沥青路面设计

0《路基路面工程》PavementEngineering国家精品课程第八章沥青路面主要内容第一节概述第二节沥青路面的分类与特性第三节沥青路面的使用性能和分区第四节弹性层状体系理论第五节沥青路面的破坏状态、设计指标和标准第六节沥青路面结构组合设计主要内容第七节我国沥青路面厚度设计第八节沥青路面结构排水设计第九节沥青路面改（扩）建设计第十节国外主要沥青路面设计方法概述第一节概述核心内容沥青路面的基本特性沥青路面的损坏类型及其成因对沥青路面的性能要求沥青路面设计的内容与方法1、沥青路面的基本特性沥青路面的工程特点①优良的力学性能－变形性能与强度②良好的抗滑性－雨天的行驶安全性③施工方便－强度形成速度和维修④经济耐久－使用寿命⑤有利于分期修建沥青路面结构受力示意图大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点（1）表面平整无接缝、行车较舒适；（2）结构较柔，振动小，行车稳定性好；（3）车辆与路面的视觉效果好；（4）施工期短、施工成型快，能够迅速交付使用（在机场跑道、高速公路上尤其需要）；（5）易于维修，可再利用；（6）强度和稳定性受基层、土基影响较大；（7）沥青混合料力学性能受温度影响大；（8）沥青会老化，沥青结构层易出现老化破坏。1、沥青路面的基本特性◆沥青路面的优缺点（与普通水泥路面相比）裂缝横向裂缝纵向裂缝网状裂缝荷载型横向裂缝非荷载型横向裂缝温缩裂缝反射裂缝1）裂缝2、沥青路面的损坏类型及其成因Top-downCrackDown-topcrack表观形态分有：横裂、纵裂、网裂、块裂、不规则裂锋等产生原因：横向裂缝：分荷载型和非荷载型，非荷载型又分为沥青面层缩裂和基层反射裂缝。荷载型因拉应力超过材料疲劳极限引起，从下向上发展；非荷载型沥青面层缩裂因冬季沥青材料收缩产生的应力大于材料强度引起，反射裂缝因基层收缩开裂向面层延伸引起。纵向裂缝：路面分幅摊铺时，接缝未处理好；路基原因等引起失稳。网裂：上述裂缝未及时处理，水渗入所致；结构强度不足；沥青老化等1）裂缝cracking2、沥青路面的损坏类型及其成因纵向裂缝longitudinalcracking2、沥青路面的损坏类型及其成因1）裂缝2、沥青路面的损坏类型及其成因2、沥青路面的损坏类型及其成因横向裂缝Transversecracking1）裂缝2、沥青路面的损坏类型及其成因块裂及网裂NetCracking2、沥青路面的损坏类型及其成因1）裂缝2）车辙rut定义：路面结构及路基在行车荷载作用下的补充压实，或结构层及路基中材料的侧向位移产生的累积永久变形。车辙还包括轮胎磨耗引起的材料缺省。车辙是沥青路面的主要破坏型式，对于半刚性基层沥青路面，车辙主要发生在中面层或沥青表层。原因：1）沥青混合料高温稳定性不足，塑性变形累积；2）路面结构及路基材料的变形累积；3）车辆渠化交通的荷载磨耗－－磨耗型车辙。2、沥青路面的损坏类型及其成因车辙图片2、沥青路面的损坏类型及其成因2、沥青路面的损坏类型及其成因3）松散剥落RavellingandStripping定义：沥青从矿料表面脱落，在荷载作用下面层呈现的松散现象。沥青层出现松散剥落将会继而出现坑槽破坏。原因：1）沥青与矿料黏附性差（沥青黏性差、集料黏附等级低、集料潮湿、沥青老化后性能下降、冻融等）；2）水的作用；3）沥青在施工中的过度加热老化。2、沥青路面的损坏类型及其成因2、沥青路面的损坏类型及其成因2、沥青路面的损坏类型及其成因松散剥落图片4）表面抗滑不足surfaceskidresistance定义：沥青路面在使用过程中，表面集料被逐渐磨光，或者出现沥青层泛油，使得沥青表层出现抗滑能力不足。原因：1）集料软弱，宏观纹理和微观构造小；2）粗集料抵抗磨光的能力差（由磨光值、棱角性、压碎值等表征）；3）级配不当，粗料少、细料多；4）用油量偏大，或出现水损害；5）沥青稠度太低；6）车轮磨耗太严重。