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1、西部交通建设科技项目合同号：2002 318 812 05多年冻土地区路面设计与施工技术研究研究报告（简本）长 安 大 学青藏公路整治改建项目办公室青藏公路管理分局二五年十月西部交通建设科技项目西藏干线公路修筑技术分题多年冻土地区路面基层修筑技术研究西藏自治区交通科学研究所长 安 大 学二四年六月目 录研究报告辑要21前言42低温条件下水泥稳定砂砾特性及组成研究53级配碎石抗变形能力及组成设计研究84沥青稳定碎石低温特性及组成研究95沥青结合料低温及老化特性研究106基于低温性能面层沥青混合料组成设计研究127冻土路基融沉下沥青路面附加应力分析148多年冻土地区沥青路面结构设计方法研究159试
2、验路研究1710多年冻土地区沥青路面施工技术研究1711多年冻土地区水泥混凝土路面使用状况调查研究1812多年冻土地区公路构造物铺装结构及施工技术研究1813研究成果主要创新点1814存在问题及措施建议19项目研究报告辑要中文题名多年冻土地区路面设计及施工技术研究英文题名Study on design and construction technology of pavement for permafrost area交通编号项目来源交通部单位编号10710合 同 号2002 318 812 05分 类 号项目起止年限2002.82005.9第一完成单位长安大学项目负责人胡长顺报告撰写人马 骉
3、项目主要参加人长安大学 胡长顺长安大学 马 骉青藏公路整治改建项目办公室 何子文青藏公路管理分局 李留丰长安大学 侯仲杰长安大学 陈拴发长安大学 陈华鑫长安大学 易湘舒长安大学 张 毅长安大学 莫石秀长安大学 姬杨蓓蓓长安大学 周 勇长安大学 袁迎捷长安大学 汪海年长安大学 栗培龙长安大学 潘宗俊长安大学 王 虎长安大学 张占军青藏公路管理分局 高广宇青藏公路管理分局 刘与平青藏公路管理分局 王光新主 题 词多年冻土，路面，设计，施工关 键 词多年冻土，水泥稳定砂砾，级配碎石，沥青稳定碎石，沥青混合料，配合比设计方法，融沉附加应力，路面结构设计方法，铺装结构，试验路，施工技术 报告摘要（500
4、字以内）：根据多年冻土地区路面特殊条件，从路面基层材料低温特性及配合比设计方法、沥青面层材料低温特性及配合比设计方法、路面结构设计方法、水泥混凝土路面适用性、公路构造物上铺装结构、路面施工技术等方面对多年冻土地区路面设计及施工技术进行了系统研究。通过模拟多年冻土地区实际温度与湿度条件下路面基层混合料试验研究，提出了多年冻土地区路面水泥稳定砂砾、级配碎石与沥青稳定碎石混合料组成设计方法。通过沥青混合料低温特性与抗老化性能试验研究，提出了多年冻土地区沥青混合料配合比设计方法。在多年冻土地区路基的融沉变形状况计算分析的基础上，首次提出了多年冻土地区沥青路面结构融沉附加应力计算方法与基于荷载应力及融沉
5、附加应力的多年冻土地区沥青路面结构方法，提出了推荐路面结构。在青藏公路成功修筑了7km试验路，使用效果良好。总结经验，提出了水泥稳定砂砾、沥青稳定碎石、级配碎石等基层及沥青面层的施工技术。在青藏公路与国道214线水泥混凝土路面使用状况调查分析的基础上，分析了水泥混凝土路面在多年冻土地区的适用性。总结已有研究成果，提出了多年冻土地区公路构造物上铺装结构及施工技术。英文摘要（300个实词以内）：According to the characteristics of the pavement in permafrost area, pavement design and construction t
