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1、课题 5.1 沥 青 路 面,沥 青 路 面 分 类,沥青混凝土组成特点是：级配要求严格、使用矿粉（填料）较多、拌和要求严格（厂拌）。其级配有连续级配、间断级配之分，近年来沥青路面中出现了许多新的结构形式：如SMA、OGFC、SUPERPAVE等。本课程主要介绍常规沥青混合料的性能、结构、强度特性和配合比设计等。,沥青表处和沥青贯入式：属于次高级路面，矿料级配没有严格要求，一般以现场进行矿料摊铺并洒热沥青后进行碾压成型的,沥青碎石属于次高级路面：有厂拌和路拌之分，前者质量与性能稳定。沥青碎石中矿料级配有一定要求，但没有沥青混凝土的严格，其中没有或较少使用矿粉，孔隙率较大。,一、概述,1.沥青路
2、面的分类和优缺点,沥青路面：所有以沥青结合料来粘结矿料铺筑而成的不同路面结构，均为沥青路面。,沥青路面的优缺点 主要优点： 优良的结构力学性能和表面功能特性：一般沥青路面均具有良好的受力特性；路面平整、无裂缝或接缝、柔韧舒适、货物损失率低、噪音小等优点 表面抗滑性能好：沥青路面既平整、表面又粗糙，有一定的粗、细纹理构造，能保证车辆高速安全行驶 施工方便：沥青路面可以集中拌和（厂拌）、机械化施工（摊铺、碾压等），完全可以实现大面积施工，质量能够得以保障，开放交通早 经济耐久性好：与水泥路面相比，沥青路面一次性投资要低得多，但其使用寿命一般在高速公路和机场到面中以15年计，实际使用中只要施工质量好
3、、养护保养及时有的可以使用20年 便于再生利用：沥青再生利用已成为发达国家一项热门的可持续发展和能源再生利用的新型课题，我国目前也在进行这方面的研究和技术开发；可以有利于分期修建 其它，如抗震性好、日照下不反射引起眩光、晴天无扬尘、雨后不泥泞等,主要缺点：沥青易老化：沥青是多组分有机材料，随着使用期的延长，沥青的胶体结构和组成成分发生变化，使沥青粘性变差、塑性降低、沥青路面易表面松散、整体性降低，从而导致结构破坏；一般可以添加抗老化剂，如添加碳黑可以起到抗氧化的作用，增强沥青的老化特性，还有其他材料如阻酚类、氨基甲酸酯类、钙盐、胺类等，但研究不成熟。温度敏感性较差：夏季高温易流淌，高温稳定性差
4、；低温易发脆，抗裂性能差。可采用优质沥青或采取改性措施等。,老化定义？,在长期的大气因素作用下，因沥青塑性降低，脆性增强，粘聚力减小，导致路面表面产生松散，引起路面破坏。,沥青路面老化现象,夏季高温沥青易软化，路面易产生车辙、波浪；冬季低温时易脆裂，在车辆重复作用下易产生开裂。,波浪,车辙,泛油,温度稳定性差的表现：,2.沥青混合料的分类沥青混合料一般是由矿质混合料（包含粗、细集料，矿粉）和沥青组成， 有时还有外加剂，其性能好坏与其组成材料有关。通常根据沥青混合料中 材料的组成特性、施工的方式等沥青混合料有以下几种分类方法： （1）根据矿质混合料的级配类型进行划分矿料由适当比例的粗集料、细集料
5、和填料组成，根据矿料级配组成的 特点及压实后剩余空隙率的大小，可以将沥青混合料分为以下几类： 连续密级配沥青混凝土混合料 特点：级配为连续密级配，空隙率较低。 主要代表沥青混合料：AC和ATB类。前者设计空隙率通常为3%6%，具 体、应根据不同的交通类型、气候特点而定，可见P110页表3-16所示，可 适用于任何面层结构；后者设计空隙率也为3%6%，但粒径为粗粒式及特 粗式，一般称为密级配沥青稳定碎石混合料（ATB），主要适用于基层。,连续半开级配沥青混合料 特点：空隙率较大，一般采用10左右，粗细集料含量相对密级配要多，填料较少或不加填料 主要代表混合料：沥青碎石混合料AM，适用于三级及三级