2、沥青路面的损坏类型及其成因表面抗滑测定2、沥青路面的损坏类型及其成因5）其它病害包括泛油、坑洞、波浪、拥包、啃边等。路面上形成有规则的低洼和凸起变形在行车水平力作用下，沥青面层材料的抗剪强度不足则易产生推挤拥包。沥青路面产生坑槽的原因是面层的网裂、龟裂未及时养护而逐渐形成坑槽。在行车作用和自然因素影响下，沥青路面边缘不断缺损，参差不齐，路面宽度减小。波浪、拥包、坑槽、啃边2、沥青路面的损坏类型及其成因表面泛油图片2、沥青路面的损坏类型及其成因2、沥青路面的损坏类型及其成因高速公路路面坑洞现象沥青路面的水稳定性①强度与刚度(开裂、变形)②稳定性(高、低温、水稳定性)③耐久性(疲劳、老化)④平整性(舒适、动荷)⑤抗滑性(安全)⑥少尘性(环保)TransportationCollege,SoutheastUniversity3、对沥青路面的基本要求高温稳定性-高温下抵抗永久变形的能力；低温抗裂性-抵抗低温抗裂的能力；水稳定性-抵抗水损害的能力，密级配路面抗渗和排水路面透水；耐久性—抵抗老化与荷载重复作用的能力；抗滑能力—保证不利情况下车辆安全形势的能力。3、对沥青路面的基本要求◆沥青路面设计的内容结构组合设计材料组成设计厚度设计验算结构方案比选路肩构造设计排水系统设计4、沥青路面设计的内容与方法沥青路面结构设计方法种类•经验法：AASHTO法；CBR法。依据调查或大型试验总结得到的设计方法，其特点是符合试验地的实际，但是不能结合不同地方的实际。•力学经验法（M-E）：AI法；SHELL法；我国设计方法。依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其特点是理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。•典型结构法：法国方法；中国八·五研究成果。通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，特点是减少了设计的随意性，具有结构使用性能明确，结构图统一。•优化设计法通过目标函数优化，使其具有性能与费用的最优性，但尚不成熟。4、沥青路面设计的内容与方法第二节沥青路面的分类与特性核心内容沥青路面的分类沥青混合料空间结构与压实性能沥青混合料的力学特性沥青混合料的黏弹性性质与力学模型沥青混合料的变形特征沥青混合料的强度特性1）按强度构成原理：•密实类沥青路面-见土木工程材料•嵌挤类沥青路面-见土木工程材料2）按施工工艺•层铺法•路拌法•厂拌法1、沥青路面的分类沥青路面施工录像沥青混凝土（AsphaltConcrete）热拌沥青碎石（AsphaltMacadam）乳化沥青碎石（EmulsionAsphaltMacadam)沥青贯入式沥青表面处治沥青玛碲脂碎石SMA（StoneMasticAsphalt）排水性沥青混凝土（PorousAsphaltConcrete）开级配抗滑磨耗层（OpenGradedFrictionCourse）3）按沥青路面材料的技术特点：1、沥青路面的分类ＨＭＡ级配示意图ＳＭＡ级配示意图1、沥青路面的分类热拌沥青混合料种类表5.1.1密级配开级配半开级配连续级配间断级配间断级配混合料类型沥青混凝土沥青稳定碎石沥青玛蹄脂碎石排水式沥青磨耗层排水式沥青碎石基层沥青稳定碎石公称最大粒径(mm)最大粒径(mm)特粗式－ATB-40--ATPB-40－37.553.0－ATB-30--ATPB-30－31.537.5粗粒式AC-25ATB-25--ATPB-25－26.531.5AC-20－SMA-20--AM-2019.026.5中粒式AC-16－SMA-16OGFC-16-AM-1616.019.0AC-13－SMA-13OGFC-13-AM-1313.216.0细粒式AC-10－SMA-10OGFC-10-AM-109.513.2砂粒式AC-5－---AM-54.759.5设计空隙率注(％)3～53～63～418186～121、沥青路面的分类1、沥青路面的分类1、沥青路面的分类1）沥青混合料的体积参数关系沥青混合料是一种由集料、沥青和空气组成的三相空间体系。