6、echnology for permafrost area is studied from the mixture low-temperature characters and design method of the upper course and the base course, the design method for pavement structure, the applicability of the cement concrete pavement in permafrost area, the pavement structure on top of the highway
7、 structure, the pavement construction technology. By the road-performance testing of the base course mixture in the simulating temperature and moisture condition, the mix design method for the cement stabilized gravel, the graded aggregate and the asphalt stone are brought forward. Testing of low-te
8、mperature performance and anti-aging performance of the asphalt mix, the mix design method for the permafrost area is put forward. Based on the analysis of the thaw settlement of the roadbed, the additive stress calculate method arise from the uneven thaw settlement in pavement structure and the pav
9、ement structure design method found on the loading stress and the additive stress are brought forward. The recommended pavement structure is recommended for the permafrost area highway. The test project that is 7km long, is successfully constructed in the Qinghai-Tibet highway, and is running in bet
10、ter state. Summarizing the success experiences, the constructing technology of the pavement for the permafrost area is put forward. Based on the investigation of the cement concrete pavement employing status in the Qinghai-Tibet highway and the No.214 national highway, the applicability of the cemen
11、t concrete pavement in permafrost area is analyzed. Summarizing the exit research results, the pavement structure on top of the highway structure is put forward.第 23 页1 前言多年冻土在全球分布较广，约占陆地面积25%，而在我国青藏高原、东北大小兴安岭与西部高山等地分布约215万平方公里多年冻土，位居世界第三。多年冻土地区特殊气候条件与地质条件，给道路设计、施工及使用带来了巨大困难，使多年冻土地区道路修筑一直被视为世界性难题。 多
