第11章 沥青路面

第11章沥青路面在各类基层上铺筑沥青混合料面层后得到的路面结构称为沥青路面，与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适；耐磨、振动小、噪声低，施工期短、养护维修方便等优点，因此广泛应用于各级公路。11.1沥青路面基本特性及分类11.1.1基本特性•1、面层抗拉强度低。其强度和整体稳定性取决于土基和基层的特性。•2、透水性小。土基和基层的水份难以排出。•3、低温抗变形能力差。•4、对交通量较大的路段，为使沥青路面具有较强的抗拉和抗疲劳性能，宜设置相对较厚的面层。面层较薄时，应加强粘结。11.1沥青路面基本特性及分类11.1.2沥青路面的分类•（1）层铺法：•将沥青分层洒布、矿料分层撒铺、碾压形成沥青路面结构的方法。•优点：设备和工艺简单、效率高、进度快、造价低•缺点：结构强度低、使用寿命短、路面成型期长（需要经过炎热季节行车碾压成型）•代表结构类型：沥青表面处治、沥青贯入式路面11.1沥青路面基本特性及分类11.1.2沥青路面的分类•沥青表处：用沥青和集料按层铺法（或拌和法）铺筑而成的厚度不超过3公分的沥青面层。•适用条件：沥青表处适用于三级及三级以下公路的面层，旧沥青面层上加铺罩面或抗滑层、磨耗层等。•强度型成原理：嵌挤型•施工方法：层铺法、拌和法•特点：由于处治层很薄，一般不起提高强度的作用，其主要作用是抵抗行车的磨耗，增强防水性，提高平整度，改善行车条件（摩擦系数大、表面构造深度大、抗低温开裂性能好）。11.1沥青路面基本特性及分类11.1.2沥青路面的分类•沥青贯入式：在初步压实的碎石上分层浇洒沥青，撒布嵌缝料或再在上部铺筑热拌沥青混合料封层经压实而成的沥青面层（上拌下贯）。厚度一般为4～8㎝，但用乳沥青时，厚度不宜超过5㎝，沥青贯入式路面上部加铺热拌沥青混合料面层时，其中拌和层厚度不小于1.5㎝。•适用条件：沥青贯入式碎石适用于三级及三级以下公路的沥青面层，也可以作为沥青混凝土路面的联结层或基层。•强度形成原理：嵌挤型•施工方法：层铺法，拌和法（拌和层）•特点：沥青贯入式路面具有较高的强度和稳定性，由于贯入式路面是一种多孔隙结构，为了防止路表水的浸入和增强路面的水稳定性，其面层的最上层必须加铺封层（采用上拌下贯时可不加铺封层料）。11.1沥青路面基本特性及分类11.1.2沥青路面的分类•碎石封层：按碎石撒铺工艺的不同，分异步碎石封层和同步碎石封层。异步碎石封层是先由沥青洒布机撒布沥青，再由碎石撒布机撒布石料，两工序间隔时间10min左右，同步封层则两道工序由同一台设备完成，间隔几秒种，能够保证沥青高温时撒面石料，粘结良好。同步碎石封层车同步碎石封层沥青碎石同步封层车撒布沥青•石屑撒布机是采用层铺法铺筑沥青路面的专用机械之一。主要用途是在洒好沥青的路基上均匀地撒布一层粒径范围一定的石屑，以修筑表面处治沥青路面，贯入式沥青路面施工，路面联结层铺设和各种防水层铺设，在养护作业中可以用于改善磨耗层的摩阻性能和防水性能。11.1沥青路面基本特性及分类11.1.2沥青路面的分类•（2）路拌法•在路面上用人工或机械将矿料和沥青就地拌和、摊铺、碾压成形的沥青路面结构。•代表结构类型：乳化沥青碎石11.1沥青路面基本特性及分类11.1.2沥青路面的分类•冷拌沥青碎石：采用乳化沥青或液体沥青与矿料在常温状态下拌和而成的常温沥青混合料。冷拌沥青混合料宜采用密级配沥青混合料，当采用半开级配的冷拌沥青碎石时应铺筑上封层。•适用条件：冷拌沥青混合料适用于三级及三级以下公路的沥青面层，二级公路养护罩面以及各级公路的基层、联结层或整平层。•强度形成强理：密实型或嵌挤型•施工方法：厂拌法，无条件时也可采用路拌法或工人摊铺。•特点：常温施工，工艺简单，成本低，污染小、成型期短、但耐久性差。11.1沥青路面基本特性及分类11.1.2沥青路面的分类•（3）厂拌法•用不同粒径的碎石、砂、矿粉等和沥青按一定比例混合，在一定温度下热拌所得的沥青混和料，在规定的温度内运到工地摊铺、碾压密实后成型的沥青混合料。