2、沥青混合料空间结构与压实性能2、沥青混合料空间结构与压实性能1）沥青混合料的体积参数关系2、沥青混合料空间结构与压实性能1）沥青混合料的体积参数关系2、沥青混合料空间结构与压实性能1）沥青混合料的体积参数关系①沥青混合料压实度及其控制：沥青混合料的压实度直接决定着其成型后的强度，在一定范围之内（没有出现过压时），压实度越大越好。压实度表征的三种方式与实际控制方法：（1）理论密度的压实度；（2）马歇尔密度的压实度；（3）试验段密度的压实度。区别：分母不一样，分别是：真密度、马歇尔试件密度和试验段取芯试件密度。控制标准：93%、97%、99%。2、沥青混合料空间结构与压实性能2）沥青混合料的压实性能②沥青混合料压实影响因素：压实温度、压实速度、压实应力（功）、沥青用量等。2、沥青混合料空间结构与压实性能沥青混合料压实可行性区域沥青混合料是由集料、沥青和空气组成的三相空间体系。强度取决于集料颗粒间的摩擦力和嵌挤力、沥青胶结料的黏结性以及沥青与集料之间的黏附性。影响：集料的类型、空间布型以及胶结料的类型、用量、与集料的黏附程度影响着沥青混合料的力学特性。类型：按密实原则和嵌挤原则构成的沥青混合料的典型结构类型有三种：密实悬浮结构、骨架空隙结构、骨架密实结构3、沥青混合料的力学特性3、沥青混合料的力学特性1）沥青混合料力学参数试验——①三轴试验（摩尔库仑理论）如何求沥青混合料的黏结力C和内摩擦角？建立极限平衡条件②三轴试验采用圆柱形试件，试件直径应大于矿料最大粒径的4倍，试件高与直径比大于2；矿料最大粒径小于25mm时，试件直径10cm，高20cm；将一组试件分别在不同侧压力下以一定加载速度施加垂直压力到试件破坏，此时该垂直压力为最大主应力，侧压力为最小主应力。3、沥青混合料的力学特性maxctg三轴压缩试验原理③无侧限抗压试验及抗拉强度（间接抗拉）试验采用圆柱形试件；无侧限抗压试验试件直径应大于矿料最大粒径的4倍，试件高径比大于2，矿料最大粒径小于25mm时试件直径10cm高20cm；劈裂试验试件直径101.60.25mm、高63.51.3mm（马歇尔试件），或轮碾机成型板块试件，或从道路现场钻取直径1002或1502.5mm、高为405mm的圆柱体试件。3、沥青混合料的力学特性⑤直剪试验确定：通过不同压力的直接剪切试验确定3、沥青混合料的力学特性④简单拉压试验确定：通过简单抗拉强度试验和间接抗拉试验确定①蠕变蠕变是应力不变，变形随时间而增加的现象。这一过程在应力不变情况下，取决于其作用时间。沥青材料在不同应力及时间下表现：•应力小，时间短：主要表现为弹性性质，在应力施加后变形瞬时出现，应力撤除后变形迅速恢复。这种变形叫做纯弹性变形（瞬时弹性变形），在该范畴内，应力应变呈直线关系；•应力较大，时间较才：主要表现为黏弹性性质，应力施加后瞬时出现变形，然后变形仍逐渐增加，当应力撤除后，一部分变形瞬时恢复（弹性变形部分），另一部分变形随时间缓慢恢复，这部分变形是黏弹性变形（滞后弹性变形）。•应力大，时间长：主要表现为塑性性质，除包含黏弹性性质外，还有较大一部分变形无法恢复，称为塑性变形。注意：沥青混合料的实际变形弹性、黏性、塑性三种都包含，不过根据应力大小和作用时间不同而表现出以上各种不同性质为主的特点。1）蠕变与松弛特性creepandrelaxation4、沥青混合料黏弹性性质与力学模型蠕变示意图②应力松弛(relaxationtime)应力松弛是应力恒定不变，应力随时间减小的现象。应力降低到初始数值（初始应力值的1/e）(e=2.718)，称为松弛时间。沥青混合料主要呈现为弹性或黏塑性，与应力作用时间与松弛时间的比值有关：作用时间松弛时间，以弹性为主；作用时间松弛时间，以黏塑性为主；作用时间与松弛时间相近，为弹-黏-塑性。冬季气温低，沥青混合料黏滞度高，松弛时间长，显示