12、年冻土地区公路路面设计及施工有其特殊性，存在着许多技术难点。虽经数十年建设与科研探索，仍有大量问题需要解决，已建公路广泛存在与不断出现各种病害。多年冻土地区最常见路面病害主要有：波浪、坑槽、松散与局部沉陷、纵裂与横裂等。各类病害在青藏高原109国道、214国道、内蒙301国道多年冻土区段均有分布。109国道多年冻土段地处青藏高原腹地，多年冻土分布广，属中低纬度高海拔多年冻土，类型上既有连续多年冻土，也有岛状多年冻土。特殊自然环境与冻土条件造成沿线道路病害发生强烈。本项目前期调查研究表明，水泥稳定基层在低温条件下不易形成板体，在35个路面钻孔芯样中，未形成板体有25个，松散率为71.4%。沥青路
13、面在强烈紫外线照射与长期低温作用下，老化加剧，龟裂、网裂占11.8%，松散16.8%，路面波浪26.4%，路面横向反射裂缝十分严重，裂缝间距48m，有些路段横裂间距不足1m。水泥混凝土路面因气候条件恶劣，施工与养护困难，强度较难形成，沿线6km水泥混凝土与钢纤维水泥混凝土路面，断板、断角、破碎严重，完好板极少。青海214国道沿线多年冻土位于青藏高原多年冻土带边缘，属退化性多年冻土，冻土分布条件复杂，稳定性极差，受公路影响多年冻土极易产生变化，进而对工程带来不利影响，病害发生广泛。沿线路基路面沉陷、波浪变形严重，路面纵横向裂缝与龟裂、网裂破坏明显。内蒙古301国道所经地区岛状多年冻土属低海拔、高
14、纬度多年冻土，目前处于退化阶段，公路建设面临巨大困难。301国道东起绥汾河西至满洲里，全长1500km，而现有路面为砂石，路况差、车速低、运营成本高。为改善运输条件，降低运输成本，提高运输效益，内蒙古自治区将301国道全线黑色化列为重点工程。然而多年冻土地区特有道路病害，沿线路基路面沉陷、波浪与冻胀变形明显，涎流冰、冰椎、冰丘分布广泛，路基翻浆严重，桥涵基础冻胀、冻拔、桥（涵）头跳车等病害普遍发生。西部大开发，公路交通必须先行，而多年冻土地区公路交通基础设施建设是重中之重，任重道远。由于冻土工程特殊性及交通发展要求（交通量增大，重车增加），特别是青藏铁路建设，使青藏公路面临更加严峻重载交通挑战
15、。多年冻土地区公路路面设计及施工中仍有许多深层次问题尚未解决，不同时期对多年冻土地区路面设计及施工研究，都只是阶段性成果。因此，组织力量，投入资金，在已有成果基础上，针对多年冻土地区特殊自然条件与对公路路面材料、结构特殊要求，从路面材料低温特性、混合料配合比设计方法、路面合理结构、施工技术等方面，深入系统地开展多年冻土地区路面设计及施工技术研究，对西部大开发与利用冻土地区国土资源、实现可持续发展有重要意义，尤其在政治、军事、经济与科学技术上都有着极其重大而深远意义。 “多年冻土地区路面设计及施工技术研究”是2002年度交通部西部交通建设科技项目（合同编号：2），是“多年冻土地区公路修筑成套技术
16、研究”九个组成课题之一。项目主持单位为长安大学，参加单位为青藏公路整治改建项目办公室与青藏公路管理分局。项目根据多年冻土地区特殊自然条件对公路路面影响，以及路面实际使用过程中所出现主要病害，总结与借鉴国内外最新研究成果，从路面基层材料低温特性及配合比设计方法研究、沥青面层材料低温特性及配合比设计方法研究、多年冻土地区沥青路面合理结构研究、多年冻土地区水泥混凝土路面应用探索性研究、多年冻土地区构造物铺装结构与施工技术研究、多年冻土地区路面施工技术及质量控制研究等六方面对多年冻土地区路面设计及施工技术进行了深入系统研究。2 低温条件下水泥稳定砂砾特性及组成研究（1）模拟多年冻土地区实际温度变化与单
17、一恒温（低温）条件，试验研究了水泥稳定砂砾混合料强度形成，得出了单一温度因素对混合料强度形成影响规律，首次提出养生温度对混合料强度形成影响临界温度。研究表明：养生过程中高低温交替变化并不会限制混合料抗压强度形成，仅降低强度增长速度，延缓强度增长。抗压强度随养生温度明显呈曲线增长，养生温度超过一定值后对强度形成影响明显减弱，养生温度对强度形成影响临界温度约为7。施工中应采取有效保温措施，保证第一天有较高养生温度；第二天后，只要采取措施保证养生温度在7以上，对强度形成不会造成明显影响。细集料含量多对混合料初期强度形成有利，但也同时对低温条件更敏感，低温下强度损失更大。粗颗粒含量多对混合料后期强度形
