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1、沥青类路面的施工工艺及质量控制 沥青类路面基本特性及分类等 沥青混合料的力学性质 沥青路面的稳定性与耐久性 沥青类路面对材料的基本要求 沥青混合料技术性质与组成设计 沥青类路面的施工工艺及质量控制 第一节 概 述 一、沥青路面（Asphlat pavement）基本特性 定义：通过各种方式将沥青材料用作矿料的结合料， 经铺筑后形成路面面层并与其他各类基层和垫层共同组 成的路面结构。 优缺点（与普通水泥混凝土路面相比）： 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。 强度和稳定性受基层、土基影响较大；沥青混合料 力学性能受温度影响大； 二、沥青路面的损坏类
2、型及成因 1、裂缝 纵向裂缝 longitudinal cracking 二、沥青路面的损坏类型及成因 2、车辙 定义：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。车 辙是高级沥青路面的主要破坏型式。 原因：渠化交通；沥青混合料高温塑性变形累积；结构 层材料的变形累积。对于半刚性基层沥青路面，车辙主 要发生在面层内。 3、松散剥落 定义：沥青从矿料表面脱落，荷载作用下面层呈现松 散现象，继而将出现坑槽破坏。 原因：沥青与矿料黏附性差（沥青粘性差、石料潮湿 等）；沥青在施工中过度加热老化；水的作用。 4、表面磨光 定义：沥青路面在使用过程中，集料表面
3、被逐渐磨光 ，同时伴随沥青泛出，使得沥青面层表面光滑。 原因：集料软弱，宏观纹理和微观构造小；级配不当 ，粗料少，细料多；用油量偏大；沥青稠度太低等。 拥包、表面推移 纵横向裂缝 坑洞 沉陷 表面泛油 表面离析 5、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。 6、沥青路面使用性能的气候分区 分区目的： 全国各地区气候条件差异很大，对沥青提出的要求也 不尽相同，为保证沥青路面对气候的适应性，提出了 沥青及
4、沥青路面的气候分区。 分区方法： 根据高温-低温-雨量三个主要因素的30年气象统计 资料来划分。即： （1）沥青路面分区：高、低温指标及降雨指标 （2）沥青及沥青混合料分区：高、低温及降雨指 标 分区指标： 高温指标： 最近30年设计周期的最热月的平均 日最高温度的平均值。 低温指标： 最近30年的极端最低气温的最小值 降雨指标： 最近30年的年平均降雨量的平 均值 五、沥青路面分类 1、按强度构成原理 分： u密实类 (dense grading)(grading) 按最大密实原则设计矿料级配，其强度和稳定性主要 取决于粘聚力和内摩阻 力，按空隙率大小，分闭式（ 6%），主要区别是 0.5
5、和0.074 mm 之 间颗粒含量不同，闭式多而开式少。 前者热稳定性比后者稍差，但水稳性好、耐久性好。 u嵌挤类 (interlock)(interlock) 采用粒径较单一的矿料，强度主要来源是内摩阻力， 粘聚力次要。 各自优点 密实类：耐久性好，热稳定性差； 嵌挤类：热稳定性好，孔隙率大、耐久性差； 2、按施工工艺分： u层铺法 沥青表处和沥青贯入式 分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑面层。 优点：工艺设备简便、功效较高、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才能成型 ； u路拌法 路拌沥青碎石和路拌沥青稳定土 在路上用机械将矿料和沥青材料就地拌和
