-E评价

相对于普通沥青混合料评价橡胶沥青混合料，疲劳公式是评价的合理基础，评价工作包括上节生成疲劳预测模型的前四个步骤，主要的差异有：

（1）罩面采用橡胶沥青混合料。

（2）上节得到的疲劳模型系数作为常数代入公式。

（3）用疲劳模型预测108种路面结构的橡胶沥青罩面的性能。

（4）罩面性能预测结果用于估算橡胶沥青混合料寿命，并与普通沥青混合料比较。

一、路面结构特征

用上节相同的108种路面结构模拟橡胶沥青罩面的性能，唯一不同的是橡胶沥青罩面的进度模量，表8-6是橡胶沥青混合料的劲度模量，来自加州典型的RAC混合料，与普通沥青DGAC的劲度模量(表8-4)相比，橡胶沥青混合料的劲度模量明显低。

表8-6　橡胶沥青层的劲度模量结果

二、关键受力反应计算

路面关键部位的弯沉和应变的计算与上节普通沥青罩面相同，原路面(图8-5a)的最大弯沉本来就一样，用LEAP-2计算机程序计算原路面的拉应变和橡胶沥青罩面后的拉应变，路面结构类似于图8-5b、图8-5c。

三、性能模拟

采用上节讨论的剩余疲劳寿命分析模型确定108种路面结构预测疲劳寿命，系数a0和a8采用迭代过程的最终结果，系数值与路面层厚度有关。

四、橡胶沥青罩面性能评价（相对于普通沥青罩面）

与普通沥青罩面相比较，从两个角度评价橡胶沥青罩面性能：

（1）疲劳寿命比值。

（2）罩面层砂砾当量厚度需求的比值。

注意这些比较是用一套数据进行评估的基础上，而不是各自独立。这就意味着只有一种方法能够用于改进加州罩面设计法。

1疲劳寿命比值

这是比较相同厚度橡胶沥青罩面和普通沥青罩面性能最简单的方法，上一节已经计算了108种路面结构普通沥青罩面的疲劳寿命，类似方法计算108种路面结构橡胶沥青罩面的疲劳寿命，然后计算橡胶沥青罩面与普通沥青罩面的(ESAL)寿命比值，按照三个主要影响因素绘成图8-9，三个主要因素：罩面厚度(Dov)、路基模量(Esg)、原路面厚度(作为水平轴)。

由图8-9可以看出，ESAL寿命比值对于三个影响因素的敏感度：

·罩面厚度对ESAL寿命比值的影响最大、最明显，罩面厚度从114mm降至38mm，ESAL寿命比值从0.6增加至1.5，增加了150%。

·土基模量从27.6MPa增加至82.8MPa，ESAL寿命比值增加15%至20%。

·原路面沥青层厚度的影响也很大，只不过是与罩面厚度共同作用。罩面厚度114mm的情况下，原路面厚度从51mm增加到152mm，ESAL寿命比值增加大约15%。罩面厚度76mm的情况下，原路面厚度没有影响。罩面厚度38mm的情况下，影响是非线性的，ESAL寿命比值从1.4(原路面沥青层51mm)，变化到1.6(原路面沥青层102mm)，再变化到1.4(原路面沥青层152mm)。

注意RAC/DGAC ESAL寿命比值小于1时橡胶沥青罩面与普通沥青罩面相比不占优势，大约是罩面厚度64mm位置，橡胶沥青罩面厚度超过76mm 寿命明显下降。

图8-9　RAC/DGAC ESAL寿命比值与原路面厚度关系

分析结果表明当前加州罩面设计方法能够用于设计橡胶沥青罩面厚度，只要将设计交通量ESAL减少一半，如果罩面设计厚度小于60mm，橡胶沥青罩面具有结构优势(与普通沥青罩面相比)，如果罩面厚度超过60至70mm，普通沥青罩面更具优势。

2罩面层砂砾当量厚度需求的比值

试图采用加州罩面设计方法研究出一种更精确的橡胶沥青罩面厚度确定方法，先用当前罩面设计方法计算普通沥青罩面的砂砾当量厚度需求，研究RAC/DGAC罩面层砂砾当量厚度比值，修正普通沥青罩面的砂砾当量厚度需求。预想RAC/DGAC罩面层砂砾当量厚度比值取决于其他因素，例如原路面沥青层厚度和土基模量。

分别计算108种路面结构的普通沥青罩面和橡胶沥青罩面的砂砾当量厚度需求，再计算RAC/DGAC罩面层砂砾当量厚度比值。用设计的普通沥青DGAC罩面厚度乘以DGAC的砂砾当量系数(1.9)得到普通沥青罩面的砂砾当量厚度需求，橡胶沥青罩面的砂砾当量厚度用当前加州罩面设计方法计算，只是将设计交通量ESAL按照RAC/DGAC ESAL疲劳寿命比值调整，108种路面结构的RAC/DGAC ESAL疲劳寿命比值按上节研究结果。图8-10是砂砾当量厚度比值与三种罩面厚度、三种原路面厚度的关系。