18、成有利，且低温影响较弱。（2）在定性分析基础上，通过模拟湿度条件强度试验，定量分析了基层混合料中自由水分向下迁移渗透损失对混合料强度形成影响，解释了多年冻土地区水泥稳定基层普遍出现“夹层”现象机理。分析表明，混合料抗压强度随下垫层含水量增大而提高，提高幅度及龄期、混合料级配组成有关。水泥稳定粒料混合料配合比设计中，调整粗细粒料比例，形成骨架密实结构，可以降低水分损失对混合料后期强度形成影响。多年冻土地区特殊湿度条件是水泥稳定砂砾基层出现“夹层”现象原因。因此，多年冻土地区水泥稳定砂砾基层施工过程中，应采取基层施工前对垫层表面充分洒水湿润，基层成型后及时覆盖保湿养生，及面层及基层连续施工等工程技
19、术措施，减轻基层混合料自由水分表面蒸发与向下迁移渗透损失，以避免“夹层”现象出现。（3）通过模拟温湿条件下水泥稳定砂砾收缩试验，得出了多年冻土地区水泥稳定砂砾干燥收缩与温度收缩变化规律，提出了多年冻土地区水泥稳定砂砾收缩最不利温度段。模拟实际温度保湿养生试件初期与早期干缩试验分析表明，试件产生应变最大阶段相对失水率在65%wmax80%wmax之间，即累积失水率在3545之间，本研究将此阶段作为试件干缩应变最不利阶段。温缩试验分析表明，模拟实际温度养生试件温缩应变变化速率比标准养生大得多，温缩系数约为标准养生1.55倍；变化趋势存在差异，分别在-10-20与0-10内达到最大值。0-20是一个
20、危险温度段，面层较薄基层会因气温骤降引起过大温度应力而导致开裂。因此，将此温度段作为多年冻土地区水泥稳定粒料基层温度收缩特性最不利温度段。细集料含量较多，对混合料温度收缩不利，因此，混合料组成设计中应尽量降低细集料（）含量，以提高抗温度收缩开裂能力。（4）采用模拟湿度条件孔隙性材料抗冻融循环耐久性试验，得出了水泥稳定砂砾混合料在不同湿度状况、不同冻融循环次数下耐冻系数变化规律，提出了多孔性材料抗冻耐久性试验方法与评价指标。目前半刚性材料抗冻性或抗冻耐久性评价尚无统一试验方法，基本借鉴水泥混凝土冻融循环试验方法，对试件进行饱水冻融，采用5次冻融循环后抗压强度或弯拉强度损失作为评价指标，试验条件及
21、混合料实际使用状况明显不符。本次研究仍利用冻融循环试验，但针对多年冻土地区冻融循环频繁剧烈特点，改变试件湿度状况，尽量模拟基层混合料实际可能湿度状况，以期合理地评价孔隙性材料抗冻耐久特性。考虑到沥青路面半刚性基层使用过程中处于弯拉状态，且沥青路面设计中也对基层弯拉强度提出要求，故选择混合料冻融循环后弯拉强度SD及冻前弯拉强度Sc之比，称作耐冻系数KD，作为抗冻性评价指标。试验分析得出，混合料湿度状况对多孔性材料耐冻系数影响明显；相同次数冻融循环下，试件越湿，耐冻系数越小，即强度损失越大。对于多孔性水泥稳定砂砾材料控制试件含水量进行冻融循环试验，8次循环后耐冻系数基本稳定，考虑到试验变异性，推荐
22、采用10次冻融循环耐冻系数评价其抗冻性或抗冻耐久性。（5）通过模拟特殊条件强度、收缩、抗冻、疲劳等路用性能试验检验，表明综合考虑早强、抗冻、微膨胀、延迟时间、方便施工等因素研制CS-1型水泥复合外加剂适宜于多年冻土地区水泥稳定混合料使用。强度试验表明，外加剂对提高混合料低温下初期强度效果非常明显，对后期强度形成仅有一定促进作用。掺入外加剂混合料在5、10与模拟野外温度下保湿养生3天，抗压强度分别达到3.83MPa、4.31MPa与3.92MPa，远大于规范7天设计抗压强度3.0MPa要求。据此可以针对多年冻土地区水泥稳定基层施工条件，缩短养生龄期要求为3天，大大节约养生费用，降低工程施工成本。
