道路工程_课题5[1].1沥青路面.ppt

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、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；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-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；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、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。 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。,影响沥青路面低温开裂的因素,2.混合料的沥青含量,3.混合料的剩余空隙率,4.混合料的级配与矿料品种,1.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。,6.基础情况,沥青面层相同情况下，在沙土路基上的沥青路面的裂缝比粘土路基上的沥青路面的裂缝要密,5.沥青层的厚度,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,较厚的沥青层能限制和约束收缩裂纹的发展,6.基层情况,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,处理方法： 使用稠度较低、温度敏感性低的沥青。 增加沥青面层厚度。 使用改性沥青。,沥青混合料的水稳定性,（一）表现,基层翻浆,混合料松散,坑槽,（二）影响水稳定性的因素,1.混合料空隙率,2.混合料中矿料与沥青的黏附性,3.下层排水情况,耐久性,耐久性是指路面抵抗各种破坏因素的能力，例如沥青老化、集料散失和沥青从矿料上剥落等。这些因素可能是气候、交通或两者结合而造成的结果。 沥青混合料的耐久性一般可以通过二种方法提高： 一是采用最大沥青用量，由于厚的沥青膜较薄的沥青膜不容易迅速地老化和硬化，所以，采用最大的沥青用量，可以使沥青较长时间地保持其原有特性，最大沥青含量还可以有效地密封面层中过多的相通孔隙。以阻止空气和水渗入； 二是采用密级配抗剥落集料，密级配能使集料颗粒之间接触很紧密，防止渗透；抗剥落的集料则可以抵抗水和行车作用从集料颗粒上剥落沥青膜。目前，常使用抗剥落剂或矿物填料(如石灰等)来加强混合料的抗剥落性能。 1、空隙率尽量减少，以防止水渗入和日光对沥青的老化作用。 一般36%剩余空隙以备夏季沥青膨胀。 2、还用残留稳定度表征沥青混合料耐久性（浸水48h）。,第二部分 沥青路面分类与抗滑,一、沥青路面的基本特性,（一）与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整、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、适宜于分期修建等优点。 （二）沥青路面属柔性路面，强度与稳定性在很大程度上取决于土基和基层的特性 。,二、沥青路面的分类,（一）按强度构成原理,密实类: 矿料的级配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阻力。混合料致密而耐久，但热稳定性较差.,嵌挤类：矿料颗粒尺寸较为均一，路面的强度和稳定性主要依靠骨料颗粒之间内摩阻力，而粘聚力则起次要作用。热稳定性较好，但因空隙率较大、易渗水，且耐久性较差。,层铺法:分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑; 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;,（二）按施工工艺的不同,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拌和，然后送到工地摊铺碾压而成的沥青路面。