本书共三篇15章，主要内容包括长寿命HMAC路面材料与结构特性、HMAC级配碎石基层材料与结构特性及其设计与应用技术。
本书针对高温重载环境下新型路面结构及路面材料的特殊需求，借鉴国际先进的路面设计理念和材料，结合埃塞俄比亚第一条高速公路——AA高速公路的建设特点，从材料、结构到施工技术的角度，提出目前适合中国技术规范特点的长寿命高模量沥青路面结构的设计与应用技术。全书分为三篇。第一篇共6章，阐述长寿命}tMAC原材料基本性质、高模量沥青碎石专用外加剂的研发、HMAC配合比设计及路用性能等。第二篇共4章，详细阐述HMAC级配碎石基层材料优选和级配、结构力学性能的试验验证。第三篇共5章，具体介绍长寿命HMAC的设计与应用技术，包括其路面面层和级配碎石基层施工工艺及性能检测、结构设计的控制指标以及国内外施工实例。
本书内容属于学科前沿，研究成果以及提出的理论、方法、规划在中国总承包建设的埃塞俄比亚AA高速公路上得以应用和验证，学术成果被认可。本书可作为高等院校交通土建工程领域中的公路工程、市政工程、机场工程等专业的研究生教材，也可作为设计、科研、施工、监理等技术人员的参考用书。
本书由浙江理工大学王修山撰写。研究期间，多次承蒙中交第一公路勘察设计研究院博士后站的两位导师——中交第一公路勘察设计研究院总工程师丁小军高工（教授级）和长安大学公路学院院长谢永利教授（联合培养）的指教。本书具体试验和实施过程中，中交第一公路勘察设计研究院原路面所同事李刚、陈团结、陈实、张涛、张桂霞、雷宇、张冬梅、李智等给予了大力配合。在本书撰写过程中，也得到了长安大学研究生部、公路学院多位老师的热心协助，在此对他们表示深深的谢意。感谢凡涛涛博士和张小民博士对本书研究的无私帮助，感谢长安大学理学院封建湖院长给予理论计算方面的指导和帮助，同时也感谢王端端、杜艳艳、黎鸣、李浩等师弟、师妹对本书所做的书写校正工作。
在本书撰写过程中，参考了有关专家、学者的论著、论文和教材，吸取了一些最新的研究成果，在此表示衷心的感谢。
由于作者学识和经验有限，书中难免存在不足之处和尚待探讨的问题，恳请有关专家、学者和广大读者批评指正。
作者
2015年12月
目录
《博士后文库》序言
前言
绪论 1
0.1 历史背景 1
0.2 国内外概况 2
第一篇 长寿命HMAC路面材料与结构特性
第1章 原材料基本性质 11
1.1 沥青 11
1.2 集料 11
1.2.1 粗集料 11
1.2.2 细集料 12
1.2.3 矿粉 12
1.3 岩沥青 12
1.4 外加剂 14
第2章 高模量沥青碎石专用外加剂 15
2.1 HMAC概况及外加剂种类的选择 15
2.1.1 HMAC概况 15
2.1.2 制备方法及外加剂种类 16
2.1.3 高模量外加剂开发方向选择 19
2.2 岩沥青的化学组分与微观分析 19
2.2.1 岩沥青四组分试验 19
2.2.2 岩沥青元素组成分析 20
2.2.3 岩沥青红外光谱分析 21
2.3 改性沥青试验与性能指标研究 22
2.3.1 正交试验法确定最佳生产工艺 23
2.3.2 外加剂配方研究 24
2.3.3 外加剂最佳掺量确定 27
2.3.4 沥青性能试验结果与分析 28
第3章 HMAC配合比设计 34
3.1 集料级配 34
3.1.1 集料的最大粒径 34
3.1.2 集料的级配选择 34
3.2 配合比设计及最佳油石比确定 35
第4章 HMAC路用性能 37
4.1 马歇尔稳定度 37
4.2 抗压回弹模量38
4.2.1 试验方法38
4.2.2 试验结果与分析 38
4.3 劈裂强度 40
4.3.1 试验方法 40
4.3.2 试验结果与分析 40
4.4 动态模量 41
4.4.1 试验方法 43
4.4.2 试验结果与分析 44
4.5 高温稳定性能 47
4.5.1 试验方法 47
4.5.2 试验结果与分析 47
4.6 水稳定性能 48
4.6.1 试验方法 49
4.6.2 试验结果与分析 49
4.7 抗疲劳性能 50
4.7.1 试验方法与理论分析 50
4.7.2 试验结果与分析 53
4.8 岩沥青再生性能评价 54
4.8.1 试验原材料及方法 54
4.8.2 针人度评价再生性能 54
4.8.3 软化点评价再生性能 55
4.8.4 延度评价再生性能 56
4.9 低温性能 57
4.9.1 试验方法 57
4.9.2 试验结果与分析 60
第5章 HMAC路面疲劳断裂分析 61
5.1 开裂 61
5.2 HMAC路面结构应力强度因子计算分析 62
5.2.1 路面结构有限元计算模型 62
5.2.2 HMAC层内反射裂缝中应力强度因子的变化规律 64
