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1、第十三章 沥青路面Asphalt PavementDate1第1节 概述一、沥青路面的基本特性n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。n属柔性路面，其强度和稳定性在很大程度上取决于土基和基层的特性。n沥青路面的工程特点 表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜分期修建Date2一、沥青路面的基本特性n沥青路面的使用功能要求n强度与刚度（开裂、变形）n稳定性（高低温、水稳定性）n耐久性（疲劳、老化）n平整性（舒适、动荷）n抗滑性（安全）n少尘性（环保）Date3二、沥青路面的分类1、按强度构成原理分类n密实类 按剩余空隙
2、率的大小细分为n闭式 36n开式6以上n嵌挤类Date4二、沥青路面的分类2 2、按施工工艺、按施工工艺的不同，沥青路面可分为层铺法、路拌法、厂拌法三类n层铺法:沥青表面处治、沥青贯入式n路拌法：路拌沥青碎（砾）石 路拌沥青稳定土n厂拌法：n厂拌沥青碎石：开级配、剩余空隙率1015n沥青混凝土：密级配、剩余空隙率10以下Date5二、沥青路面的分类3、根据沥青路面的技术特性分类：n沥青表面处治路面(asphalt surface treatment)n沥青贯入式路面(asphalt penetration)n沥青碎石路面AM(asphalt macadam)n沥青混凝土路面AC(asphalt
3、 concrete)n乳化沥青碎石路面emulsified asphaltn沥青马蹄脂碎石路面SMA(stone mastic asphalt)n开级配沥青磨耗层OGFC (OpenGraded Friction Course )剩余空隙率20左右Date6三、沥青路面类型的选择n选择原则n任务要求：道路等级、交通量、使用年 限、修建费用n工程特点：施工季节、施工期限、基层状况n施工技术：人、机、料沥青类路面一般不宜铺筑在纵坡大于沥青类路面一般不宜铺筑在纵坡大于6 6的路段上的路段上( (出于安全原因出于安全原因) )，纵坡大于，纵坡大于3 3的路段，考虑抗滑的的路段，考虑抗滑的要求宜采用粗粒
4、式沥青碎石或粗粒式沥青表面处治要求宜采用粗粒式沥青碎石或粗粒式沥青表面处治。Date7四、沥青混凝土路面的主要技术问题n高温稳定性n低温抗裂性n耐久性（水稳定性、疲劳与老化）n表面抗滑性Date8五、沥青路面的气候分区n分区依据：最高气温、最低气温和降雨量n方法：先按30年最热月平均最高气温和30年一遇极端最低气温划分沥青路面气候分区（见P308表13-1），再按雨量资料细分出沥青及沥青混合料气候分区见P308表13-2）Date9六、沥青混凝土路面的主要矛盾n高温稳定性与低温抗裂性、抗疲劳性能n表面服务功能与耐久性Date10第2节 沥青路面材料的力学特性n沥青混和料的结构类型n沥青混和料的
5、强度特性n沥青混和料的应力应变特性n沥青混和料的疲劳特性Date11一、沥青混和料的结构类型n按结构特点分为三类：n悬浮密实结构：沥青混凝土 连续型密级配n骨架空隙结构：沥青碎石混合料、 OGFC 连续型开级配n骨架密实结构: SMA 间断型密级配Date12Date13Date14Fig.1 Dense Graded AC Lab Samples Date15Fig.2 SMA Surface Date16Fig.3: OGFC Lab Samples Date17二、沥青混和料的强度特性n1 抗剪强度n强度构成 c,n材料c,值值的测测定（课本P316、317中的公式实为极限平衡关系式）D