,（三）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； 适用于三级及三级以下公路、各级施工便道以及在旧路面层上加铺罩面层或磨耗层。,沥青贯入式：用沥青和集料按层铺法铺筑而成，厚度一般为48 cm的沥青路面 ； 适用于二级及二级以下公路。,乳化沥青稀浆封层：用适当级配的石屑或砂、填料（水泥、石灰、粉煤灰、石粉等）与乳化沥青，外加剂和水，按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料，将其均匀摊铺在路面上的沥青封层。,可封闭裂缝、防水、提高表面耐磨、抗滑性及平整度。,沥青碎石：由适当比例的粗集料、细集料及少量填料（或不加填料）与沥青拌合而制成的沥青混合料，压实后剩余孔隙率大于10%以上（以am表示）。属嵌挤结构。,沥青混凝土：由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料，与沥青拌合而制成的符合技术标准的沥青混合料（以ac表示）。压实后剩余孔隙率10%以下，属密实级配结构。,沥青混凝土与沥青碎石,沥青碎石：适用于下面层、联结层和整平层。,沥青混凝土：适用于高速公路和一级公路的沥青面层。,乳化沥青稀浆封层 乳化沥青是将在热熔状态的沥青和含有乳化剂的水溶液共同在外加的机械力作用下，使沥青以微滴状态均匀稳定的分布在水溶液之中的乳状液(亦称沥青乳液)。 它的主要优点是在常温下可与冷的石料，表面潮湿的石料进行拌和施工。除此之外，还具有节省燃料和能源，减少环境污染，减轻施工人员的劳动强度等优点。 乳化沥青是一种配方复杂的乳液，从路面施工和使用的要求来考虑，既希望乳液在贮存运输过程中保持稳定，又希望在路上使用之后乳液中的沥青能尽快从水中分离出来，以发挥沥青的粘结性能。 通常把乳化沥青中的沥青微滴从水相界面分离出来，互相结成团以至在石料表面粘连成沥青薄膜的过程，称为破乳。其分离出来的快慢程度，称为破乳速度。这是一个很重要的因素，它直接关系到路面施工方式和机具的适应性。,乳化沥青稀浆封层 是用适当级配的石屑或砂、填料(水泥、石灰、粉煤灰、石粉等)与乳化沥青，外加剂和水，按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料，并将其均匀地摊铺在路面上的沥青封层。 稀浆封层可以作为上封层、也可以可为下封层。,对于空隙较大、透水严重、有裂缝的旧路面或日沥青路面需要铺抗滑层，新建沥青路面需铺筑磨耗层或保护层时，稀浆封层可用作上封层。 对于多雨地区沥青面层的孔隙较大，在铺筑基层后不能及时铺筑沥青面层 且需要开放交通时，可作为下封层。 稀浆封层的厚度宜为3cm一6cm。,乳化沥青稀浆封层的主要作用有如下几个方面。 1具有填充性 稀浆中含有占集料重量1020的水和10u的乳液，且稀浆封层中的混合料较细，具有较好的流动性，很容易进入微裂缝和小坑槽中，将路面填充密实成为整体。因此具有封闭裂缝和提高路面平整度的作用。 2具有很好的防水性 稀浆封层混合料中集料级配合理，能均匀，牢固、密实地粘附在路面上，具有较好的水稳性并防止水分渗透，保持基层稳定。 3有一定的耐磨性 用于稀浆封层的集料其强度，压碎值、磨光值、含泥量等性能指标均达到标准要求，不论是酸性和碱性石料都能很好的粘附在路面上，在路面上形成磨耗层。 4具有良好的抗滑性能 由于选择了坚硬而有棱角的集料，沥青又能均匀地裹复骨料。封层后纹理深度较佳，摩擦系数显著增加。,沥青混凝土和沥青碎石通常作为高级路面的面层。,sma沥青混合料路面 sma是一种新型沥青混合料，在欧洲被称为split mastic asphalt，美国则称之为stone mastic asphalt，我国“公路沥青路面设计规范”将其正式命名为“沥青玛蹄脂碎石混合料”，其意义为用沥青玛蹄脂填充碎石骨架而形成的混合料。 