5.2.3 上面层内反射裂缝中应力强度因子的变化规律 68
5.2.4 静态和动态荷载作用下应力强度因子比较 69
5.3 HMAC疲劳断裂参数分析 71
5.3.1 沥青混凝土小梁应力强度因子的计算 71
5.3.2 沥青混合料疲劳断裂参数的拟合 73
5.4 HMAC疲劳寿命预估 75
5.4.1 裂缝疲劳扩展寿命计算模型 75
5.4.2 HMAC路面疲劳寿命的计算77
5.4.3 疲劳断裂参数对裂缝扩展寿命的影响 78
第6章 HMAC路面永久变形分析 81
6.1 车辙 81
6.1.1 车辙产生机理及影响因素 82
6.1.2 沥青路面车辙的控制指标和标准 84
6.1.3 沥青路面车辙预估 87
6.2 路面结构计算模型的建立 90
6.3 路面材料设计参数的确定 93
6.3.1 沥青混合料参数 93
6.3.2 HMAC蠕变试验 95
6.3.3 基层及土基材料参数 99
6.3.4 不同材料路面层的永久变形 99
6.4 不同轴载作用下的永久变形 102
6.5 不同行车速度下的永久变形 102
6.6 高模量沥青路面永久变形限值 103
6.7 不同路面结构类型的性能分析 104
6.7.1 路面结构参数 104
6.7.2 车辙变形量预估 105
6.7.3 疲劳寿命预估 105
第二篇 HMAC级配碎石基层材料与结构特性
第7章 级配碎石基层材料级配 109
7.1 级配碎石 109
7.2 材料的物理技术指标 109
7.2.1 材料类型的选取 109
7.2.2 材料强度 109
7.2.3 集料形状、构造 109
7.2.4 含水量 109
7.2.5 含泥量 110
7.2.6 液限、塑限指数 110
7.3 影响级配碎石材料性能因素分析 110
7.3.1 抗压强度 110
7.3.2 剪切强度 110
7.3.3 永久变形 111
7.3.4 体积耐久性和稳定性 111
7.3.5 级配碎石和级配砾石之间的性能差异 111
7.4 级配碎石力学指标 111
7.4.1 摩尔库仑破坏准则 111
7.4.2 力学指标 112
7.5 级配碎石级配及其范围 113
7.5.1 级配类型分析 113
7.5.2 成型方法 113
7.5.3 级配醉石级配设计原则 113
7.5.4 规范规定级配碎石级配 113
7.5.5 基于填充嵌挤的级配设计 114
7.6 试验结果及分析 117
7.6.1 原材料技术性质 117
7.6.2 级填充试验 117
7.6.3 二级及进 步填充试验 119
7.6.4 粗、细集料级配合成 125
7.7 级配碎石的力学性能试验 126
7.7.1 不同成型方式下最佳含水量和最大干密度 127
7.7.2 成型方式对混合料CBR的影响 127
7.7.3 不同级配对混合料车辙的影响 128
第8章 级配碎石动态三轴试验研究 130
8.1 成型试件 130
8.2 试验方法 131
8.3 回弹模量试验数据计算处理 133
8.3.1 回弹模量的计算 133
8.3.2 第一应力不变量的计算 134
8.3.3 回弹模量与各应力和加载次数的关系 134
8.4 级配碎石回弹模量影响因素分析 135
8.4.1 偏应力及围压对回弹模量的影响 135
8.4.2 回弹模量与第 应力不变量的关系 136
8.4.3 级配对回弹模量的影响 138
8.4.4 回弹模量与加载次数的关系 139
8.4.5 含水量对回弹模量的影响 139
8.5 级配碎石永久变形试验结果及分析 140
8.5.1 应力对级配碎石粒料永久变形的影响 141
8.5.2 含水量对级配碎石粒料永久变形的影响 142
8.5.3 级配类型对级配碎石粒料永久变形的影响 143
第9章 级配碎石粒料层永久变形 145
9.1 松散粒料层永久变形预估模型 145
9.2 松散粒料层永久变形预估模型的评价 148
9.3 松散粒料层永久变形预估模型的选择 149
9.4 级配碎石粒料层永久变形预估模型的建立 149
9.4.1 永久变形试验结果分析与处理 149
9.4.2 非线性最小二乘法的应用 149
9.4.3 永久变形曲线的多参数非线性拟合步骤 151
9.4.4 永久变形曲线的多参数分析拟合 151
9.4.5 永久变形曲线的分析与拟合结果 152
9.4.6 永久变形预估结果的可靠性分析 158
9.5 级配碎石粒料层永久变形计算 158
9.5.1 粒料层永久变形计算方法 158
9.5.2 建立粒料层永久变形模型预估公式 159
9.5.3 粒料层永久变形量预估结果 160
9.5.4 粒料层永久变形量计算回归公式 163
9.6 级配碎石粒料层永久变形预估模型的修正 164