6、ate18n影响沥青混和料抗剪强度的因素n沥青与矿料间的粘结力n沥青的粘滞度n沥青含量n矿粉含量n沥青与矿料间的粘附性n矿料间的内摩擦力n矿料级配n矿料颗粒形状n矿料表面特性碱性石料与沥青发生化碱性石料与沥青发生化学吸附学吸附酸性石料与沥青不会发酸性石料与沥青不会发生化学吸附生化学吸附Date192 抗拉强度n急骤降温时，沥青混和料发生收缩，如果收缩受阻，会产生拉应力，当超过材料的抗拉强度时，路面产生开裂。n沥青混和料的抗拉强度可用直接拉伸试验或间接拉伸试验劈裂试验测定n影响因素n沥青性质、沥青含量n矿料级配n测试时的温度n加荷速率Date20Date21Date22Date233 抗弯拉强度
7、n在行车荷载反复作用下，路面弯曲而产生开裂破坏。Date24n试验：测重复荷载作用下的弯拉强度和弯拉回弹模量。Date25n抗弯拉强度的影响因素： 沥青性质及用量，矿料性质及级配，加载速率及重复加载次数，试件温度。Date26三、沥青混和料的应力应变特性n沥青混合料以粘弹塑性为其基本力学特征，其应力应变特性与荷载大小和作用时间、材料温度有关。n沥青混和料的粘弹塑性特征n沥青混和料是一种典型的弹、粘、塑性综合体，n在低温小变形范围内接近弹性体，n在高温大变形范围内表现为粘塑性体，n而在通常温度的过渡范围内则为一般粘弹性体。Date27三、沥青混和料的应力应变特性n沥青混和料的粘弹塑性特征主要表现
8、在以下三个方面：n材料的力学特性与加载速度有关，随着加载速度的增加，材料的强度和刚度均会增大。n材料的力学特性对温度十分敏感，随着温度的升高，材料的物理特征表现为变软，强度与刚度变小。n材料具有十分明显的蠕变creep和应力松弛looseness现象。 具有对时间的敏感性Date28三、沥青混和料的应力应变特性n沥青混和料的蠕变与松弛特性n蠕变 :当应力为一恒定值时，应变随时间逐渐增加的现象。（下图中横坐标为加荷历时）应变蠕变阶段Date291 沥青混和料的蠕变Creepn作用应力较小（低于屈服点），作用时间较短时，表现有：n瞬时弹性变形纯弹性（加荷瞬时产生，卸荷瞬时恢复）n滞后弹性变形粘弹性
9、（荷载作用下缓慢增长，卸荷后又缓慢恢复）n作用应力较大（高于屈服点），作用时间较长时，表现有：n瞬时弹性变形纯弹性n滞后弹性变形粘弹性n塑性流动变形塑性（残余变形）Date30三、沥青混和料的应力应变特性2 沥青混和料的应力松弛n应力松驰：应变为一恒定值时，应力随时间而衰减的过程。n松弛时间：为使物体保持既得变形所需的力越来越小，当应力下降到初始值的那段时间。（它与沥青粘滞度和弹性模量有关，见下式）上式表示松驰时间t与粘滞度成正比，与弹性模量E成反比 因此，沥青混合料力学特性与以下因素有关n荷载大小n荷载作用时间与应力松弛时间的比值n材料的温度 Date31三、沥青混和料的应力应变特性n劲度模
10、量Stiffness Modulus 荷载作用时间和材料温度对沥青混和料的影响用劲度模量Stiffness Modulus来表征。 沥青混合料的劲度模量由Van der Peol 提出：定义：材料在给定的荷载作用时间和温度条件下应力与总应变的比值，即：计算公式Date32式中，Sm，Sb分别为沥青混合料和沥青的劲度模量，Mpa.CV混合料中集料的集中系数，即：CV=集料体积/（集料体积+沥青体积）上式当沥青混合料的空隙率VV为3%时适用，若VV大于3%，则CV需修正，即沥青的劲度模量与沥青的软化点与沥青温度之差、针入度和荷载作用时间有关，可按Van der Poel 诺谟图查出（建材中已讲）D
11、ate33Date34四、沥青混和料的疲劳特性n疲劳破坏、疲劳寿命n沥青混和料疲劳破坏的发展过程n疲劳裂缝：沥青混和料由于材料表面和内部存在异质和瑕疵等缺陷，如尘粒、水泡、孔隙以及表面形状不规则等使应力传递不均匀而引起应力集中，局部区域的应力经过一定的荷载重复作用次数后就开始形成疲劳裂缝。n疲劳断裂破坏：在重复荷载作用下，裂缝端面不断改变并逐渐扩展，当疲劳裂缝扩展到临界裂缝尺寸，裂缝就产生由稳定扩展到不稳定扩展的转化而导致沥青混和料的疲劳断裂破坏。Date35四、沥青混和料的疲劳特性n室内大型疲劳试验法：采用梁式试件，进行反复加载弯曲试验，也可采用反复加荷间接拉伸试验（劈裂试验）。n疲劳试验通
