第十一章沥青路面

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1、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 1 第十一章 沥青路面 第一节 概述 u沥青路面的基本特性 定义 在柔性基层 半刚性基层上 铺筑一定厚度的沥青混 合料面层的路面结构 优缺点 与普通水泥混凝土路面相比 优点 平整无接缝 结构柔 振动小 噪音低 行车较舒适 施工 成型快 周期短 维修方便 缺点 因其抗弯拉强度低 相对于水泥混凝土 要求其基 层应具有足够的强度和水稳性 沥青路面温度稳定性较差 夏天易出现车辙 推移 波浪等破坏 低温时 沥青材料变脆而导致路面开裂 透水性小 使土基和基层的水分难以排出 在潮湿路 段易发生土基和基层变软而导致路面破坏 受施工季节和气候的影响较大 u沥

2、青路面分类 密实类 按强度构成原理 嵌挤类 采用颗粒尺寸较为均一的矿料 路面的强度和 稳定性主要依靠骨料颗粒之间相互嵌挤所产生 的内摩擦力 粘聚力起次要作用 特点 按嵌挤原则修筑的沥青路面 其热稳定 性较好 但因空隙率较大 易渗水 因而耐久 性较差 按最大密实原则设计 其强度和稳定性主 要取决于混合料的粘聚力和内摩擦力 按施工工艺的不同 层铺法 分层洒布沥青 分层铺撒矿料和碾压的方法修筑 优点 工艺和设备简便 功率较高 施工进度快 造 价较低 缺点 路面成型期较长 需要经过炎热季节行车碾压之后 路面方能成型 类型 沥青表面处治和沥青贯入式 厂拌法 一定级配的矿料和沥青材料在工厂用专用设备 加热

3、拌和 然后送到工地摊铺碾压而成的沥青路面 路拌法 在路上用机械将矿料和沥青材料就地拌和摊铺和 碾压密实而成的沥青面层 优点 就地拌和 沥青材料在矿料中分布比层铺法均匀 可以缩短路面的成型期 缺点 需使用粘稠度较低的沥青材料 故混合料的强度 较低 该法正逐步被淘汰 优点 混合料质量高 使用寿命长 缺点 修建费用高 按沥青路面的技术特性 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3cm的沥青路面 层铺法可分为单层 双层 三层 单层表面处治的厚度为 1 0 1 5cm 双层厚度为1 5 2 5cm 三层厚度为 2 5 3 0cm 适用条件 适用于三级及三级以下公路的面层 各级施工便

4、 道以及在旧路面层上加铺罩面层或抗滑层或磨耗层等 沥青贯入 用沥青和集料按层铺法铺筑而成 厚度一般为4 8 cm的沥青路面 特点 是一种多孔的结构 它的强度主要依靠碎石之间的 嵌挤作用 沥青只起粘结碎石的作用 优点 具有强度高 稳定性好 施工简便和不易产生裂缝 温度稳定性较好 抗滑性也好 缺点 强度不够均匀 耐久性差 热拌沥青碎石 以沥青和嵌挤结构集料热拌铺筑的路面 乳化沥青碎石 常温状态下拌和而成 压实后剩余孔隙率 在10 以上的常温沥青混合料 优点 热稳定性较好 抗滑性高 低温不易开裂 缺点 透水性大 强度与耐久性 差 适用条件 三级及三级以下公路的沥青面层 二级公 路的罩面层施工 以及各

5、级道路沥青路面的联接层或 整平层 沥青混凝土 以沥青和密实结构集料热拌铺筑而成的路面 沥青玛蹄脂碎石路面 是一种以沥青 矿粉及纤维稳定剂 组成的沥青玛蹄脂碎石结合料 填充于间断级配的矿料骨 架中 所形成的沥青混合料 经拌和 摊铺 压实而成的 一种构造深度较大的抗滑面层 适用条件 沥青混凝土适用于高速公路和一级公路沥青面 层的上面层及下面层 优点 承受繁重交通 耐久性好 使用寿命长 缺点 热稳定性就较差 抗滑性也不好 优点 抗滑耐磨 孔隙率小 抗疲劳 高温抗车辙 低温 抗开裂 适用条件 高速公路 一级公路和其它重要公路的表面层 其厚度宜为3 5 4cm u沥青路面类型的选择 选择依据 任务要求

6、道路的等级 交通量 使用年限 修建费用 和 工程特点 施工季节 施工期限 基层状况等 考虑材料供应情况 施工机具 劳力和施工技术条件等因素 第二节 沥青路面的强度及稳定性 表征沥青混合料力学强度的参数有 抗压强度 抗剪强度和抗 拉 包括抗弯拉 强度 一般沥青混合料均具有较高的抗压强度 而抗剪和抗拉强度则 较低 因此 沥青路面的损坏 往往是由拉裂或滑移开始而逐 渐扩展 u沥青混合料的强度特性 沥青混合料的抗剪强度主要取决于沥青与矿料相互作用而产生 的粘结力 以及矿料在沥青混合料中相互嵌挤而产生的内摩 阻力 粘结力取决于 沥青的粘滞度 沥青含量与矿粉含量的比值 以及沥青与集料相互作用的特性 沥青的

