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1、第10章 沥青路面 1 沥青路面是目前最常用的高级路面之一,本章主要介绍 沥青路面的特性、类型、沥青混合料的技术性能等内容,为 沥青路面结构设计做好准备。 10.1 沥青路面的特性与分类 10.2 沥青混合料的技术性能 10.3 沥青路面的基本特征 10.4 沥青混合料的组成结构 本章内容 2 10.1.1 沥青路面的基本特性 1)沥青路面:用沥青材料作结合料粘结矿料修筑面层与 各类基层和垫层所组成的路面结构。 从力学性能上分类,沥青路面属于柔性路面,刚度较 小,并具有较好的变形性能;但其强度和稳定性在很大程度上 取决于基层和土基的特性。 10.1 沥青路面的特性与分类 3 2)基本特点: 与
2、水泥混凝土相比:表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨 、振动小、噪音低 、施工期短、养护维修简便、适宜分期修 建抗滑性不够,强度与稳定性不如水泥混凝土; 柔性路面强度与稳定性土基和基层压实度与软基处 理 低温抗变形能力低低温开裂,设置防冻层; 透水性小土基和基层内的水分难以排出基层水稳性好 尽可能采用结合料处治的整体性基层; 抗弯拉和抗疲劳开裂能力低设置联结层提高抗弯拉和 抗疲劳开裂能力; 采用较薄的沥青面层或旧路面上加铺加强面层与基层之 间的粘结防止水平力作用剥落、推挤、拥包等破坏。 4 10.1.2 沥青路面分类 沥青路面分类方式很多: 1) 按强度构成原则分类 按沥青路面强度构成原则,可将其
3、分为两大 类: 密实类沥青路面 嵌挤类沥青路面 5 (1) 密实类沥青路面 要求:矿料的级配按最大密实原则设计级配碎石 ; 强度和稳定性:主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻 力。 特点:面层结构的空隙率小,细料含量多,高温时易 产生推挤变形 类型:按其空隙率的大小,有两种不同的结构组成: 开式,空隙率6,混合料中小于0.5mm 的矿料颗料含量较少热稳定性较好 闭式,空隙率6,0.5mm和0.074mm 的矿料颗粒含量较多混合料致密耐久热稳定性 较差 主要结构类型:沥青混凝土、沥青碎石混合料等。 6 (2)嵌挤类沥青路面 定义:这类沥青路面使用同一粒径的矿料为主骨料, 分层撒铺嵌缝料,经碾压而形成
4、结构层。 强度和稳定性:骨料颗粒间相互嵌挤产生的内摩阻力 起主要作用,凝聚力起次要作用。 特点:热稳定性好,但空隙率大,易渗水,耐久性较 差。主要结构:沥青贯入式、沥青表面处治等。 7 按施工工艺的不同,沥青路面又可分为层铺法、路拌 法和厂拌法三类。 层铺法,采用分层洒布沥青,分层撒铺矿料和碾压方 法修筑的面层结构。 工艺设备简单,施工进度快,造价低 结构层强度形成期较长,需炎热季节行车碾压后方能成 型。 主要结构:沥青表面处治路面与沥青贯入式路面。 路拌法,采用移动式拌和机械(或人工)在现场施工, 将矿料和沥青材料就地拌和,摊铺并碾压密实成型。可采用热 油冷料或冷油冷料拌和摊铺。 沥青材料经
5、拌和后在矿料中较均匀地分布,可缩短路面 结构的成型期。 矿料为冷料,需使用粘稠度较低的沥青材料,混合料的 强度较低 主要结构:路拌沥青碎石、路拌沥青稳定土。 2)按施工工艺分类 8 厂拌法,采用具有一定级配的矿料和沥青材料,经工厂 专用设备加热拌和后,运送至工地摊铺碾压成形。 特点:拌和均匀性好,使用较粘稠的沥青和较高强度的 石料,强度高耐久性好,使用寿命长,但初期投资较高。 按矿料分类: 沥青碎石混合料:不含或少含矿粉,混合料为开级配, 空隙率可达10以上; 沥青混凝土:矿料中含有矿粉,混合料按最佳级配原则 配制。 按混合料铺筑时温度分: 热拌热铺:混合料在专用设备加热拌和后立即趁热运 到路