sma的组成特点和基本特征 sma路面通过采用木质素纤维或矿物纤维稳定剂、增加矿粉用量、沥青改性等技术手段，组成沥青玛蹄脂，沥青玛蹄脂可以使沥青的感温性变小，沥青用量增加，由它填充间断级配碎石集料中的空隙，从而使混合料既能保持间断级配沥青混合料表面性能好的优点，又能克服其耐久性差的缺点，尤其是能使混合料的高温抗车辙能力、低温抗裂性能、耐疲劳性能和水稳定性等各种路用性能大幅度提高。,sma的组成特点 sma是由沥青稳定添加剂、矿粉及少量细集料组成的沥青玛碲脂填充间断级配的碎石骨架组成的骨架嵌挤型密实结构混合料，它的最基本组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂两部分(图111)，其结构组成有如下特点：,sma是一种间断级配的沥青混合料。图112示出了密级配沥青混凝土、排水沥青混凝土及sma的剖面图，从中可以看出它们结构组成的不同之处。 sma增加了矿粉用量，使其能在混合料中加入较多的沥青，同时还使用了稳定添加剂。 sma的沥青用量比普通沥青混合料要高出1以上，并要求其具有较高的粘结力，通常选用针人度小、软化点高、温度稳定性好的沥青，如能采用改性沥青，可进一步改善高低温变形性能及与矿料的粘附性。,sma的基本特征 sma的特征主要表现在两个方面: 其一，大粒径集料互相嵌锁而形成高稳定性(抗变形能力)的结构骨料； 其二，由细集料、沥青结合料及稳定添加剂组成的具有足够数量的沥青玛蹄脂，除满足将骨架胶结在一起的要求外，还使混合料具有较好的柔性和耐久性。 sma采用间断级配集料形成碎石骨架，其中有低百分率的细集料和较高比例的矿粉填料。由于大粒径集料的含量高，矿料间具有较高的空隙率，使其能容纳较多的沥青，从而减少氧化、老化变硬和低温裂缝产生的可能性。而细集料则起着填充空隙的作用，纤维添加剂增加了矿料的比表面积，从而增加了沥青的稠度和沥青玛蹄脂的稳定性，并可避免沥青混合料在运输和摊铺过程中产生离析现象，还可改善混合料的稳定性。 与传统的密级配沥青混凝土相比较，sma具有如下特点： (1)较高的稳定性 sma具有比密级配沥青混凝土更高的抗车辙能力。采用相同的粗集料分别制成密级配沥青混凝土和sma混合料，经轮辙试验机在不同温度下分别进行800次加载试验后，所得试验结果列于表111。,(2)较高的疲劳寿命 影响沥青路面疲劳寿命的主要因素有沥青品种和含量、空隙率、温度、试验频率及荷载作用方式等。混合料的空隙率和沥青用量与疲劳寿命的关系极大，而空隙率小、沥青含量高正是sma混合料的显著特点。sma中碎石所包裹的沥青膜较厚，有效地减小了混合料的空隙率。此外，高沥青含量的sma混合料所产生的疲劳破坏，在夏季行车作用下具有自动愈合的能力。在以上两方面因素的综合作用下，使得sma混合料的抗疲劳能力大大高于密级配沥青混凝土。 (3)较好的耐久性 实践证明sma耐久性非常好，不易松散，抵抗温度裂缝和荷载裂缝的性能好。其优异的耐久性来源于沥青玛蹄脂的不透水性，由于其渗透性小，空气及水的渗入量小，从而减缓了沥青的氧化过程，提高了耐久性。,(4)较好的抗磨耗及抗滑能力 sma含有高比例、高品质的粗集料，使其具有较大的表面构造深度和抗磨耗能力。 (5)良好的平整度和能见度 sma的高温稳定性使路面稳定，具有良好的平整度和行车舒适性。sma还能减少灯光的反射，减小雨中行车的水雾，从而提高了路面能见度和行车安全。 (6)较好的经济效益 sma混合料采用高品质的矿质集料，较高含量的优质沥青，并加入添加剂，增加拌和时间，使得sma的单位价格比传统密级配沥青混凝土高，但由其较高的稳定性及较高的疲劳寿命，使sma的使用寿命比传统密级配沥青混凝土高出30一40，若考虑到有效使用年限、维修费用及使用者费用，折算成年平均成本时，sma比传统密级配沥青混凝土更经济，特别是在高温重载、大交通量的条件下，sma更具有较高的经济效益。 可知，sma对沥青路面的各种性能都有所改善，尤其以抗车辙性能及耐久性的改善效果最为显著。欧洲沥青路面协会(eapa)1998年曾对sma路面的应用情况做过总结和归纳，eapa认为，归纳sma的优点，首先是具有良好的表面功能，抗滑，车辙小，平整度高，噪音小，能见度好。其次是增加了路面抗变形能力，不透水，使用寿命长，维修养护工作量小。