图8-10　RAC/DGAC罩面层砂砾当量厚度比值与罩面厚度关系

由图8-10可以看出：

·罩面厚度对RAC/DGAC罩面层砂砾当量厚度比值影响最大，罩面厚度38mm时比值为0.6，罩面厚度76mm时比值为1.1，罩面厚度再增加比值反而没增加。

·对于38-mm罩面，比值变化范围0.3至1.0，也就是说橡胶沥青薄层罩面的砂砾当量厚度需求小于普通沥青薄层罩面的砂砾当量厚度需求，合理的橡胶沥青最大罩面厚度大约64mm。高于这个值，橡胶沥青罩面厚度反而大于普通沥青。

·比值既取决于原路面沥青层厚度，也取决于罩面层厚度，原路面沥青层厚度102mm时比值最小，原路面沥青层厚度51mm和152mm时比值较大，不是线性影响，原路面沥青层102mm时橡胶沥青罩面最有效(比值最小)。原路面沥青层厚度从102mm增加到152mm时比值反而增大可能说明存在一个未被认识的上限，或者原路面厚度可能已经不再发生影响。这个现象还需要进一步研究。

·总之，罩面厚度38mm时比值都小于1，也就是说薄层罩面时橡胶沥青混合料有优势，橡胶沥青罩面厚度不宜大于64mm。计算普通沥青罩面的砂砾当量厚度GEDGAC，用修正系数(RAC/DGAC比值)，算出橡胶沥青罩面的砂砾当量厚度GERAC，以上的分析结果相关性良好，进一步的分析(回归模型)得到RAC/DGAC比值与相关要素的关系公式，GERAC与GEDGAC更直接的关系，这样就把普通沥青罩面厚度的影响变为砂砾当量厚度GEDGAC，是用普通沥青罩面厚度与砂砾当量系数(1.9)相乘得到。公式如下：

GE_RAC＝－3.1－1.142*D_EPS＋0.005954*D_EPS²＋1.397*GE_DAGC

式中，DEPS是原路面沥青层厚度(mm)，判定系数(r2)0.96，估计误差17mm。

图8-11是关系式图解和计算所用数据，可以看出GERAC与GEDGAC是线性关系，公式对原路面厚度DEPS很敏感，DEPS范围应限制在38mm至165mm。

3设计橡胶沥青罩面厚度的步骤：

用当前加州罩面设计方法计算普通沥青罩面砂砾当量厚度需求GEDGAC，确定罩面厚度DOVDGAC。用前面公式计算橡胶沥青罩面砂砾当量厚度需求GERAC，式中原路面厚度建议不超过165mm。

用橡胶沥青罩面砂砾当量厚度需求GERAC除以砂砾当量系数计算橡胶沥青罩面厚度DOVRAC。如果计算出的橡胶沥青罩面厚度小于30mm，就取用30mm。如果计算出的橡胶沥青罩面厚度大于普通沥青罩面厚度，就要采用RAC+DGAC组合罩面方式，橡胶沥青上层与普通沥青下层的厚度按照经验确定，两层加在一起要满足GERAC需求。

图8-11　RAC/DGAC砂砾当量厚度比值与罩面厚度关系图

假定橡胶沥青与普通沥青混合料砂砾当量系数相同(第三章推荐)，上面的步骤就可以简化，计算出DGAC罩面的砂砾当量厚度需求后，用图8-12确定DGAC或RAC罩面厚度。对于DGAC罩面，用图8-12的上图确定厚度，例如砂砾当量厚度为100mm，DGAC罩面厚度应为60mm。

确定橡胶沥青RAC罩面厚度，就用图8-12的下面两个图，因为罩面厚度对于原路面厚度敏感所以有必要采用两个图，中图适用于原路面厚度76mm至134mm的情况，下图适用于135mm至180mm的情况，下图也可以用于原路面厚度超过180mm的情况，只是要注意这种外推有可能产生误差。

观察下面两个图，在砂砾当量厚度较低的情况下，单层RAC罩面就能够满足结构要求。达到某一个点后，RAC罩面砂砾当量厚度超过DGAC罩面，就要设计RAC+DAGAC复合罩面。

五、小结

本节介绍了两种M-E分析方法，相对于普通沥青罩面评价橡胶沥青罩面性能，一种方法是分析相同厚度的DGAC和RAC罩面ESAL寿命，计算RAC/DGAC ESAL寿命比值。第二种方法是分析DGAC和RAC罩面的砂砾当量厚度。评价结果表明在罩面厚度小于64mm而且原路面厚度大约102mm的情况下橡胶沥青罩面最具优势，原因可能与薄层受力后应力状态有关(荷载面的半径大约102mm)。荷载下方产生的受限压应力抵消了弯拉应变，所以较低的劲度模量并没有影响疲劳寿命的增长，与厚层的效果一样。

采用砂砾当量厚度分析的结果推导出一种方法，通过计算DGAC罩面的砂砾当量厚度设计RAC(或DGAC)的罩面厚度，这是RAC罩面厚度设计简单易行的临时方法，没突破加州现有的罩面设计方法。

图8-12　按照DGAC砂砾当量厚度确定DGAC和RAC罩面厚度的图表