第10章 级配碎石基层结构受力分析 166
10.1 路面结构 166
10.1.1 计算理念 166
10.1.2 计算模型 168
10.1.3 结构参数 168
10.2 高模量沥青路面结构受力分析 169
10.2.1 各结构层受力分析 169
10.2.2 结构层影响因素灰关联分析 173
10.3 路面结构参数对级配碎石层回弹模量的影响 175
第三篇 HMAC织配碎石路面设计与应用技术
第11章 HMAC路面面层铺筑及性能检测 181
11.1 国内HMAC路面的铺筑与性能检测 181
11.1.1 菏关高速公路新建工程 181
11.1.2 乐宜高速公路新建工程 181
11.2 国外HMAC路面的铺筑与性能检测 182
第12章 HMAC路面施工工艺控制 187
12.1 材料 187
12.1.1 沥青 187
12.1.2 集料 188
12.1.3 外加剂 189
12.2 集料的生产与储存 189
12.3 配合比设计 191
12.4 施工机械与质量检测仪器的准备 193
12.5 交通运输 195
12.6 下卧层准备 195
12.7 水准点布设 196
12.8 试验段铺筑 196
12.9 最终施工工艺的确定 196
12.10 正式施工 197
12.11 混合料的拌制 197
12.12 混合料的运输 200
12.13 混合料的摊铺 202
12.14 混合料的压实成型 203
12.15 施工缝的处理 204
12.16 施工质量管理 204
第13章 级配碎石基层施工工艺及性能检测 207
13.1 试验路工程 207
13.1.1 工程简介 207
13.1.2 试验路工程设计 207
13.2 施工前准备工作 208
13.2.1 原材料 208
13.2.2 压实机械的选择 209
13.2.3 配料流程 210
13.2.4 级配碎石的运输 210
13.3 施工工艺试验 211
13.3.1 级配碎石闷料时间的确定 211
13.3.2 缀配类型的选择 212
13.3.3 碾压施工工艺确定 212
13.3.4 松铺系数的测定 213
13.4 级配碎石施工工艺 214
13.4.1 级配碎石的摊铺 215
13.4.2 级配碎石的碾压 216
13.5 成型后的管理 218
13.6 质量检测 219
第14章 HMAC路面结构设计 220
14.1 现有设计方法的局限性 220
14.1.1 国内沥青路面设计方法 220
14.1.2 法国沥青路面设计方法 224
14.2 HMAC路面主要破坏类型 228
14.2.1 疲劳开裂228
14.2.2 车辙 229
14.3 HMAC路面设计指标 229
14.3.1 设计指标 229
14.3.2 验算指标 230
14.4 结构层组合设计 230
14.4.1 沥青上面层 230
14.4.2 HMAC层 230
14.4.3 基层232
14.4.4 底基层 232
14.5 设计步骤233
14.6 设计示例 234
14.7 HMAC路面适用条件 237
第15章 设计实例——埃塞俄比亚AA高速公路 240
15.1 项目简介 240
15.1.1 项目概况 240
15.1.2 路面设计及施工所采月的技术规范 240
15.1.3 路面结构类型 240
15.1.4 紧急停靠带 242
15.1.5 中央分隔带及开口 242
15.2 沥青路面 242
15.2.1 主线路面 242
15.2.2 起点连接线及互通立交匝道路面 248
15.2.3 其他道路的路面结构 248
15.2.4 路缘石 250
15.3 水泥混凝土路面结构 250
15.3.1 收费站路面结构 250
15.3.2 路面各结构层的主要技术指标要求 251
15.3.3 路面结构层材料要求 251
15.3.4 路面结构层级配 251
15.3.5 水泥混凝土路面接缝 253
15.4 路面排水 253
15.4.1 般路段路面排水 254
15.4.2 超高路段路面排水 254
15.4.3 中央分隔带排水 254
15.5 路面施工注意事项 254
15.6 中央分隔带绿化设计255
15.6.1 中央分隔带绿化设计说明 255
15.6.2 施工要求 256
15.6.3 养护管理 256
15.7 技术特点及经济性分析 257
15.7.1 概述 257
15.7.2 高模量沥青稳定碎石基层的经济性分析 259
15.7.3 高模量沥青碎石路面综合性分析 261
参考文献 264
编后记 267
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