第9章__路面材料、道路铺筑.pptx

1 第9章路面材料 道路铺筑与出行环境 2 内容 9 1人类铺筑道路的历史古代 近代的道路发展状况 现代高速公路的发展9 2路面材料与道路性能沥青路面 水泥路面 新型路面简介9 3路面材料对城市景观及环境的影响天然石块路面 天然碎石或卵石 水泥混凝土路面 烧土制品类路面材料 木砖路面材料 合成树脂彩色铺装 弹性路面 3 1 古代的道路及其材料 大约到公元前4000年左右 在我国开始出现了畜力车作为交通工具 人们开始有意识地修建道路 到西周时期 公元前1066年 公元前771年 专供畜力车行驶的道路就已初具规模 战国时期秦国修筑的褒斜栈道 现在陕西省汉中市北面 在峭岩陡壁上凿孔架木 铺板而成 到公元200年 古罗马道路总里程已达12000km 以罗马为中心向四周放射 共有29条干线通路 因此有 条条大路通罗马 之说 4 褒斜栈道长235千米 5 古罗马道路断面结构 缝隙内填充了砂浆的表面块石 火山灰混凝土由火山灰质胶凝材料 砾石和砂拌制而成 与石灰混合的碎石 平整的基石 平整 粘结与具有强度 6 2近代道路的发展 到了16 17世纪 在欧洲形成了庞大的贵族阶层 以马车为主的交通工具越来越频繁地使用 以卵石 碎石为主体材料 加入少量胶凝材料铺筑的路面 1886年 德国的卡尔 奔驰制造出世界上第一辆汽车 标志着人类社会开始迈入机动化时代 要求路面具有良好的平整性 抗冲击能力 防滑性 防水性和抗冻性 随着机动车数量的增多 工业化生产的兴起和军事目的的需要 20世纪的20 50年代 采用沥青混凝土和水泥混凝土铺装路面的道路在欧美等国家得到迅速发展 7 4 现代高速公路的发展 高速公路是为满足机动车快速行驶和庞大的交通运输量而建造的一种全封闭 无信号的高标准道路 1919年 德国最早建成了一条设上 下行车道 中间设分隔带的公路 德国 1933 美国 1937 法国 1948 和日本 1958 开始修建高速公路 美国是高速道路数量最多 路网最发达的国家 到1992年为止 已建成的高速道路总长度达8 68万km 占全世界高速道路总延长里程的54 美国纽约至洛杉矶的高速公路全长4556km 堪称世界上最长的高速公路 8 日本后来居上 1950年 日本机动车拥有量仅仅33 7万辆 到1994年机动车拥有量多达6502万辆 仅次于美国 居世界第二位 占世界机动车总数的大约12 与此相应 日本的高速道路建设也是在短时间内快速发展 1965年开始修建第一条高速公路 东名 东京至名古屋 高速公路 到1999年 日本的高速公路里程大约达到8000多km 9 我国高速道路的修建 1984年6月 我国开始动工修建第一条全长375km的沈大高速公路 并于1988年10月25日实现130km部分路段通车 实现了中国大陆上高速道路零的突破 至05年底4 1万公里 世界第二 08年底6 04万公里 12年 10 9 2路面材料与道路性能 采用不同的路面材料所铺筑的道路 其性能 施工速度及行走舒适性等方面存在较大的差别 沥青混凝土路面 黑色路面 柔性路面 水泥混凝土路面 白色路面 刚性路面 11 12 2 1沥青混凝土路面1沥青混凝土道路的结构与受力特征 沥青混凝土以沥青 主要是石油沥青 为胶结材料 与粗 细骨料和矿粉适量配合 拌制成混合料后铺压而成 面层 沥青混凝土 15厘米 基层 垫层 路基 13 路面的上层以满足道路所希望的抗滑 耐磨 防噪声 排水和抗剪切滑移等性能为主 中层以抗车辙 抗低温缩裂和抗渗为主 而下层则以抗疲劳和抗渗为主 中层和下层是路面的主要结构单元 它的作用是把来自车辆的集中荷载分散到足够大面积的基层和垫层上去 提高道路的整体受力性 14 2 沥青混凝土路面的性能 柔韧性 变形性能良好 可不设伸缩缝和工作缝 路面连续性和平整度好 行车舒适 路面具有较好的减震吸声性能 可使汽车快速行驶 平稳而低噪音 有一定粗糙度 与汽车轮胎的附着力好呈黑色无强烈反光 可做到晴天不起尘 雨天不泥泞 夜间不反光 有利于安全行车 施工快速 不需要很长时间的养护 能及时开放交通 也利于维修和修补 沥青混凝土中胶结材料用量比较小 仅占混合料总量的7 一8 且属于工业副产品加工利用 旧路面还可实现再生利用 环保和社会经济效益较高 优点 15 主要弱点 温度敏感性 夏季易发生流淌 软化 从而产生车辙 纵向波浪和横向推移等现象 而冬季低温时期 沥青变脆变硬 在冲击荷载作用下容易开裂 自然老化的特性 沥青材料性能取决于内部组成的分子量分布 小分子量的组分越多 塑性 韧性越好 长期在大气因素作用下 小分子量的组分将被氧化 挥发或发生聚合 缩合等化学反应而变成大分子组分 使沥青材料的塑性 韧性下降 脆性增加 容易发生脆裂而使结构物破坏 对于沥青混凝土路面应重点考虑的技术性质有高温稳定性 低温抗裂性 拥包 推移 车辙等永久性变形 抗老化性 防滑性和抗渗性等 其中高温稳定性和低温抗裂性是重点要改善的技术性质 