6、上摊铺压实摊铺及压实时均需保持一定的温度 热拌冷铺:混合料加热拌和冷却至常温后再摊铺压实 9 根据沥青路面的技术特性,沥青面层可分为沥青混凝 土、热拌沥青碎石、乳化沥青碎石混合料、沥青贯入式、沥青 表面处治五种类型。 此外,沥青玛蹄脂碎石近年在许多国家也得到广泛应 用。 3)按沥青路面的技术特性 10 定义:用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚度 不超过3cm的沥青路面先铺沥青,再铺集料。 沥青表面处治的厚度一般为1.53.0cm。层铺法可分为 单层(1.01.5cm)、双层(1.52.5cm) 、三层 (2.53.0cm) 特点: 表面处治,特别是单层表面处治,因层厚较薄,对路面结 构的
7、整体强度和刚度提高不多,在结构分析时不计入; 强度形成:嵌挤原则(集料尺寸均匀;沥青一定稠度 防止集料松散) 施工完毕后有一“成型”阶段; 作用:防水层、磨耗层、防滑层、低级路面改善路用品 质 适用:沥青表面处治适用于三级、四级公路的面层、旧 沥青面层上加铺罩面或抗滑层、磨耗层等。 A)沥青表面处治 11 定义:用沥青贯入碎/砾石作面层的路面。即先铺一层均 匀尺寸的集料适当碾压,贯入沥青一层均匀尺寸集料适 当碾压,贯入沥青碾压形成一层类似于表面处治的结构 。 深贯入:68cm; 浅贯入:45cm; 上拌下贯:沥青贯入式的上部加铺拌和的沥青混合料 拌和层34cm,总厚度710cm。 特点: 强度
8、形成:嵌挤原则,沥青-粘结碎石,稳定碎石位置; 强度取决于摩阻力,温度稳定性好; 施工简单,对碎石质量与施工经验有较高要求; 适用:二级及二级以下公路的沥青面层,也可做其它沥 青面层下的基层,消除缓和反射裂缝的影响。 B)沥青贯入式与表面处治区别 12 定义:碎石同沥青相拌和后构成的一种沥青面层或基层 ;因目前大多数采用具有一定级配的碎石,又称沥青碎石混合 料。 分类:粗粒式,中粒式,细粒式(25,1613, 1013) 特点: 细料少,空隙大,属嵌挤型结构热稳定性好,低温下有 一定塑性,不易开裂基层消除缓和反射裂缝; 沥青用量少,石料要求范围宽; 透水性大,强度与耐久性不够; 适用:基层、联
9、结层,一般道路上双层式沥青混凝土路 面的下层。 与沥青混凝土的区别: 空隙大:1015% 细料含量少:不掺或少掺矿粉,混合料为开级配。 C)沥青碎石路面 13 定义:由掺入矿粉,具有良好级配的集料同沥青均匀拌 和后铺筑而成的一种密实型结构层作面层的路面。单层/双层/ 三层 特点: 粘结力大,构成强度主体温度稳定性差; 结构强度高; 空隙率小,受水、空气侵蚀作用小,寿命长。 适用:高等级公路面层。 D)沥青混凝土路面 14 定义:通过机械搅拌与化学稳定的方法,将两种不相溶 的物质-水与沥青混合,将沥青扩散到水中液化成常温下粘度很 低、流动性好的道路建筑材料,将其与碎石混合。 特点: 储存稳定 流
10、动性好,粘度低,常温使用,使用方便; 可与冷的潮湿石料一起使用,施工方便; 避免高温操作与有害排放,方便、安全、环保; 煤油、汽油含量少(02%与50%),节能; 水份排除还原为连续沥青-破乳凝固强度。 适用:主要用于道路的升级与养护。 独特应用:冷拌料,稀浆封层。 E)乳化沥青碎石混合料 15 10.1.3 沥青路面施工技术分区 沥青路面施工时,应根据道路所在地的气候特点进行 施工组织设计,选择沥青强度等级及沥青混合料类型。 根据气温的不同,我国沥青路面气候分区分为寒区(0) ,同一省区的气候条 件不一致时,可按最低月平均气温确定气候分区。 对于沥青路面的水稳定性、抗滑性能等与路面潮湿情 况
11、有关的技术要求,应根据道路所在地的降雨量及降雨天 数确定。 年降雨量1000mm,多雨潮湿地区 年降雨量500mm,少雨干旱地区 年降雨量5001000mm,路面潮湿情况视年降雨天数 确定。 16 1)依据: 任务要求:道路的等级、交通量、使用年限、修建费用等 ; 工程特点:施工季节、施工期限、基层状况等; 材料供应情况、施工机具、劳力和施工技术条件等; 2)路面类型的选择:见下表 3)注意事项: 施工季节:温暖干燥的气候条件下施工; 热拌热铺类:气候对其影响较小,仅要求在晴朗天气和气 温不低于5C时施工; 施工气温较低:应选用热拌冷铺法施工; 沥青类路面一般不宜铺筑在纵坡大于6%的路段上(抗