12、常采用两种方式控制加荷：n控制应力n控制应变Date36沥青混和料的疲劳特性的影响因素 因素因素增加时对 疲劳寿命的影响因素因素增加时对 疲劳寿命的影响控制应力控制应变控制应力控制应变沥青粘度增加减少集料增加减少沥青含量直至 最佳值增加增加温度减少增加超过最佳值减少增加加载率增加减少空隙率减少减少密实度（压实度）增加Date37五、沥青路面的温度状况n气温n太阳辐射n路面结构内的温度梯度n路面内部温度分布状况统计分析方法Date38六、沥青路面的高温稳定性n沥青路面高温稳定性不足的破坏形态剪切变形车辙、推挤、波浪、拥包、泛油温度+50+200-10-35抗压强度（Mpa)122.5581310
13、171830温度+50+45+40+35+30+25+20S(Mpa)75109 142 176232288344E(Mpa)223361 516 683790895999沥青混凝土的蠕变模量(即蠕变试验中测得的劲度模量)和回弹模量与温度的关系：沥青混凝土强度与温度的关系：Date39六、沥青路面的高温稳定性n沥青路面在高温下产生的剪切变形形态n面层沿基层滑动n面层内部上下各层相互滑动推挤Date40六、沥青路面的高温稳定性n影响沥青混合料高温稳定性的因素n沥青 为了使沥青混和料冬季不会发脆，沥青就不应太稠，同时为了沥青混和料具有必要的耐高温变形能力，需采用软化点较高的沥青 沥青含量的影响：沥
14、青含量残余孔隙率内摩擦角粘结力（）（体积）(0)（Mpa)53.3300.1962.5300.1570.7190.06Date41影响沥青混合料高温稳定性的因素n沥青：适当提高其粘度，严格控制沥青用量。n矿料：碱性矿料与沥青粘附性好n矿料级配：粗料含量提高至形成骨架，如起骨架作用的碎石（Dmax0.5Dmax)颗粒必须有足够数量，不少于60时有较好的抗高温变形能力。Date42六、沥青路面的高温稳定性n车辙n是路面结构及土基在行车荷载作用下的补充压实，以及结构中材料的侧向位移产生的累积永久变形。n出现在行车轮带处，即形成路面的纵向带状凹陷。n车辙是高级沥青路面的主要破坏型式Date43车辙Da
15、te44六、沥青路面的高温稳定性n车辙永久变形由两部分组成n一部分由沥青面层在荷载反复作用下进一步压密产生压密形变n另一部分是因沥青混和料在高温时的强度不足以抵抗重轮荷载的反复作用，轮下的部分沥青混和料产生剪切变形逐渐被挤压到两侧，使两侧的沥青面层鼓起产生所谓的侧向流动。Date45影响车辙深度的主要因素 沥青混和料交通和气候结构设计内摩擦力粘结力1.矿料的最大粒径5mm以上的碎石含量；2.碎石的纹理深度（表面粗糙度）和颗粒形状；3.沥青含量；4.沥青混和料的级配和密实度。1.沥青标号和高温粘度；2.沥青的感温性；3.沥青与矿料的粘结力；4.沥青矿粉比（小则沥 青与矿粉相互作用越充分，结构沥青
16、越多，粘结力越大）和矿粉的种类；5.沥青用量（过多则c小，不利）；6.混和料的级配和密实度。1.行车荷载（轴重、轮胎压力）；2.交通量和渠化程度；3.荷载作用时间和水平力（交叉口）；4.路面温度（气温、日照）1.沥青面层厚度（如果是合格的半刚性基层，则车辙为沥 青面层所致，面层越厚，车辙 越深）2.结构类型（柔性路面或半刚性路面）。Date46六、沥青路面的高温稳定性n高温稳定性的评定方法n我国“八五”科技攻关专题提出：n车辙试验n以辙槽深度RD和动稳定度DS（每产生1mm辙槽所需的碾压次数）来评价沥青混和料的抗车辙能力。n高速公路DS800次/mm,一级公路DS600次/mmn静载压缩蠕变试验n美国SHRP计划提出用旋转压实仪成型试件，用剪切试验仪测定沥青混和料的剪切和劲度特性评估高温稳定性。Date47七、沥青路面的低温抗裂性1 低温下缩裂的类型(1)低温收缩裂缝:a 温度骤降引起的收缩裂缝； b 长期温度升降循环引起面层疲劳开裂， 称为温缩疲劳开裂。（2）低温荷载裂缝（3）反射裂缝（4）冻胀裂缝见下表Date48低温裂缝类型Date49n要减少低温荷载裂缝，应提高沥青混合料的低温