6、以下公路、乡村公路，此时表面应设置致密的上封层。 开级配沥青混合料 特点：矿料级配主要由粗集料组成，细集料和填料较少；沥青结合料粘度要求较高。 主要代表混合料：排水式沥青磨耗层混合料OGFC，排水式沥青稳定碎石基层ATPB。 间断级配沥青混合料 特点：采用间断级配，即矿料级配组成中缺少一个或几个档次而形成的级配，粗集料和填料含量较多，中间集料含量较少。 代表混合料：沥青玛蹄脂SMA。,（2）按矿料的公称最大粒径分类 集料最大粒径：指筛分试验中，通过百分率为100的最小标准筛孔尺寸，如AC-16，其最大粒径为19mm； 集料公称最大粒径：指全部通过或允许少量不通过的最小一级标准筛筛孔尺寸，如AC
7、-16，其公称最大粒径为16mm，实际上沥青混合料名称中的数值即为公称最大粒径。沥青混合料一般按公称最大粒径的大小可分为特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式，与之相对应的最大粒径和公称最大粒径见表3-1所示。,（3）根据结合料的类型分类根据沥青混合料中所用沥青结合料的不同，可分为石油沥青混合料和煤沥青混合料，但煤沥青对环境污染严重，一般工程中很少采用煤沥青混合料。 （4）根据沥青混合料拌合与铺筑温度分类按照这种分类方法，可以将沥青混合料分为热拌热铺沥青混合料和常温沥青混合料。前者主要采用粘稠石油沥青作为结合料，需要将沥青与矿料在热态下拌合、热态下摊铺碾压成型；后者则采用乳化沥青、改性乳化沥青
8、或液体沥青在常温下与矿料拌合后铺筑而成的。 （5）根据强度形成原理分类沥青混合料的组成材料不同，其强度形成原理也不同，一般可以分为嵌挤原则和密实原则两大类。 按嵌挤原则构成的沥青混合料的结构强度主要是以矿料颗粒之间的嵌挤力和内摩阻力为主，以沥青结合料的粘结力为辅形成的，如沥青贯入式、沥青表处和沥青碎石等路面结构均属于此类。按密实原则构成的沥青混合料则主要是以沥青与矿料之间的粘结力为主，矿料间的嵌挤力和内摩阻力为辅，一般的沥青混凝土都属于此类。,沥青混合料主要有沥青、粗集料、细集料、矿粉填料和外加剂（如抗剥离剂、抗老化剂、聚合物改性剂等）组成。影响混合料性能的因素：矿料颗粒的大小和不同粒径的分布
9、；颗粒组成的空间位置关系；沥青的分布特征和矿料颗粒表面沥青层的性质；沥青混合料空隙率的大小；空隙的分布与空隙间的连通情况；外加剂与其他材料的配伍相容性及外加剂对沥青与矿料性能的改善情况等。本部分主要讨论沥青混合料的组成结构类型。,二、沥青混合料的组成结构,沥青混合料结构组成,沥青混合料结构类型由于材料组成分布、矿料与矿料及矿料与沥青间的相互作用、剩余空隙率的大小等不同，混合料可分为悬浮密实结构、骨架空隙结构、骨架密实结构三大类。 （1）悬浮密实结构如图所示，该结构组成的基本特点：采用连续级配，矿料颗粒连续存在，而且细集料含量较多，将较大颗粒挤开，使大颗粒不能形成骨架，而较小颗粒与沥青胶浆比较充
10、分，将空隙填充密实，使大颗粒悬浮于较小颗粒与沥青胶浆之间，形成“悬浮-密实”结构。 代表类型：按照连续密级配原理设计的AC型沥青混合料是典型的这种悬浮密实结构。 力学特点：大颗粒未形成骨架，内摩阻力值较小；小颗粒与沥青胶浆含量充分，粘结力C值较大。 路用性能特点：由于压实后密实度大，该类混合料水稳定性、低温抗裂性和耐久性较好；但其高温性能对沥青的品质依赖性较大，由于沥青粘度降低，往往导致混合料高温稳定性变差。,（2）骨架空隙结构如图所示，该结构组成的基本特点：采用连续开级配，粗集料含量高，彼此相互接触形成骨架；但细集料含量很少，不能充分填充粗集料件的空隙，形成所谓的“骨架-空隙”结构。 代表类
11、型：沥青碎石AM和开级配磨耗层沥青混合料OGFC等。 力学特点：大颗粒形成骨架，内摩阻力值较大；小颗粒与沥青胶浆含量不充分，粘结力C值较低。 路用性能特点：粗集料的骨架作用，使之高温稳定性好；由于细集料含量少，空隙未能充分填充，耐水害、抗疲劳和耐久性能较差，所以一般要求采用高粘稠沥青，以防止沥青老化和剥落。,（3）骨架密实结构如图所示，其结构组成特点：采用间断级配，粗、细集料含量较高，中间料含量很少，使得粗集料能形成骨架，细集料和沥青胶浆又能充分填充骨架间的空隙，形成“骨架-密实”结构。 代表类型：沥青玛蹄脂碎石混合料SMA。 力学性能特点：粗集料的骨架作用，内摩阻力值较大；小颗粒与沥青胶浆含