6、摊铺和碾压密实而 成的沥青面层。 优点：沥青材料分布相对均匀，成型期缩短； 缺点：冷料拌和，强度低； u厂拌法 沥青碎石和沥青混凝土 一定级配的矿料和沥青材料在工厂用专用设备加热拌和，然 后送到工 地摊铺碾压而成的沥青路面。分热拌热铺、热拌冷铺 ，区别在于摊铺 时的混合料温度。 优点：矿料精选、高性能沥青、热拌均匀、混合料质量高。 价格上从低到高，性能上从低到高，成型时间上从长到短，沥 青粘稠 度上从低到高。 3、按沥青路面技术特点分： 沥青混凝土（ Asphalt concrete concrete） 热拌沥青碎石（ Asphalt macadam macadam） 乳化沥青碎石（ Emul
7、sion asphalt macadam) 沥青贯入式 沥青表面处治 (Asphalt surfacing ) 沥青玛碲脂碎石 SMA （Stone mastic asphalt asphalt）等。 沥青路面类型选择 沥青路面的类型， 一方面要根据任务 要求（道路的等级 、交通量、使用年 限、修建费用等） 和工程特点（施工 季节、施工期限、 基层状况等），另 一方面还应考虑材 料供应情况、施工 机具、劳力和施工 技术条件等因素。 沥青路面的选择与应用 表面层应具有良好的表面功能、密水、耐久、抗车辙、抗裂，潮湿 区和湿润区（尤其纵坡较大路段）的上面层应符合抗滑要求，在寒冷地区 的表面层应考虑低
8、温抗裂性能的要求。 三层式面层的中面层或双层式面层的下面层应重点满足混合料的高温 抗车辙性能。下面层应在满足高温抗车辙性能的基础上，重点考虑抗疲劳 性能及抗裂性能的要求。 除排水式沥青混合料外，每一层都应该考虑密水性，当上层属渗水性 结构层时，层间或下层应采取防渗水或排水措施。 沥青面层集料的最大粒径宜从上至下逐渐增大，并应与设计厚度相匹 配。除人行道路外，沥青层的压实厚度不宜小于集料最大粒径的2倍。对 于高速公路和一级公路，密级配沥青混合料的层厚不宜小于公称最大粒径 的3倍，SMA等嵌挤型混合料的层厚不宜小于公称最大粒径的2.5倍，以减 少离析，便于施工和压实。 第二节 沥青路面材料的结构与
9、力学特性 一、沥青混合料的结构 沥青混合料是一种由集料、沥青和空气组成的三相 空间网络体系。 视容重： 真容重： 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。 施工时的视密度 a可钻孔取芯试 验实测，真密度c可计算： 二、沥青混合料的力学特性 沥青混合料是一种由集料、沥青和空气组成的三相空 间网络体系。其强度取决于集料颗粒间的摩擦力和嵌挤 力、沥青胶结料的粘结性以及沥青与集料之间的粘附性 。 因此，集料的类型、空间布型以及胶结料的类型、用 量、与集料的粘附程度影响着沥青混合料的力学特性。 分为：密实类沥青混合料、嵌挤类沥青混合料 Suspending-dense
10、Skeleton-voidSkeleton-dense 沥青混合料的组成结构 密实悬浮结构 骨架空隙结构 密实骨架结构 沥青混合料强度构成原理摩尔库仑理论（Mohr-Coulomb theory） 主要参数：粘结力C（cohesion）和内摩擦角（inner friction angle） 如何求沥青混合料的粘结力C和内摩擦角？ u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。
11、u无侧限抗压试验及抗拉强度（间接抗拉）试验换算： 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，试件高与直径比大于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 101.60.25mm、高63.5 1.3mm（马歇尔试件），或从轮 碾机成型的板块试件，或从道路现场钻取直径1002或 1502.5mm，高为405mm的圆柱体试件。 无侧限抗压试验及抗拉强度试验换算： u直剪试验确定： 三、沥青混合料粘弹性性质与力学模型 沥青混合料是一种弹粘塑性材料，不同外部条件下 ，表现出不同的性质。 低温小变形时：线弹性性质 高温大变形时：粘塑性性质 过渡
