城市道路沥青路面结构力学分析

城市道路沥青路面结构力学分析

苗琪

中交一公局第七工程有限公司  451450

摘  要：本文结合具体工程实例对SEAM沥青混凝土的生产和施工工艺进行了研究，发现SEAM沥青混合料对生产和施工有一些特殊要求，主要因为硫磺降低沥青粘度而带来的工艺上温度和压实功率方面的变化，本文据此对SEAM沥青混合料的生产、施工工艺进行了有效的调整并总结整理使之规范化。研究还发现SEAM应用工艺上的特殊性连同硫磺能够替代沥青这一性能一起造就了SEAM沥青混合料的优越的经济性能，使得SEAM沥青混合料经济成本甚至有可能低于普通沥青混合料。而节省沥青带来的能源和环境效应将使整个社会受益。

关键词：SEAM；沥青混凝土；改性；硫磺

引言

沥青路面因其良好的平整度、行车舒适性和施工方便性等优点，在城市道路中得到了广泛的应用。然而，随着交通量的增加和车辆荷载的增大，沥青路面的损坏问题也日益严重，如裂缝、车辙、坑槽等，这些问题不仅影响了道路的通行能力，还增加了养护成本。力学分析是路面设计的重要基础，通过对路面结构在车辆荷载和环境因素作用下的应力、应变和位移进行深入研究，可以了解路面的受力情况和变形规律，为路面的合理设计和优化提供科学依据。同时，力学分析还可以帮助预测路面的使用寿命和破坏形式，为路面的养护和维修提供指导。

1 SEAM沥青混合料的应用

1.1SEAM沥青混合料的适用范围

SEAM沥青混合料适用于各种沥青面层构造，但是根据SEAM沥青混合料弹性模量高、强度高、抗剪切能及高温稳定性好的特点，它更适用于以下道路结构中：

（1）高速公路的中底面层；

（2）干线公路的面层结构；

（3）道路爬坡、转弯段及平交路口等瞬问荷载大的沥青路面；

（4）柔性基层。

以上路段往往交通量大或这重载车多、轴载重，且车辆停止启动频繁，使用普通沥青混合料难以满足要求，可以优先考虑使用SEAM沥青混合料。

1.2SEAM沥青混合料的施工

所选试验路段全长800米，是一条四车道高速公路，设计使用年限为20年，设计时速为120千米 /小时。施工日期为2006年4月，SEAM应用在右半幅，左半幅采用中、表面层SBS改性，两幅结构类 型、厚度一致。道路设计资料如表1.3，沥青混合料设计资料如表1.4。

表1.3道路设计资料

表1.4 SEAM沥青混合料配合比 Table4.4 Design of SEAM

2 SEAM沥青混合料的经济性能

2.1SEAM替代沥青节省的成本

SEAM:沥青=50：50时，以原始沥青用量4.0%为例，根据公式2-1

计算得到SEAM用量为2.6%，沥青用量为2.6%„SEAM替代的沥青比例为2.6/4.0=65%，相应的可以 得出SEAM其他掺量时节省的沥青比例，现以天津地区SEAM和沥青价格为例，仅从材料方面对使用SEAM 的经济性做一分析。

表2.1不同比例SEAM替代沥青的经济分析

由表2.1可以看出，按照目前天津地区沥青和SEAM的价格，使用SEAM后沥青混合料的成本均有所 增加，不同的SEAM:沥青比例不同，增加的成本也不同，比例越高，增加的成本也越高。但是沥青的价 格起伏比较大，受国际原油价格的影响明显，而SEAM价格稳定而且还有下降的趋势。为此，研究将目 前沥青市场的最高、最低单价做一汇总，和SEAM单价相减后取一相对值，来分析其与沥青混合料成本 的关系。如下表，研究以最常用的SEAM:沥青的两种比例，分别进行分析。

表2.2 SEAM替代沥青的经济分析2

图2.1单价与成本的关系

表2.3  SEAM替代沥青的经济分析2

图2.2单价与成本的关系

从图表分析可知，材料单价差与沥青混合料的成本成正比关系，有很好的相关性，关系表达式为一元函数，不同SEAM:沥青比例时方程的比例系数不同。当SEAM:沥青=30：70时，关系式为：

式中：Y一一沥青混合料成本下降的数额，元/吨。

  x沥青价格一SEAM价格，元/吨。

  一一相关系数。

当SEAM:沥青=40：60时，关系式为：

式中y与x的意义同公式（5-1）。通过图表、公式均可得知，当差价达到一定程度时，使用SEAM 与未使用SEAM时沥青混合料价格持平，当沥青价格持续上涨之后，SEAM沥青混合料的价格开始低于普 通沥青混合料，以今年天津沥青最高单价4300元/吨为例，使用SEAM后可以使沥青混合料成本下降5-7 元不等。上述比对针对普通沥青混合料，如果相对于改性沥青混合料，则SEAM的经济性能更为突出。

2.2SEAM降低沥青混合料生产成本

加入SEAM后，沥青混合料的生产温度相对于普通沥青混合料下降了 10°C左右。如果以LTB-1000 型沥青混凝土拌合机为例，燃油价格3.4元/吨计，生产SEAM沥青混合料的燃油成本相对于普通沥青混 合料每吨下降5-7元，相对于SBS等改性沥青混凝土则节省燃油更多。

结语

通过对SEAM沥青混合料的性能的试验研究，对其生产施工工艺的实践总结以及经济性能的分析，SEAM的主要成分是硫磺，SEAM对沥青混合料的改性作用主要就是利用硫磺对沥青的改性作用以 及硫磺与集料之间良好的表面作用。SEAM经过干拌后，部分硫粘附在集料的表面，剩余的硫在加入沥青后一部分与沥青结合形成硫磺改性沥青，另一部分硫最终分散在沥青混合料当中成为游离硫，在熔融温度以下的游离状态的硫开始结晶并通过一定的龄期成长为晶体网状结构，硫晶体为粒子状态，晶体之间有一定的连接力，起到了复合材料的作用。通过硫化沥青及硫晶体的综合作用，SEAM达到了对沥青混合料整体改性的作用，并能够替代部分沥青起到胶结料的作用。

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