23、同时，可以提前开放交通与进行连续施工。温缩试验得出，掺CS-1外加剂后温缩系数变化趋势基本没有改变，仍为一上凸抛物线，但温缩系数最大值降低约15，且滞后约5，提高了混合料在低温区抗温缩开裂能力。抗冻试验结果表明，掺入CS-1外加剂可以明显改善水泥稳定砂砾混合料抗冻耐久性能，提高多年冻土地区频繁、剧烈冻融作用下水泥稳定砂砾基层承载能力与延长使用寿命。CS-1外加剂对水泥稳定砂砾弯拉疲劳特性总体影响不大，在低应力水平作用范围内抗疲劳性能好。（6）针对多年冻土地区路面半刚性基层特殊施工与使用条件，根据室内试验分析成果与试验路修筑经验，提出了多年冻土地区路面水泥稳定粒料基层强度形成保障措施与抗裂技术措
24、施。根据试验研究及分析得出温度与湿度对半刚性基层强度形成影响规律，以“降低负温与低温影响程度、加快早期强度形成速度、减少混合料自由水分损失”为主，提出多年冻土地区半刚性基层强度形成技术保障措施：保证半刚性基层混合料设计抗压强度要求，取规范规定上限（3.0MPa）；混合料中掺入适宜外加剂；采用吸热覆盖措施，提高第一天养生温度；初期（3天）洒水、保湿养生；采取有效措施封闭施工；基层施工前对垫层充分洒水湿润。根据收缩性能研究结论，针对多年冻土地区水泥稳定砂砾半刚性基层实际使用特殊条件，以“提高初期强度、减少水分损失、控制级配组成”为主，提出多年冻土地区半刚性基层抗裂技术措施：采用吸热覆盖、洒水保湿、
25、掺入外加剂等措施；基层施工前对下承层洒水湿润；使用CS-1外加剂、亚硝酸钠等外加剂；沥青面层及基层连续施工；合理设计级配组成，严格控制施工级配。（7）根据室内外试验研究成果，考虑多年冻土地区路面基层特殊施工与使用条件对混合料路用性能要求，从原材料要求、级配选择、配合比确定等方面提出了适用于冻土环境水泥稳定砂砾配合比设计方法。3级配碎石抗变形能力及组成设计研究（1）通过连续级配与基于单一筛孔通过率级配碎石振动成型试件试验，系统分析了最大粒径Dmax、指数n值、单一筛孔及其通过率对CBR值影响，提出了适宜最大粒径、n值与关键筛孔。研究表明，n值对级配碎石CBR值有明显影响，尤其是n值大于0.5后，
26、CBR值对n值变化敏感程度增大，随n值增大而明显减小。n值对CBR值影响程度及最大粒径Dmax有关，Dmax越大，n值影响越明显。就级配碎石CBR值而言，组成设计中应控制n值不大于0.50，且Dmax越大，控制应越严格。时，这种影响较显著。因此，级配碎石n值应控制在0.50以下，最大粒径Dmax宜选择，进一步增大颗粒对提高CBR值效果不大明显，且施工中易出现离析，不利于保证施工质量。、2.36mm、0.6mm与0.075mm筛孔通过率对级配碎石CBR值有明显影响，现行规范对最大粒径为连续级配碎石推荐颗粒组成范围内，CBR值差异较大，应视为关键筛孔控制。（2）通过级配碎石强度构成与变形过程分析认
27、为，级配碎石塑性变形本质是颗粒之间剪切变形。利用自行研发柔性材料剪切性能测试仪，进行了连续级配与基于单一筛孔通过率级配碎石剪切试验，分析了最大粒径Dmax、指数n值、单一筛孔及其通过率对混合料抗剪切性能影响。分析表明，级配碎石结构层在使用过程中，主要承受由面层传递来车轮竖向荷载作用，当荷载作用超过各种粒径粒料之间相互嵌挤作用形成抗变形能力时，粒料会产生一定程度重排，导致塑性变形产生，这种塑性变形本质是粒料之间剪切变形。关于级配碎石抗剪切性能，尚未见国内外相关研究报道，也没有相应试验设备。因此，本研究研发了柔性材料剪切性能测试仪及其试验方法。柔性材料剪切性能测试仪是对路面材料进行恒围压竖向剪切试
28、验专用设备，利用控制箱自动控制水平施加于材料试件围压，测定并自动采集竖向施加试件荷载及剪切位移，用来评价路面柔性材料抗剪切变形能力。主要由测试装置、行走装置、控制系统与数据采集系统四部分组成。试验分析得出，为了保证结果可靠性，同时考虑到路面结构层实际剪切速率较小，剪切速率宜控制在5mm/min以下，本研究选取3mm/min。从试验结果变异性来看，围压对试验结果影响较小，试验采用1000 N。综合分析Dmax与n值对级配碎石剪切位移、剪切强度、剪切模量影响，如以剪切强度为主要考察指标，不难得出，n值处于0.450.50，Dmax为连续级配碎石具有较好性能。级配碎石剪切位移、剪切强度等剪切性能指标