16 3 沥青及沥青混凝土的改性 采取物理改性技术 采用塑料格栅 土工布等加固路面 提高路面的结构力学性能等方法使用化学改性剂 聚合物 橡胶类和热塑性树脂类 抗剥落剂和抗老化剂三大类 17 1 聚合物改性剂 通常聚合物具有比沥青高得多的粘度 从而获得较高的变形能力和抗高温流动的能力 橡胶类或橡胶树脂类材料与沥青的互溶性良好 形成橡胶沥青胶结料 提高了胶结料与矿料之间的粘结力 并且与矿料之间的化学吸附作用增强 从而提高抗水剥离性 力学强度和耐久性 同时 分散在沥青中的橡胶粒子在低温时起到橡胶增塑的作用 提高沥青胶结料的变形能力 从而达到提高低温抗裂性的目的 目前我国用于铺筑高等级公路路面 机场地道以及特殊工程的面层 多采用橡胶改性的沥青混凝土 18 2 抗老化剂 自然老化现象的原因是沥青在光的作用下因吸收光量子而发生光化学反应 而使原子或分子处于高能激发状态而产生自由基 当有氧存在时 自由基可作为引发剂进行自动氧化反应 使分子断链 交联 即进行链增长反应 从而老化 使沥青逐渐硬化变脆开裂 不能继续发挥其粘结或密封作用 在沥青中加入抗老化剂 就是要打断自动氧化的连锁过程 促使上述自由基进行链终止反应 生成稳定性产物 大大降低光热氧化老化速度 以起到防止老化的作用 19 3 抗剥落剂 目的是提高沥青的水稳定性 防止沥青胶结料在水力作用下从矿料表面剥落下来 从而使沥青混凝土失去整体结构强度 常用的抗剥落剂有表面活性剂和石灰外掺剂两种 另外 还可以从骨料 矿粉填料以及施工方法等方面提高沥青混凝土路面的性能 20 2 2水泥混凝土路面 水泥混凝土道路的断面由面层 基层 垫层和路基构成 其中的面层是由水泥 水 粗 细骨料 以及矿物外加剂和少量的化学外加剂拌合而成的混凝土混合料 经浇注或碾压成型 通过水泥的水化 硬化 形成具有一定强度的混凝土板构成 面层混凝土板的厚度一般为18 25cm 主要有素混凝土和钢筋混凝土两种 1 组成与性能 21 优点 水泥混凝土路面具有较高的承载能力和扩散荷载的能力 适合于重载 交通量大的道路 水泥混凝土路面的水稳定性和温度稳定性均优于沥青混凝土 耐久性好 使用寿命长 特别在水侵蚀环境中能保持良好的通行能力 适用于气候条件差或路基软弱的地区 22 缺点 水泥混凝土路面呈脆性 刚度大 变形性能差 不能吸收由于温度等因素引起的变形 所以水泥混凝土路面需要在横向 纵向设置伸缩缝和施工缝 刚性的路面吸收震动和噪音的能力低 影响行车舒适性 同时水泥混凝土路面对超载比较敏感 一旦外荷载超过设计的极限强度 混凝土板便会出现断裂 其修补工作也较沥青混凝土路面困难 从施工性能来看 水泥混凝土需要较长时间的养护 除碾压混凝土之外 不能立即开放交通 一般铺筑后要经过14 21天才能使用 23 变形性能和抗冻性的改性方法 目前较多采用的方法是加入引气剂 使混凝土中微小的 独立的 封闭孔隙含量大约达到4 6 可在某种程度上降低混凝土的脆性 在路面混凝土中大多掺入粉煤灰 掺量为胶结材料的20 40 优质的粉煤灰是球形的微粒 可改善泥凝土的和易性 减少用水量 使混凝土干燥收缩小 并可降低早期水化热 减少温度裂缝 有抑制碱骨料反应的效果 24 水泥混凝土路面破损的主要因素有水的渗透 冻融循环造成的表面剥落 收缩开裂 碱骨料反应引起的裂缝以及钢筋混凝土中的钢筋生锈造成的表面剥落 开裂等破坏形式 而混凝土本身是一种多孔 多相 非均质复合材料 内部存在着许多连通孔隙 微裂缝等结构缺陷 因此提高水泥混凝土的密实程度是提高耐久性的重要措施 25 2 碾压混凝土路面 RCCP 普通浇注的混凝土由于水灰比较大 在水泥水化过程中将有大量游离水蒸发或泌水 而在混凝土内部留下大量连通的孔隙 同时混凝土的干燥收缩量也大 碾压混凝土路面 RCCP 可用高密度沥青摊铺机 振动压路机和轮胎压路机进行施工 26 2 3新型路面结构简介 1 透水性路面材料2 低噪音 柔性路面材料3 含纸浆的高粘附性路面4 半刚性沥青混凝土路面 27 28 29 30 9 3路面材料对城市景观及环境的影响 城市的路面乃至地面的色彩 材质 花纹等外观特性构成了城市景观的底色和基调 地面的透气性 透水性对城市空间的生态环境影响很大 地面的行走效果和视觉效果对人们的精神状态也将带来很大的影响1天然石块路面 2天然碎石或卵石3水泥混凝土路面 4烧土制品类路面材料5木砖路面材料 6合成树脂彩色铺装7弹性路面 31 采用大块的天然花岗石铺筑的北京天安门广场是世界上最大的广场 给人一种平整 庄重 32 利用不同颜色的小料石铺筑而成的彩带形路面 给人以波浪起伏的视觉效果 与澳门临海的自然环境十分相称 澳门街区 33 卵石 34 35 厦门沿海滨道路的人行道路 采用砖红色水泥混凝土进行整体铺装 与黑色的机动车道 蓝色的海湾形成协调的景观 36 日本居民区内用彩色连锁砖铺筑的街路 营造出一种宁静 祥和的住区氛围水泥混凝土仿天然石材 37 烧土制品类路面材料 3