7、粘滞度越高 粘结力就越大 沥青含量增加 粘结力下降 矿料颗粒越小 比面积越大 包覆矿料的沥青膜越薄 粘结 力就越大 沥青的表面活性越强 矿料对沥青的亲和性越好 吸附作用 就越强烈 粘结力就越大 碱性的矿料与沥青粘结时 粘结力较高 抗剪强度 内摩阻力取决于 矿料的级配 颗粒的形状和表面特性 随着颗粒尺寸的增大 内摩阻力也就增大 颗粒表面粗糙 棱角尖锐的混合料 由于颗粒相互嵌紧 其 内摩阻力要比圆滑颗粒的混合料大得多 沥青含量过多时 内摩阻力显著降低 冬季气温下降 特别是急骤降温时 沥青混合料发生收缩 如果收缩受阻 就会产生拉应力 该应力超过沥青混合料的 抗拉强度 路面就会产生开裂 影响因素 沥青

8、的性质 沥青含量 矿质混合料的级配 测试 时的温度 沥青的粘滞度大 或沥青含量较大 沥青混合料具有较高的 抗拉强度 密级配混合料的抗拉强度较开级配混合料高 在低温下沥青混合料的抗拉强度随温度降低而提高 形成一 个峰值 脆化点 低于脆化点后则强度下降 抗拉强度 沥青混合料在行车重复荷载作用下 往往因路面弯曲而产生开 裂破坏 影响因素 取决于所用材料的性质 沥青的性质 沥青的用量 矿料的性 质 混合料的均匀性 及结构破坏过程的加荷状况 重复次 数 应力增长速度等 计算时期的温度状况 抗弯拉强度 应力应变特性与荷载大小 作用时间 材料温度有关 评价指标 劲度模量 定义 材料在给定的荷载作用时间和温度

9、条件下应力与总应变 的比值 应力应变特性 疲劳特性 疲劳破坏 路面材料在低于极限抗拉强度下经受重复拉 应力或拉应变而最终导致破坏 称为疲劳破坏 疲劳寿命 导致路面材料最终破坏 即开始疲劳开裂 的荷载作用次数 称为疲劳寿命 影响因素 材料的性质 矿料种类 集料级配 沥青种类和用量 环境因素 温度 湿度 混合料的压实程度和空隙率等 沥青混合料的劲度 加荷方式 试验的温度 加荷速度和应力级 评价指标 动稳定度 弯拉弯拉 疲劳疲劳 剪切剪切 疲劳疲劳 沥青混合料在高温季节在车辆荷载作用下抵抗变形的能力 u沥青路面的温度稳定性 温度 平均抗压强度 MPa 501 0 2 0 202 5 5 0 08 0

10、 13 0 1010 0 17 0 3518 0 30 0 沥青混凝土抗压强度随温度的变化 高温稳定性 图表显示 沥青混合料的强度随温度的升降而产生 变化 温度升高时 沥青的粘滞度降低 矿料之间的粘结力削弱 导致强度降低 温度降低时恰好相反 强度随温度而变化的幅度很大 相 差几倍甚至几十倍 在较大水平作用力 0 6 0 8MPa 的反复作用下 若沥青 混合料的高温稳定性不足 路面就会产生较大的剪切变形 因此提高沥青混合料在高温下的抗剪切能力 就是提高 其温度稳定性 现象 车辙 推挤 拥抱 泛油 路面沿基层滑动 剪切变形 Z一种是面层很薄 或者面 层与基层之间的粘结力很差 时 面层将沿着基层顶面

11、滑 动 如图a 所示 剪切变形 Z另一种是面层很厚 或者 面层与基层之间的粘结力很 大时 则整个面层内部发生 推挤移动 如图b所示 路面内部上下各层相互滑动推挤 试验方法 马歇尔稳定度 无侧限抗压强度 车辙试验等试验方法 车辙 是路面结构及土基在行车荷载作用下的补充压 实 以及结构层中材料的侧向位移产生的累积永久变形 这种变形出现在行车轮带处 即形成路面的纵向带状凹 陷 车辙是高级沥青路面的主要破坏型式 沥青混凝土的热稳性主要表现在夏季路面是否在车辆荷 载的作用下逐渐形成车辙 车辙试验 是在规定尺寸的板块状压实沥青混合料试 件上 用固定荷载的橡胶轮反复行走后 测定其在变形稳 定期每增加变形1m