29、对含水量变化比较敏感，最佳含水量时剪切性能最佳。因此，级配碎石施工中，应该对含水量给予足够重视，确保施工压实时混合料含水量是其最佳含水量。级配碎石密实程度对其抗剪切性能指标影响显著，提高级配碎石密实度，将会较大提高剪切强度，同时降低剪切位移，明显提高级配碎石抗剪切性能。由于96是密实度影响剪切性能重要变化点，应作为级配碎石施工压实度控制低限极值，控制标准值应高于96。、2.36mm、0.6mm与0.075mm筛孔通过率对级配碎石剪切性能有明显影响，应视为关键筛孔控制。（3）对级配碎石透水、导热、抗冻等性能进行了试验分析。由试验结果可得，级配碎石渗水系数随Dmax增加而增大，但变化幅度及n值有关
30、。渗水系数随n值增大而增加，n值越大，对渗水系数影响越大，且增加幅度及Dmax有关。混合料设计中应在保证其它性能要求与施工要求基础上，尽量提高粗集料所占比例。级配碎石导热系数明显小于面层沥青混凝土与半刚性基层，可以起到隔热作用。分别采用CBR值与剪切强度表征抗冻性能指数F1与F2对两个级配抗冻性评价结果一致，采用CBR值冻融衰减评价抗冻性更能区分级配差异。除去应力状态外，含水量是影响级配碎石动弹模量一个重要因素，试件尺寸对动弹模量中回归参数K1、K2影响明显。（4）根据单一筛孔通过率级配碎石CBR与剪切试验，首次提出了级配碎石基于CBR值与剪切强度双指标关键筛孔及其通过率合理范围。针对级配碎石
31、塑性变形，提出了基于CBR与剪切强度双指标控制级配碎石组成设计方法。本研究针对级配碎石塑性变形问题，根据试验研究结果提出了级配组成设计性能控制参数（CBR值、剪切强度）与级配控制参数（最大粒径Dmax、级配指数n值、基于CBR值与剪切强度双指标关键筛孔及其通过率合理变化范围），提出了基于CBR与剪切强度双指标控制级配碎石组成设计方法。关键筛孔通过率合理变化范围 表1关键筛孔通过率范围（）25.5374沥青稳定碎石低温特性及组成研究（1）综合分析国内外大型马歇尔试验研究成果，提出了多年冻土地区沥青稳定碎石大型马歇尔试验技术标准；并对试件大型马歇尔及旋转压实成型进行了对比试验，推荐旋转压实作为沥青
32、稳定碎石混合料试件成型首选方法。（2）通过沥青稳定碎石混合料低温（0）与常温（15）强度试验，分析了温度、矿料级配、沥青用量对混合料抗压强度与劈裂强度影响，提出利用抗压强度与劈裂强度两者乘积确定混合料强度特性达到最佳沥青用量（油石比），比用单一抗压或抗拉强度更合理。（3）利用沥青稳定碎石冻融劈裂试验，分析了冷冻温度、空隙率、密实度等对混合料抗冻稳定性影响，提出混合料设计中应考虑混合料使用中实际自然环境，合理确定冻融试验条件，才能正确评价抗冻稳定性。（4）通过沥青稳定碎石温度收缩与-10低温弯曲试验，分析了混合料级配组成、沥青用量对温度收缩系数、低温弯拉强度及应变、劲度模量、应力松弛模量、应变能
33、密度等低温抗裂指标影响，提出了以温度应力比与弯曲应变能为主要指标沥青碎石混合料低温抗裂性能综合评价方法。对于多年冻土地区沥青碎石混合料而言，低温与大温差是主要影响因素。低温条件下沥青碎石混合料强度较高，关键是抗变形能力弱；而持续低温与大温差下，沥青碎石混合料温度应力来不及松弛而不断累积。因此，多年冻土地区沥青碎石混合料低温抗裂性能应主要控制两个方面：温度应力来不及松弛而超过混合料极限强度破坏与低温抗变形能力。利用低温弯曲试验与温度收缩试验，可以从以上两方面评价混合料低温抗裂性能。评价试验采用低温弯曲试验与温度收缩试验，评价指标选择温度应力比与弯曲应变能。弯曲应变能温度收缩试验低温弯曲试验温度收
34、缩系数弯拉强度弯曲劲度模量温度应力比混合料低温抗裂性能评价与优化最不利温度最不利温度区间图1 沥青稳定碎石低温抗裂性能综合评价流程（5）沥青稳定碎石混合料常温（15）与低温（-25）疲劳试验分析得出，低温及常温疲劳寿命变化规律基本一致，多年冻土地区沥青稳定碎石基层在低温下具有较好抗疲劳性能，混合料设计中应主要考虑混合料常温疲劳性能。（6）针对多年冻土地区特殊条件对沥青稳定碎石基层混合料要求，提出了基于强度与大型马歇尔指标多年冻土地区沥青稳定碎石配合比设计方法。5沥青结合料低温及老化特性研究（1）通过沥青结合料不同温度下针入度与延度试验，分析了普通沥青与改性沥青低温特性变化。针入度试验分析表明，