12、滑 性) 纵坡大于3%的路段,宜采用粗粒式的沥青碎石或粗粒式 的沥青表面处治(抗滑性)。 10.1.4 沥青路面类型选择 17 公路等 级 路面等 级 面层类型 设计 年 限 (年) 设计年限 内累计 标准轴 次 (万次/一 车道) 高速公 路一 级公 路 高级路 面 沥青混凝土 沥青玛蹄脂碎 石 20400 二级公 路 高级路 面 沥青混凝土15200 次高级 路面 热拌沥青碎石 混合料、沥 青贯入式 10100200 三级公 路 次高级 路面 乳化沥青碎石 混合料、沥 青表面处治 1010100 四级公 路 中级路 面 水结碎石、泥 结碎石、级 配碎(砾) 石、半整齐 石块路面 10 10
13、 低级路 面 粒料改善土10 18 10.2沥青混合料的技术性能 10.2.1 高温稳定性 1)温度对沥青混合料的影响:强度与抗变形能力随温度 变化 2)破坏型式: 裂缝:剪切变形,水平力 松散剥落:面层薄或面层基层粘结力差 车辙:面层厚或面层基层粘结力强 表面磨光 3)影响因素:沥青和矿料的性质,其相互作用的特性, 矿料的级配组成; 4)提高高温稳定性措施: 提高内摩阻力:增加粗矿料含量,或限制剩余空隙率 提高粘结力:提高沥青材料粘稠度;控制沥青与矿粉 的比值;严格控制沥青用量;采用活性矿粉;采用改性沥青 ; 19 5)动稳定度: A)车辙:路面结构及土基在行车荷载作用下的补充压实 ,以及结
14、构层中材料的侧向位移产生的累积永久变形高级 沥青路面的主要破坏型式; B)影响因素:沥青的软化点、60的粘度、沥青混合 料的动稳定度; C)车辙试验与动稳定度: 车辙试验:在规定尺寸的板块状压实沥青混合料试件上 ,用固定荷载(标准轴载)的橡胶轮反复行走后,测定其在 变形稳定期每增加变形1mm的碾压次数,即动稳定度,用“ 次/mm”表示。 试件大小:30030050mm/ 30015050(现场切 割) 试验温度:60/45 ,轮压:0.7MPa, 时间原则:试验开始后4560min之间。 特点:密级配开级配;沥青用量动稳定度;试验温 度动稳定度。 20 10.2.2 低温抗裂性 1)低温抗裂性
15、:低温时,温度强度劲度抗变形能力 2)破坏型式: 温度降低 温度梯度路面表面开裂裂缝; 路基或基层收缩与冰冻共同作用裂缝基层面层 ; 收缩主轴为纵向产生横向裂 缝。 3)影响因素: 沥青的性质、当地的气温状况、沥青老化程度、路基 的种类、路面层次的厚度、面层与基层的粘着状况、基层所 用材料的特性、行车的状况等。 4)措施: 使用稠度较低、温度敏感性低的沥青; 增加沥青面层的厚度减少/延缓不能根除; 应力吸收层提高抗拉强度,减少温度影响;防止反射 开裂 21 10.2.3 抗滑性 1)抗滑性:抗滑能力行车安全性 2)措施: 表面粗糙,坚硬耐磨的集料; 粗集料的含量:多摩阻系数随车速下降慢;少较大
16、 摩阻系数; 沥青含量严格控制:多集料下沉,沥青溢出,形成光 面;少集料易松散。 22 10.2.4 耐久性 1)耐久性:沥青混合料抵抗风化和磨耗的能力。 2)病害表现: 沥青加工/使用过程中出现的老化/硬化性质变脆易 开裂 集料在轮载作用下被压碎,或冻融作用下崩解出现磨 损或级配退化; 在水的作用下,沥青同集料间的粘结力降低剥落。 3)措施: 选择耐久性好的沥青和集料; 控制混合料拌和温度; 减少混合料的空隙,使之不透水/汽/水汽; 添加外掺剂,改善沥青同集料的粘结性。 23 10.3 沥青路面的基本特征 10.3.1 沥青材料的性能对沥青路面特征的影响 较高的粘性:能把具有一定级配的松散矿料粘结成整体 ,提高了路面结构层的整