•按强度形成原理、材料组成及结构、矿料级配和空隙率、公称最大粒径等分为以下几类：•代表结构类型：热拌沥青混合料（HMA)）11.1沥青路面基本特性及分类11.1.2沥青路面的分类•1、沥青混凝土（AC）：设计空隙率3～5%、连续密级配，适用于各级公路沥青面层的任何层次，我国《公路沥青路面施工技术规范》规定：高速公路及一级公路的表面层、中面层、下面层应采用沥青混凝土，二级公路的表面层宜用沥青混凝土（AC－5～25）。•2、沥青稳定碎石混合料基层（ATB）：设计空隙率为3～6%、连续密级配，粗粒式及特粗式，适用于基层。（ATB－25～40）•3、沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）：设计空隙率为3～4%、间断密级配，适用于铺筑新建公路的表面层或旧路面加铺磨耗层。11.1沥青路面基本特性及分类11.1.2沥青路面的分类•4、沥青碎石混合料（AM）:设计空隙率6～12%、半开级配，仅适用于三级及三级以下公路、乡村公路、且沥青混合料拌合设备缺乏添加矿粉装置和人工炒拌的情况（AM－10～40）。•5、排水式沥青稳定碎石混合料（OGFC）:设计空隙率大于18%，细粒式，适用于高速行车、多雨潮湿、不易被尘土污染、非冰冻地区铺筑排水式沥青磨耗层（OGFC－10～16）。•6、排水式沥青碎石混合料（ATPB）:设计空隙率大于18%，粗粒式及特粗式，适用于排水基层，且下卧层应具有排水和抗冲刷能力（ATPB－25～40）。11.1沥青路面基本特性及分类11.1.3沥青路面的选择与应用•特粗式沥青混合料适用于基层，•粗粒式沥青混合料适用于下面层或基层，•中粒式沥青混合料适用于中面层和表面层，•细料式沥青混合料适用于表面层和薄层罩面，•砂粒式沥青混合料适用于非机动车道或人行道。11.1沥青路面基本特性及分类11.1.3沥青路面的选择与应用•（1）表面层功能：高温抗车撤、低温抗裂、密水、抗滑、耐磨•（2）中下面层功能：高温抗车撤、抗疲劳、抗裂•（3）除排水式功能层外，均考虑密水性，渗水性结构的层间或层底应采取防渗或排水措施•（4）沥青面层集料的最大粒径宜从上至下逐渐增大，并与压实层厚度相匹配。压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2倍。•（5）沥青路面一般不宜铺在纵坡大于6%的路段，在纵坡大于3%的路段应考虑抗滑措施。11.2沥青混合料的力学性质11.2.1强度特性•1、抗剪强度：•沥青路面的抗剪强度与集料级配、形状和表面特性有关，与沥青的粘结力和用量有关。要通过直剪和三轴压缩试验得到。•沥青混合料的粘结力取决于下列因素：•（1）沥青的粘度：粘度越高，粘结力越大•（2）沥青用量：最佳沥青用量，粘结力最大•（3）温度与剪切速率：温度升高、剪切速率下降，粘结力下降•（4）细料：细料含量多，粘结力提高11.2沥青混合料的力学性质11.2.1强度特性•2、抗拉强度•沥青混合料的抗拉强度由混合料中沥青的粘结力提供，可采用直接拉伸或劈裂试验，由所测得的应力－应变曲线上的最高应力值确定。•直接拉伸试验：将混合料做成圆柱形试件（马歇尔直径×高＝101.6*63.5mm），其两端用环氧树脂粘于金属盖帽上，通过安置在试件上的变形传感器，测定在各级拉力下的应变值，应力应变曲线中的最大值即是。直拉试验劈裂试验弯拉试验金属盖帽金属压条钢板11.2沥青混合料的力学性质11.2.1强度特性•劈裂试验：将混合料试件两侧沿直径方向按一定速率施加压力，直到试件开裂破坏。•沥青混合料受条形荷载作用时大都沿垂直于直径的平面劈裂破坏，混合料的极限抗拉强度为：•（1）沥青粘度大，含量高则抗拉强度高•（2）密级配优于开级配•（3）在低温下混合料的强度随温度降低而提高，形成峰会值（脆化点）后强度下降。•（4）我国现行规范采用劈裂强度作为沥青混合料的抗拉强度。