同时，它可以减薄表面层厚度，易于施工和重建，维修重建对交通的影响小。,sma的应用 sma所具有的一系列特性使其除了可代替传统密级配沥青在一般路面上使用外，某些特殊路面或特殊环境下，还可解决采用密级配沥青所难以解决的问题。 sma具有较好的稳定性，能有效地抵抗重复荷载作用下所形成的车辙，因而可在交叉口、公交站点等易产生车辙的部位用sma代替传统密级配混凝土以提高抗车辙能力。 沥青混凝土路面铺筑完工后，应有足够的时间让路面冷却后才能开放交通，如在路面没有充分冷却的情况下即提早通车，将对路面造成极大的损害，其主要原因是沥青没有充分冷却时稳定性较差，承受车辆荷载作用时，将形成严重的辙槽，甚至断裂。而sma在高温时具有比密级配沥青混凝土更高的稳定性，对提早开放交通的影响较小。 钢板桥面铺装一直是工程界难以很好解决的一个问题。由于钢桥桥面板日夜温差过大，夏季面板温度很高，再加上其具有的高挠度，要求桥面铺装须有较好的高温稳定性，低温延展性和优异的抗疲劳性能，但目前所使用的桥面铺装材料多难以胜任，即使是造价不菲的环氧树脂，也难以完全解决上述问题。而细粒式sma，尤其是采用高达70的沥青含量及经高分子聚合物处理的改性沥青，可较好地解决上述问题。,三、沥青路面的抗滑问题,（一）抗滑性能及影响因素,（1）路面粗糙度,石料表面的纹理,面层表面外露的石料之间凹凸不平所形成的纹理,（2）干湿状态、温度、车速 但当路表处于潮湿状态，特别是路表与轮胎之间形成水膜时，摩擦系数要小得多。随着车速的提高，摩擦系数将降低。温度对摩擦系数也有影响，一般随着路面温度的升高，摩擦系数相应减小。,（3）面层结合料、集料对摩擦系数的影响,抗滑性而言，以煤沥青最好，混合沥青次之，粘稠石油沥青稍差，多蜡液体沥青(渣油)最差。,不论何种结合料，其用量增加，摩擦系数均降低。,碱性石料对沥青的吸附性好，但不耐磨耗，但经过行车作用后易磨损而变光滑。未风化的酸性岩石，大多强度高、耐磨，但与石油沥青的粘附性较差，所以要经过碱性处理为好。有棱角、表面粗涩、形状接近立方体的集料，其摩擦系数要比圆滑的集料大的多。此外，在集料的级配组成上，开级配的路面表面抗滑性能较好。,（二）沥青路面抗滑标准,对沥青类路面采用摩擦系数、石料磨光值和路表宏观构造(即构造深度)三项指标作为抗滑标准 。,（三）沥青路面的防滑措施,（1）选择适宜的沥青标号与沥青用量。尽可能使用优质沥青；在满足耐久性的前提下尽量减少沥青用量。 （2）选择坚硬耐磨、有棱角、表面粗糙的集料，注意集料的级配组成。 （3）修筑抗滑表层。指为汽车交通提供较好抗滑能力，用抗滑表层混合料（ak）铺筑的符合规定的宏观粗糙度、摩擦系数要求的沥青上面层。,抗滑表层是指为汽车交通提供较好的抗滑能力，用抗滑表层混合料(以ak表示)铺筑，符合规定的宏观粗糙度及摩擦系数要求的沥青面层的上面层，也称抗滑磨耗层。 具体作法是在沥青混合料碾压即将完成之前，立即铺撒硬质矿料，并压人混合料表面内做成防滑封面层，可提高路面的抗滑性能； （4）也可采用多孔的沥青混合料(孔隙率2l29)铺成透水面层，加速路面表面排水，提高轮胎与路面之间的抗滑能力； （5）亦可以在沥青路面上涂布粘结力强的人造树脂，如环氧树脂、聚氨甲酸脂等，然后铺撒硬质粒料，待树脂完全硬化后，即可形成一表面防滑层，但这种方法成本较高，只有在特殊路段才采用。,沥青材料,沥青混合料组成材料,粗集料,细集料,填料,基质沥青 改性沥青,各种粒径 的碎石 （方孔筛）,天然砂 机制砂 石屑,矿粉,原材料的 技术要求 （p204p207）,表观相对密度 坚固性 含泥量 砂当量 亚申蓝值 棱角性,第三部分 沥青路面材料的要求,一、对原材料的要求,1.沥青,1）石油沥青,道路石油沥青的性能主要取决于油源,寒冷地区：年度内最低月平均气温（）低于10；年内月平均气温25的日数（天）少于215； 温和地区：年度内最低月平均气温（）010；年内月平均气温25的日数（天）215270； 较热地区：年度内最低月平均气温（）高于0；年内月平均气温25的日数 （天）多于270。