35、不同普通沥青针入度对温度敏感程度有所不同。普通沥青标号越高，针入度对温度敏感性越大，温度降低时针入度损失越大。仅根据常温下针入度选择沥青，并不能完全反映沥青在低温条件下抗变形能力。针入度指数PI对普通沥青感温性能评价结果，及单一针入度评价结果总体一致。SBS改性沥青温度敏感性大于SBR改性沥青。低温延度试验结果可得，四种普通沥青延度随温度变化趋势有所不同，按525针入度、针入度指数与延度排序一致，沥青延度及针入度指数均可较好地评价沥青感温性，且延度试验相对方便易行。改性沥青延度明显大于普通沥青，低温延伸性好，具有更好低温抗裂性。（2）对经过旋转薄膜短期老化与PAV长期老化后沥青结合料进行试验，
36、分析了热老化对沥青结合料低温特性影响。短期老化后针入度、延度试验分析表明，不同普通沥青老化后针入度变化趋势基本相同，短期老化后针入度减小，且温度越高，减小幅度越大；低温延度明显减小，温度越高，减小越明显。两种改性沥青短期老化后针入度均有所降低，随温度变化趋势相似，但SBR改性沥青短期老化后针入度变化明显大于其它沥青，10以下低温延度明显减小。沥青短期老化后10延度，能够比较明显地区分不同沥青低温性能差别。SBS改性沥青抗热老化能力较好。长期老化后针入度、延度试验结果表明，随着老化程度加深，针入度减小，且温度高于15后变化更加明显，针入度指数PI逐渐增大，低温抗裂性能降低。两种普通沥青在各种状态
37、下延温曲线基本相似。SBS改性沥青抗老化性好于SBR改性沥青。（3）通过室内紫外光老化试验与自然条件老化，定量分析了光老化对沥青结合料低温特性影响。由试验结果可得，沥青结合料经过光老化后，不同温度针入度与感温系数A减小，针入度指数PI增大，低温抗裂性能均有所降低，变化程度及沥青种类相关。光老化后，不同沥青针入度指数差异较明显，SBS改性沥青针入度指数变化不大，而SBR改性沥青、L160、L130与L110均明显增大，其中L110变化最大，说明其抗老化性能较差。可见，利用沥青结合料光老化后针入度指数，可以评价不同沥青在太阳辐射下实际性能差异，为高原多年冻土地区沥青结合料选择提供依据。沥青结合料经
38、过光老化后，软化点均升高。就软化点比而言，SBS改性沥青抗老化性能较好。对于普通沥青而言，光老化后延度均明显减小，延展性变差，但具有及原样沥青相似流变规律，延度随着温度升高而增大。从不同沥青光老化后差异看，10延度可以区分沥青结合料光老化后低温性能。改性沥青光老化后延度明显减小，尤其是SBR改性沥青在室内光老化后5与10延度明显减小，在自然光老化后不但延度值明显减小，延度随温度变化趋势明显改变，可见光老化对SBR改性沥青低温延伸性能有明显影响。SBS改性沥青受光老化影响较小，延度保持了及老化前变化趋势，且变化较小，10时达到了老化前水平，可见SBS改性沥青抗光老化能力好于SBR改性沥青。（4）
39、在试验研究基础上，建议了多年冻土地区沥青结合料低温评价指标。结合本次试验研究结果，综合考虑沥青结合料老化前后性质变化，以及试验误差与不足，对于多年冻土地区普通沥青结合料，初步建议采用热老化前后针入度指数及其衍生指标、10延度作为低温评价指标，条件具备可以采用BBR试验来验证。对于改性沥青，选择评价时应根据具体情况，在普通沥青基础上提高等级，综合其他指标来考察。6基于低温性能面层沥青混合料组成设计研究（1）通过对分别位于Superpave限制区上沿与下沿30个级配马歇尔试验及贝雷法评价分析，得出了贝雷法评价参数及混合料体积指标之间关系，通过低温抗裂性能与高温稳定性检验，在限制区上沿与下沿分别优选