12、m的碾压次数 即动稳定度 以次 mm表 示 车辙试验的试验温度与轮压是动稳定度的重要试验影响 因素 一般情况下 试验温度为60 轮压为0 7MPa 在 寒冷地区也可采用45 或其它温度 计算动稳定度的时间原则上为试验开始后45 60min之间 轮碾成型机碾压成型的试件尺寸为300mm 宽300mm 厚 50mm 也可用现场切割制作长300mm 宽150mm 厚50mm的 板块状试件 研究表明 处于45 以上的沥青嗄面受交通荷载的作用 最易造成较大的车辙 车辙的年增加量与沥青的软化点 60 的粘度 沥青混合料的动稳定度有很显著的相关性 影响车辙的因素 沥青混合料的抗剪切强度 车辆荷载 和外界环境

13、因素的影响 路面结构的组合等 抗剪切强度取决于沥青混合料的粘结力和内摩擦角 影响粘结力因素 沥青的稠度和性质 沥青和矿粉比例 及其间的相互作用能力 影响摩擦角的因素 矿料的性质 级配等 影响因素因素变化车辙深度 集料表面纹理光滑 粗糙减小 形状圆角 砾减小 尺寸最大粒径增加减小 结合料劲度增加减小 用量增加增加 粘度增加减小 混合料空隙率增加增加 VMA增加增加 荷载大小增加增加 作用次数增加增加 环境 条件 温度增加增加 湿度增加一般增加 影响高温稳定性的因素 采取措施 在混合料中增加粗矿料含量 或限制剩余空隙率 使粗矿 料形成空间骨架结构 就能提高混合料的内摩阻力 适当地提高沥青材料的粘稠

14、度 控制沥青与矿粉的比值 严 格控制沥青用量 采用具有活性的矿粉 以改善沥青与矿粉 的相互作用 就能提高混合料的粘结力 在沥青混合料中使用掺入聚合物 如天然橡胶 合成橡胶 聚异丁烯 聚乙烯等 改性的沥青 也能取得比较满意的效 果 尽量采用具有一定粗糙度的机制砂作为细集料 在保证混合料中碎石不被压坏的条件下 采用较高的压实度 使用SMA级配类型 低温缩裂类型 一类是温度下降而造成路面的开裂 它与沥青混合料的体积 收缩有关 这种裂缝是由表面开始发裂而逐渐发展成为裂缝 裂缝一般为等间距 另一类是属于路基或基层收缩与冰冻共同作用而产生的裂缝 这类裂缝是从基层开始逐渐反映到沥青面层开裂 主要形式 由于气

15、温骤降造成面层温度收缩 在有约束的沥青面层内产 生的温度应力超过沥青混合料的抗拉强度而形成的低温开裂 由于一年四季气候的变化 使沥青面层产生温度劈裂裂缝 低温稳定性 反射裂缝 影响低温开裂的因素 混合料的沥青含量 混合料的剩余空隙率 混合料的级配与矿料品种 混合料中沥青的性质 沥青低温延度及针入度越大 其开裂温度就越低 其中低温 延度比针入度对开裂温度的影响更为显著 在马歇尔实验最佳用量 1 0 5 范围内 不明显影响路面的 横缝产生频率 剩余空隙率越大 沥青混合料的劲度越小 低温收缩越小 连续 密实的级配低温开例较小 矿料品种对低温开例影响不 明显 沥青面层相同情况下 在沙土路基上的沥青路面

16、的裂缝比粘土 路基上的沥青路面的裂缝要密 基础情况 收缩明显的半刚性基层常常使沥青面层产生较多的低温裂缝和 反射裂缝 基层情况 沥青层的厚度 较厚的沥青层能限制和约束收缩裂纹的发展 采取措施 使用稠度较低 温度敏感性低的沥青 可以减少或延缓路面 的开裂 沥青材料的老化 对低温更为敏感 使路面产生开裂的可能 性增大 增加沥青面层的厚度可以减少或延缓路面的开裂 但是不能 根除 加入改性剂 用SMA级配类型 检验水稳定性条件 高速公路 一级公路 二级公路的沥青混 凝土 试验方法 浸水马歇尔试验和沥青与矿料的粘附性试验 对年最低气温低于 21 5 的寒冷地区 应增加沥青混合料冻 融劈裂残留强度试验 试验步骤 用两面击实50次的马歇尔试件 在常温下浸水 20min 0 09Mpa浸入 抽真空15min后 在 18 冰箱中冷 冻16h 在60 水浴中放置24h完成一次冻融循环 再在25 水中浸泡2h后测试劈裂强度比 改善水稳定性的措施 使用水泥或消石灰处理集料表面 加入 抗剥落剂 水稳定性 坑槽 混合料松散 基层翻浆 下层排水情况 影响因素 混合料中矿料与沥青的粘附性 混合料空隙率 第三节 沥青路