,2）煤沥青,酸性、潮湿的石料，以及低温季节施工宜选用阳离子乳化沥青；碱性石料或与掺入的水泥、石灰、粉煤灰共同使用时，宜选用阴离子乳化沥青。,不宜作沥青面层用，一般仅作为透层沥青使用,3）乳化沥青,4）改性沥青,热塑性橡胶类：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯( sbs)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（sis)等,橡胶类：天然橡胶(nr)、丁苯橡胶(sbr)、氯丁橡胶(cr)、丁二烯橡胶(br)等,树脂类:乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(eva)、聚乙烯( pe 、无规聚丙烯(app) ,聚氧乙烯(pvc)、聚苯乙烯(ps）等。,2.粗集料（大于2.36mm粒径）,1）沥青路面可用的粗集料有碎石、筛选砾石、破碎砾石、矿渣等,2）粗集料基本技术要求,3）粗集料应优先选用同沥青材料有良好粘附性的碱性碎石,4）粗集料的级配决定混合料的种类,为了保证石料与沥青之间有较好的粘结性能，经检验属于酸性岩石的石料，用于高速公路、一级公路和城市快速路、主干路时，宜使用针入度较小的沥青，必要时可在沥青中掺加抗剥离剂，或用干燥的磨细消石灰或生石灰粉、水泥作为填料的一部分，其用量宜为矿料总量的1%2%，将粗集料用石灰浆处理后使用也可以有效地提高石料与沥青之间的粘结力。,3.细集料,1）沥青面层的细集料可采用天然砂、机制砂及石屑；,2）细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒组成；,3）热拌沥青混合料的细集料宜采用优质的天然砂或机制砂，在缺砂地区也可以用石屑；,4）与沥青粘结性能很差的天然砂及用花岗岩、石英岩等酸性石料破碎的机制砂或石屑不宜用于高速公路、一级公路沥青面层。,为提高矿料粘附性，可掺入低于2的消石灰粉、水泥或粉煤灰,4.填料,采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉,沥青混合料的拌合,拌制沥青混合料，需解决以下问题： 1.对原材料有何要求？如何对其检测？ 2.怎样配制沥青混合料？即如何进行配合比设计？,热拌沥青混合料是由矿料与粘稠沥青在专门设备中加热拌合而成，用保温设备运输至现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料，简称“热拌沥青混合料”，以hma表示，本节主要介绍热拌沥青混合料的组成设计。 一沥青路面使用性能的气候分区 了解沥青路面分区指标（高温、低温、降雨量）和我国沥青路面的气候分区状况。 1气候分区指标 采用工程所在地最近30年内最热月份平均最高气温的平均值，作为反映高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子，并最为气候分区的一级指标，划分为3个区。 采用工程所在地最近30年内的极端最低气温，作为反映温度收缩产生裂缝的气候因子，并作为气候分区的二级指标，划分为4个区。 采用工程所在地最近30年的年降雨量的平均值，作为受雨水影响的气候因子，并作为气候区划的三级指标，划分为4个区。,第二节 普通热拌沥青混合料的组成设计,2 气候分区的确定 沥青路面使用性能气候分区由一、二、三级区划组合而成，以综合反映该地区的气候特征，见表3-5。如我国上海市属于1-3-1气候区，即为夏炎热冬冷潮湿区，对沥青混合料的高温稳定性和水稳定性要求较高。每级区的数值越小，表明该气候因子对路面的影响越恶劣。,表3-5 沥青路面使用性能气候分区,二、沥青混合料组成材料的技术要求 沥青混合料的技术性质决定于组成材料的质量品质、用量比例及沥青混合料的制备工艺等因素，其中组成材料的质量是首先需要关注的问题。 1 沥青 选择依据：沥青应根据气候条件和沥青混合料类型、道路等级、交通性质、路面类型施工方法以及当地使用经验等，经技术论证后确定。 选择原则：粘度较大的粘稠沥青混合料具有较高的力学强度和稳定性，但粘度过高，则混合料的低温变形能力较差，路面易开裂。