40、高低温性能俱佳级配6#与20#作为研究级配。（2）通过沥青混合料0弯曲蠕变试验与-10低温弯曲试验，分析了沥青种类、沥青用量、级配组成等因素对沥青混合料低温抗裂性能影响。研究表明，沥青用量是影响沥青混合料弯曲蠕变速率主要因素。随着沥青用量增加，不同沥青混合料0弯曲蠕变速率均逐渐增大，但蠕变速率并非随沥青用量均匀变化。提高沥青用量可以有效改善沥青混合料低温抗裂性能。SBR与SBS改性沥青混合料0弯曲蠕变速率受沥青用量变化影响明显大于其它沥青混合料。矿料级配对混合料0弯曲蠕变速率随沥青用量变化趋势影响较小。沥青结合料种类对沥青混合料-10弯曲试验结果有一定影响，但对不同试验结果影响有所不同。从低温
41、弯拉应变考虑，SBS改性沥青混合料低温抗裂性能好于SBR改性沥青混合料。采用改性沥青与高标号沥青可以提高混合料低温抗裂能力。及0弯曲蠕变试验类似，沥青结合料短期老化前后针入度指数与10延度指标，可以较好地区分不同沥青结合料对混合料-10弯曲试验结果影响。从数据离散性与试验结果变化范围，对两种试验对比分析得出，0弯曲蠕变试验数据变异系数显著小于-10弯曲试验，0弯曲蠕变速率对沥青用量与级配敏感程度远远高于-10弯曲试验弯拉应变指标。由此可见，采用0弯曲蠕变试验评价沥青混合料低温抗裂性能要好于-10弯曲试验。（3）采用烘箱加热法与延时烘箱加热法分别对沥青混合料进行短期老化及长期老化，通过老化后沥青
42、混合料0弯曲蠕变试验与-10低温弯曲试验，定量分析了短期老化与长期老化对沥青混合料低温抗裂性能影响，提出以0弯曲蠕变速率作为沥青混合料低温抗裂性能评价指标。短期老化后沥青混合料0弯曲蠕变试验得出，及新拌沥青混合料相比，短期老化后沥青混合料低温弯曲蠕变速率明显减小，但弯曲蠕变速率随沥青用量增加变化趋势基本一致，仍随沥青用量增加而增大，只是沥青用量对低温弯曲蠕变速率影响程度有所降低。短期老化后沥青混合料沥青用量对低温弯曲蠕变速率影响程度在降低同时，逐渐趋于稳定，即沥青用量在不同区间增加引起弯曲蠕变速率增大幅度逐渐趋于一致，差异性减小。从新拌混合料试验分析可以得出，增加沥青用量对混合料低温抗裂性能改
43、善作用存在一个最有利区间。而沥青混合料经过短期老化后，只要增加沥青用量，混合料低温抗裂性能会明显提高，及沥青用量范围关系并不大。对于多年冻土地区沥青面层混合料而言，低温抗裂性能是关键，配合比设计中适当提高沥青用量，可以明显减轻面层低温开裂。矿料级配对短期老化后沥青混合料低温抗裂性能影响及沥青结合料种类有关。虽然沥青结合料对混合料低温抗裂性能贡献较大，但对于改性沥青混合料，矿料级配影响不容忽视。在高温稳定性容许前提下选用高标号沥青结合料，有利于减轻短期热老化对沥青混合料低温抗裂性能影响。就改性沥青而言，老化对于改性剂以及它及沥青之间相互作用有很大影响，因而在改性沥青混合料使用过程中对此应予重视，
44、不能只强调改性后新拌混合料性能，还应考虑老化后性能稳定性。短期老化后-10弯曲试验表明，短期老化过程中沥青结合料性质改变对混合料低温抗裂性能影响较大，矿料级配影响基本及新拌混合料一致。当普通沥青标号高于一定程度后，对沥青混合料短期老化后低温抗变形能力提高效果并不明显。沥青结合料针入度指数与10延度指标所反映沥青结合料低温性能，及沥青混合料低温抗裂性能密切相关，可以作为沥青结合料选择依据。长期老化后0弯曲蠕变试验结果分析表明，长期老化后沥青用量与矿料级配对混合料低温抗裂性能影响明显减弱，即经过长期老化后，不同级配与沥青用量混合料0弯曲蠕变速率会趋于一致，这也与路面使用实际状况相吻合。短期老化对沥青混合料低温抗裂性能影响程度明显大于长期老化，这可能及老化过程有关。长期老化后-10弯曲试验表明，长期老化后沥青混合料低温弯拉应变比随沥青用量增加而提高，比短期老化后明显，且变化程度及混合料级配有关。综合分析可以得出，利用0弯曲蠕变试验，可以合理地评价沥青混合料老化后低温抗裂性能。（4）根据-10弯曲试验研究，认为现行试验规程中规定-10弯曲试验加载速率50mm/min过快，无法合理评价沥青混合料低温抗裂性能，应根据试验目，采用较慢加载速率。（5）通过纤维沥青混合料马歇尔试验、低温抗裂性能试验、抗冻性能试验与高温稳