12、范围内：粘弹性性质 1、粘弹性材料的基本性质 应力应变关系的曲线性及不可逆性； 对加载速度（时间效应）和试验温度（温度效应）的依 赖性，服从时间温度换算法则； 具有十分明显的蠕变与应力松弛特性； 线粘弹性材料服从Boltzmann线性叠加原理和复数模量原 理； u蠕变 定义： 材料在固定应力作用下，变形随时间而发展的过程。 这一过程在应力不变 情况下，取决于其作用时间。 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，时间较短 主要表现为粘弹性性质，应力施加后，瞬
13、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 形是粘弹性变形（滞后弹性变形）； 应力大，时间长 主要表现为塑性性质，除包含粘弹性性质外，还有较大一部 分变形无法恢复，称 为塑性变形。 注意： 沥青混合料实际变形都包含弹粘塑性三种，根据应力大小 和作用时间 不同而表现出以各种性质为主的特点。 u应力松弛 定义：变形物体在保持恒定应变情况下，所需施加的应 力随时间而减小的现象。应力降低到初始数值（初始应力值 的 1/n ）的时间，称为松弛时间。 t (松弛时间） =（粘滞度）/E（弹性模量） 沥青混合料呈现的主要是弹
14、性或粘塑性，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，粘塑性为主； 作用时间松弛时间，弹、粘、塑性。 冬季气温低，沥青混合料粘滞度高，松弛时间长，显 示弹性性质；夏季粘滞度低，松弛时间大大降低，则为 弹、粘、塑性，取决于作用时间. u蠕变及应力松弛规律 蠕变稳定的应变函数为一直线，可以用下式表示，是 蠕变总过程的主要部分。 沥青混合料材料的应力松弛服从幂指数衰减函数，即： 2、流变模型简介 基本力学元件，分别表征弹性单元、粘性单元以及塑 性单元。通过对基本元件的串连和并联组合，可形成新 的力学模型来表征不同的粘弹塑性材料。元件串连：总 应力等于各分应力，总应变等于各分应变之和；
15、元件并 联：总应力等于各分应力之和，总应变等于各分应变. 常用的简单组合模型： 麦克斯韦尔（Maxwell）模型 开尔文（Kelvin）模型 泽纳（Zener）模型 弹塑性模型 3、沥青混合料的力学模型 Burgers模型 修正Burgers模型 DelftXahu模型 四、沥青混合料的模量 u劲度（劲度模量） 反映沥青和沥青混合料在给定温度和加荷时间条件 下的应力-应变关系的参数，称作劲度S。应力作用时 间、温度、应力大小都会对沥青和沥青混合料的应力应 变特性造成影响。因此，劲度（模量）表达式中必须考 虑这些因素。 C.范德甫（Vander Poel）提出了表征弹粘塑材料劲 度（模量）的表达
16、式： 施加的应力，MPa；总应变；t荷载作用时间，s； T材料的温度，。 1、沥青的劲度 由图中曲线看出： （1）加荷时间短时，曲线接近水平，表明材料处于弹性性状；加荷时间 很长时，便表现为粘滞性性状；处于二者之间时则兼有弹-粘性性状。 （2）各种温度下的S-t关系曲线具有相似的形状，如果将曲线作水平向移 动，则可将它们近似重合在一起。这意味着温度对劲度的影响同一定量的 加载时间对劲度的影响效果相当。 （温度和加载时间对劲度影响的互换性，是沥青材料的一个重要性质。利 用这一性质，可以通过采用变换试验温度的方法，把在有限时间范围内得 到的试验结果扩大到很长的时段）。 Vander Poel对47种不同流变类型的沥青材料在较宽的加载时间和温度范围内 做了大量试验，得出了能预估不同加荷时间和温度下沥青劲度的诺谟图。 此诺谟图根据影响沥青劲度的三项参数查用： 1、加荷时间t； 2、温度T同沥青材料软化点SP的差值，即温差SP-T； 3、针入度指数PI，表明沥青对温度的敏感性，按25时的针入度P和软化点 SP确定： 沥青劲度模量诺谟图 2、沥青混合料的劲度 C范德甫对一系列密级配沥青混合料进行试