反之粘度较低的沥青的混合料在低温时变形能力较好，但在高温时往往会产生较大的高温变形。一般来说，可根据当地沥青路面气候分区的温度水平选择沥青。在夏季温度高或高温持续时间长的地区，应采用粘度高的沥青；而在冬季寒冷地区，则宜采用稠度低、气温进度较小的沥青。对于日温较大的地区还应考虑选择针入度指数较大、感温性较低的沥青。 对于重载交通路段、高速公路更实行渠化交通的路段、山区及丘陵区上坡路段、服务区、停车场等行车速度慢的路段，应选用稠度大的沥青。对于交通量小、公路等级低的路段可选用稠度略小的沥青。,2.粗集料 （1）粗料集的物理力学性质要求 选择原则： 粗料集料可采用碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等。 用于高速公路、一级公路、城市快速公路、主干路沥青路面表层用粗集料应选用坚硬、耐磨、抗冲击型号的碎石或破碎砾石，不得使用筛选砾石、矿渣及软质集料，该类粗集料应符合表3-6对磨光值和粘附性的要求。 当坚硬石料来源缺乏时，允许掺加一定比例较小粒径的普通粗集料，掺加比例根据试验确定。在以骨架原则设计的沥青混合料中不得掺加其他粗集料。,粗集料磨光值及其与沥青粘附性的技术要求 表3-6,基本要求： 应该洁净、干燥、表面粗糙、形状接近立方体，且无风化、不含杂质，并具有足够的强度、耐磨耗性。粗集料的质量应符合表3-7的要求。 破碎砾石应采用粒径大于50mm的颗粒轧制，破碎前必须清洗，含泥量不大于1%，破碎面积应符合表3-7的要求。 钢渣作为粗集料时，仅限于三级及三级以下公路和次干公路以下的城市道路，并应经过试验论证取得许可后使用。钢渣破碎后应由6个月以上的存放期，除吸水率允许适当放宽外，各项指标应符合表3-7的要求。,表3-7 沥青混合料用粗集料质量要求,注： 当粗集料用于高速公路、一级公路和主干路时，多孔玄武岩的是密度可放宽至2.45t/m3,吸水率 可放宽至3%；但须得到主管部门的批准； 坚固性实验根据需要进行； 括号外数据为对表层用集料的要求；括号种数据为对其它层次的要求。,（2）与沥青的粘附性要求 在高速公路、一级公路、城市快速路和主干沥青路面中，需要使用坚硬的粗集料，当时用花岗岩、石英岩等酸性岩是轧制的粗集料时，若达不到粗集料与沥青粘附性等级的要求，必须采取抗剥落措施。工程中常用的抗剥落方法包括使用高粘度沥青；在沥青中掺加抗剥落剂；用干燥的生石灰、消石灰粉或水泥作为填料的一部分，其用量已为矿料总量的1%2%；将粗集料用石灰浆处理后使用。 （3） 粗集料的粒径规格 粗集料的粒径规格应按照规范进行生产和使用。如某一档粗集料不符合规格，但确认与其它集料组配后的合成级配符合设计级配的要求时，也可以使用。,沥青面层用粗集料规格 表38,3.细集料 （1）细集料的物理力学性能要求 细集料可以采用天然砂、机制砂或石屑。应洁净、干燥、无风化、不含杂质，并有适当的级配范围，物理力学指标要求见表3-9。与沥青有良好的粘结能力，在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青面层用沥青粘结性能差的天然砂或用花岗岩、石英岩等酸性岩石破碎的人工砂及石屑时，应采取前述粗集料的抗剥离措施对细集料进行处理。在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青路面面层及抗滑磨耗层中，所用石屑总量不宜超过天然砂或机制砂的用量。 表3-9 沥青混合料用细集料质量要求 注：坚固性实验根据需要进行（2）细集料的粒径规格。,天然砂 天然砂宜采用河砂或海砂，当使用山砂时应经过清洗。天然砂的规格应符合表3-10的规定，经筛洗法测定的砂中小于0.075mm颗粒含量不得大于3%（高速公路、一级公路、城市快速路、主干路）和5%（其它登记道路）,表3-10 沥青面层用天然砂规格,石屑 石屑是通过4.75mm或2.36mm的部分，是石料加工破碎过程中表面剥落或撞下的边角，强度一般较低，针片状含量较高。所以在生产石屑的过程中应特别注意，避免山体覆盖层或夹层的泥土混入石屑。 石屑规格应符合表3-11的要求。