12、量充分，粘结力C值也较大，综合力学性能较优。 路用性能特点：该类混合料高低温性能均较好，具有较强的疲劳耐久特性；但间断级配在施工拌合过程中易产生离析现象，施工质量难以保证，使得混合料很难形成“骨架-密实”结构。随着施工技术的发展，这类结构得以普遍使用，但一定防止混合料拌合生产、运输和摊铺等施工过程中防止混合料产生离析。,力学特性 沥青混合料一般抗压强度较高，抗剪、抗弯拉强度较低，因此路面的损坏。往往是从拉裂或滑移开始而逐渐扩展。,1、抗剪强度 取决于两个基本参数：材料内摩阻力与粘结力。 内摩阻力： 矿料尺寸，形状，粗糙程度，矿料组成（尺寸大，表面棱角多，颗粒均匀矿料）。 沥青含量过多，沥青裹附
13、矿料过厚，摩阻降低。粘结力：取决于沥青与矿料相互作用 沥青粘滞度越高，粘结力越大。 矿料比表面积越大，沥青膜越薄，粘结力越大。 沥青活性高，矿料对沥青亲和性好，吸附作用强。 碱性石料粘附作用强（酸性石料强度高，耐磨）。 混合料中有水份吸附在矿料表面，粘结力低。 温度越高，粘结力越低。,2抗拉强度在气候较寒冷地区，冬季气温下降，特别是急骤降温时，沥青混合料发生收缩受阻，就会产生拉应力，该应力超过沥青混合料的抗拉强度时，路面就会产生开裂。沥青混合料的抗拉强度，可用直接拉伸试验和间接拉伸劈裂试验来测定。,沥青混合料在低温下的抗拉强度同沥青的性质、沥青含量、矿质混合料的级配、测试时的温度等因素有关。试
14、验表明，沥青的粘滞度大，或沥青含量较大，沥青混合料就会具有较高的抗拉强度。密级配沥青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。,3抗弯拉强度沥青类路面在行车重复荷载作用下往往因路面弯曲而产生开裂破坏。沥青混合料的抗弯拉强度可通过试验室内制作梁式试件，然后按简支梁受力情况进行测定。,沥青混合料的抗弯拉强度为：,沥青混合料的抗弯拉强度，取决于所用材料的性质(如沥青的性质、沥青的用量、集料的性质、混合料的级配与拌和质量等)及结构破坏过程的加荷状况(如重复次数、应力增长速度等)。此外，温度状况对抗弯拉强度也有很大影响。,沥青混合料技术性质,高温稳定性 车辙、拥包、
15、推挤 低温抗裂性 低温开裂 水稳定性 水损坏（坑槽、松散） 耐疲劳性能 疲劳裂缝（网裂） ,原材料性能,混合料性能,路面性能,温度稳定性,（一）高温稳定性随温度升高，沥青的粘滞度降低，集料之间的粘结力消弱，从而导致强度成倍的降低。高等级渠化沥青路面最常见病害：车辙。高温稳定性指夏季高温（60）条件下行车荷载长期反复作用后不产生车辙波浪的性能。,高温稳定性破坏,沥青混合料的高温稳定性,上海地区的沥青路面年变温和日变温曲线,沥青混凝土抗压强度随温度的变化,影响高温稳定性的因素,评定高温稳定性的方法：,1、马歇尔稳定度 稳定度MS（KN）：标准试件、规定温度（60）及加荷速度在马歇尔仪中最大破坏荷载
16、。 流值FL（0.1mm）：达到最大破坏荷载时试件垂直变形。 2、车辙试验（动稳定度）标准成型30030050mm沥青混合料试件。60下以固定荷载的橡胶轮在同一轨迹上做一定次数反复行车，计算变形1mm所需车轮行走次数。上、中面层 高速公路800次/1mm一级公路600次/1mm,高温稳定性提高方法： 增加粗集料含量； 沥青粘稠度高，控制沥青用量； 采用具有活性的矿粉，改善相互作用，提高粘结力； 使用改性沥青； 减薄沥青面层，以减小车辙深度。,低温稳定性（未列入标准）,沥青路面的低温缩裂大致可分为两类：一类是温度下降而造成的路面开裂，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；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。由于路面收缩的主轴是纵向的，因此，低温产生的裂缝大多是横向的，且几乎是6ml0m的等距离间隔，裂缝的出现往往就是沥青路面损坏的开始。随着低温循环的影响，裂缝将会进一步扩展，导致路面工作状况恶化。,