tdPStmax211.2沥青混合料的力学性质11.2.1强度特性3、抗弯拉强度沥青混合料的抗弯拉强度在室内用梁式试件（L*b*h＝250*30*35mm，温度15℃）在简支受力下，采用三分点加载使梁中部处于纯弯拉状态。2bhPLt沥青混合料的抗弯拉强度取决于材料的性质及结构破坏过程的加荷状况，试验时的温度对抗弯拉强度也有很大影响。11.2沥青混合料的力学性质11.2.2应力－应变特征•1、弹－粘－塑性质：沥青混合料在受力较小，受荷时间短时，基本上处于弹性状态兼有粘弹性的性质，当混合料受荷达到一定值，受荷时间较长时，不仅出现弹性应变，而且还有随时间而发展的粘塑性应变，混合料表现出弹－粘－塑性质。－劲度模量延迟回复模量，瞬时弹性模量，－粘塑性应变－延迟回复应变，瞬时弹性应变，mvd)111(SDESDEemvde11.2沥青混合料的力学性质11.2.2应力－应变特征•2、应力松驰特性：沥青混合料的应力松驰时间取决于粘滞度，且随温度变化而变化。因此沥青混合料的应力应变特性不仅同荷载大小和时间有关，还与材料的温度有关。（弹性模量）粘滞度）Et('应力松驰是变形物体在恒定应变下，应力随时间而自动降低的过程，为使物体保持变形的状态，随着时间的推移，所需的力愈来愈小，使应力下降到初始数值的持续时间，叫应力松驰时间。11.2沥青混合料的力学性质11.2.2应力－应变特征•流体在流动时，相邻流体层间存在着相对运动，则该两流体层间会产生摩擦阻力，称为粘滞力。粘度是用来衡量粘滞力大小的一个物理数据。粘度通常分为绝对粘度(动力粘度)、运动粘度和条件粘度。•绝对粘度(又称动力粘度)是指当两个面积为1m2，垂直距离为1m的相邻液层，以1m.s-1的速度作相对运动时所产生的内摩擦力，常用η表示。当内摩擦力为1N时，则该液体的粘度为1，其法定计量单位为Pa.s(即N.s.m-2)。在温度t℃时的绝对粘度用ηt表示。•沥青混合料在冬季低温时具有很高的粘滞度，应力松驰时间较长，具有弹性体的变形特征，夏季高温时，混合料的粘滞度迅速降低，应力松驰时间大大缩短，在临界状态下产生塑性变形。11.2沥青混合料的力学性质11.2.2应力－应变特征bv,,S400000.83lgn315.21＝积集料的体积＋沥青的体集料的体积－－集料的集中系数＝沥青的劲度模量CtSCCnSSbnvvbTtTt我们用劲度模量作为表征弹-粘-塑性材料的性质指标。所谓劲度模量，就是材料在给定的荷载作用时间和温度条件下应力与应变的比值。11.2沥青混合料的力学性质11.2.2应力－应变特征•沥青的弹-粘-塑性可用蠕变试验来描述•设在沥青试件上施以拉应力σ0并保持不变，其应变ε随时间t增加，这种现象称蠕变，当时间为t时，总应变ε•瞬时弹性模量E，延迟复回模量D，劲度模量Sb＝3η/t。3110tDEvde11.2沥青混合料的力学性质11.2.3疲劳特性•疲劳破坏：•疲劳寿命：•沥青混合料的疲劳试验研究：•真实荷载试验：•足尺寸模拟试验：•室内小型试件疲劳试验：纯弯曲梁实验装置及弯矩图多功能电测实验装置沥青混合料的弯曲试验是对规定尺寸的标准梁式试件，在跨中施加集中荷载至断裂，由破坏时的最大荷载求试件的抗弯强度，由破坏时的跨中挠度求混合料的破坏弯拉应变。两者之比为弯曲劲度模量。11.2沥青混合料的力学性质11.2.3疲劳特性22322224312,,12,4348,3,6,2alhEbhIaLIEPabhPaWMbhWPaMZZ22224312,4348,1,2,alhaLIEPaIEMhyyZZ以中性轴为Z轴，y轴向下为正，设弯曲后中性轴曲率半径为ρ，则距中性轴为y处的纵向线应变为ε＝y/ρ11.3沥青路面对材料的基本要求11.3.1沥青•道路用沥青有有石油沥青、煤沥青、乳化沥青等。•高树脂、少石蜡的石油是炼制道路沥青的最好原料。（石蜡基、中间基、环烷基）•1、道路石油沥青的适用范围•A级：各个等级的公路，适用于任何场次和层次