不得使用泥土、细粉、细薄碎片颗粒含量高的石屑，砂当量应符合表3-9的要求。对于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路，应将石屑加工成s14（35mm）和s16（03mm）两档使用，在细集料中石屑含量不宜超过总量的50%。,表3-11沥青面层用机制砂或石屑规格,细集料的级配在沥青混合料中的适用性，应将其与粗集料及填料配制成矿质混合料后，再判断其是否符合矿料设计级配的要求再作决定。当一种细集料不能满足级配要求时，可采用两种或两种以上的细集料掺合使用。,4填料 填料最好采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，生产矿粉的原石料中泥土杂质应清除。矿粉要求干燥、洁净，能自由地从石粉仓中流出，其质量应符合表3-12的要求。 在拌合厂采用干法除尘回收的粉尘可以代替一部分矿粉的使用，湿法除尘的应经过干燥粉碎处理，且不得含有杂质。用量不得超过填料总量的25%，塑性指数不得大于4%，其余质量要求与矿粉相同。,粉煤灰烧失量应小于12%，与矿粉混合后的塑性值数应小于4%，其余质量要求与矿粉相同。粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50%，与沥青粘结力好，且水稳性应满足要求。高速公路、一级公路和城市快速路、主干路不宜采用粉煤灰做填料。 为改善水稳定性，可采用干燥的磨细生石灰粉、消石灰分或水泥作为填料，用量不宜超过矿料总量的1%2%。,表3-12 沥青面层用矿粉质量要求,目标配合比 设计阶段,生产配合比 设计阶段,生产配合比 验证阶段,矿料的 组成设计,最佳沥青 用量确定,图解法 或试算法,集料筛分 （水洗法）,马歇尔 试 验,确定工程 级配范围,预估计算 沥青用量,沥青与集料 相对密度测定,配合比设计三个阶段,二、混合料组成设计,1.目标配合比设计阶段,用工程实际使用的材料计算各种材料的用量比例配合成表11-12规定的矿料级配，进行马歇尔试验，确定最佳沥青用量。以此矿料级配及沥青用量作为目标配合比。 供拌和机确定各冷料仓的供料比例、进料速度及试拌使用,2.生产配合比设计阶段,从二次筛分后进入各热料仓的材料取样进行筛分，以确定各热料仓的材料比例，供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓进料比例以达到供料均衡，并取目标配合比设计的最佳沥青用量、最佳沥青用量0.3%等三个沥青用量进行功能性试验（通常为马歇尔试验），确定生产配合比的最佳沥青用量。,3.生产配合比验证阶段,拌和机采用生产配合比进行试拌、铺筑试验段，并用拌和的沥青混合料及路上钻取的芯样进行马歇尔试验检验，由此确定生产用的标准配合比。,配合比设计过程： 分为三个阶段：目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段和生产配合比验证（即试验路试铺阶段），后两个阶段是目标配合比的基础上进行的，需借助施工单位的拌和设备、摊铺和碾压设备完成。 设计目的和任务： 确定沥青混合料中组成材料品种、矿质集料级配和沥青用量。本节主要介绍沥青混合料的目标配合比设计过程，其设计流程图见图3-21。,图3-21 沥青混合料配合比设计流程图,矿料通过皮带输入 拌和楼干燥筒加热,振动筛二 次筛分热料,提升到拌和楼,热料仓,根据目标配合比的 oac、oac0.3% 三组沥青用量,根据热料比例,目标配合比,图解法确定 冷料比例,确定目标配合比 最佳沥青用量 oac,取样冷料筛分,根据冷料比例 成型5组马歇尔试件,通过调整控制室皮带,转速达到设计比例,青用量确定提供标准,为生产配合比最佳沥,热料比例与最佳 沥青用量输入控 制室计算机生产 沥青混合料,热料筛分,取分级,目标配合比与生产配合比设计关系图,成型3组马歇尔试件,1矿质混合料的组成设计 （1）沥青混合料类型和矿料级配得确定 根据道路等级、路面结构层位等按照表3-13选择使用的沥青混合料类型，并按照表3-14确定相应的矿质混合料级配范围，也可以根据试验路研究成果选择其他类型的沥青混合料类型及相应的级配范围，经技术经济认证后确定。 （2）矿质混合料配合比计算 组成材料的原始数据测定 按照规定方法对实际工程使用的材料进行取样，测试粗集料、细集料及矿粉的密度，并进行筛分试验，确定各种规格集料的级配组成。 确定各档集料的用量比例 根据各档集料的筛分结果，采用计算法或图解法，确定的各档集料的用量比例，计算矿质混合料的合成级配。 矿质混合料的合成级配曲线要求：必须符合设计级配范围的要求，不得有过多的犬牙交错。当经过反复调整仍有两个以上的筛孔超出设计级配范围时，必须对原材料进行调整或更换原材料重新设计。合成级配曲线宜尽量接近设计级配中值，尤其应使0.075mm、2.36mm、4.75mm等筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中限。对于交通量大、轴栽重的道路，合成级配可以考虑偏向级配范围的下限，而对于中、轻交通量或人行道路等，合成级配宜于偏向级配范围上限。,（一）确定工程级配范围（合成级配）,目标配合比设计,根据设计类型查施工技术规范， 确定c或f型类型及级配范围， 并计算级级配中值。,ac-16f沥青混凝土合成级配要求,一、矿料组成设计,目标配合比设计,1此处取样的集料为冷料，可以从料场直接取样。,3料场取样尽量要有代表性、均匀性。,4其他指标也需检测，只是配合比设计时不使用。,2矿粉直接从包装袋中取样。,一、矿料组成设计,（二）取样各种集料（冷料）筛分（水洗法）,目标配合比设计,一、矿料组成设计,（1）试验时取样方法采用四分法。,四分法取样,立面图,平面图,（二）取样各种集料筛分（水洗法）,4筛分试验,（4）采用通过百分率进行下一步计算。,（2）水泥混凝土用集料可采用干筛法试验。,（3）沥青混合料及基层用集料用水洗法试验。,目标配合比设计,（三）用图解法或试验算法确定各种矿料的组成比例,1绘制矩形图框。,2连接对角线，表示设计级配中值（即平均值）。,3采用数学坐标绘制纵坐标，表示集料通过百分率（%）。,4用以下方法绘制横坐标，表示筛孔尺寸（mm）：,（1）先计算每个筛孔的设计级配中值（通过率）；,（2）在纵坐标上根据每个筛孔的设计级配中值，平行作直线与对角线相交；,（3）根据交点作垂线，与横坐标的交点即为每个筛孔的位置。,5在矩形图上绘制出各集料的通过百分率的筛分曲线。,6按照各集料曲线重叠、相接、相离三种情况确定各集料的用量比例。,7根据确定的集料比例计算矿料的合成级配，判断其是否在工程级配范围内，否则需进 行比例调整，重新计算直到满足标准为止。,一、矿料组成设计,目标配合比设计步骤,（4）矿料配合比设计 需要用两种或两种以上具有不同级配的原材料掺配后才能得到既定级配要求的矿质集料。对高速公路及一级公路，宜在工程设计级配范围内计算13组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值和下方。,2沥青混合料马歇尔试验 目的是确定最佳沥青用量oac。通常采用马歇尔试验确定沥青混合料中的最佳沥青用量，基本过程： （1）制备试样 按确定的矿质混合料配合比，计算各种规格集料的用量。 根据经验估计一个适宜的沥青用量（或油石比）。以估计的沥青用量为中值，按0.5%间隔变化，取五个不同的沥青用量，拌制沥青混合料，并按表3-17规定的击实次数成型马歇尔试件。 （2）测定试件的物理力学指标 测定沥青混合料试件的密度，并计算试件的空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率，粗集料间隙率等体积参数。 在马歇尔试验仪上，测定试件的马歇尔稳定度和流值。,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（一）测定沥青与集料的相对密度,1测定沥青的相对密度 （b）,非经注明，测定沥青密度的标准水温为15。沥青与水的相对密度是指25相同温度下的密度之比。可以测定15密度，换算得相对密度（25/25）二者换算关系为：,沥青与水的相对密