路基路面工程第13章.ppt

概述沥青路面材料的力学特性与温度稳定性对沥青路面材料的要求 第十三章沥青路面 13 1概述 一 沥青路面的基本特征1 优点 平整无接缝 行车舒适 震动小 噪声低 施工期短 开放交通早 养护维修简便 适宜于分期修筑 2 缺点 抗弯强度低 柔性 温度稳定性差 施工受季节气候影响大 低温 雨季不能施工 履带式车辆不能行驶 二 沥青路面的分类1 按强度构成原理分类 1 密实类 按最大密实原则设计 取决于混合料的粘聚力和内摩阻力按空隙率大小密实 耐久沥青混凝土 细料含量大 沥青含量大 热稳定性差细料含量小 沥青含量小 热稳定性好 2 嵌挤类 采用颗粒尺寸均一的矿料 强度依靠骨料颗粒之间的相互嵌挤而产生的内摩阻力 粘聚力起次要作用 特点 热稳定性较好 空隙率大 易渗水 耐久性差贯入式 表面处治 上拌下贯 沥青碎砾石 13 1概述 2 按施工工艺的不同分类a 层铺法 沥青表面处治和沥青贯入式 功效高 进度快 造价低 成型期长b 路拌法 路拌沥青碎石和路拌沥青稳定土 均匀 成型期短 强度低 沥青粘稠度低 c 厂拌法 厂拌沥青碎石 空隙率10 15 和沥青混凝土 空隙率10 以下 可分为热拌热铺和热拌冷铺 造价高 强度高 沥青粘稠度高 13 1概述 二 沥青路面的分类 3 按沥青路面的技术特性 沥青砼 沥青玛蹄脂碎石 适用于高速公路 一级公路和其他各级公路路面 乳化沥青碎石 适用于三 四级公路沥青面层 二级公路养护罩面和其他各级公路调平层 热拌沥青碎石 适用于二级以下公路路面面层 也可用于联结层 沥青贯入式 适用于二级及二级以下的公路路面面层 沥青表面处治 适用于三 四级公路面层和抗滑 磨耗层 13 1概述 二 沥青路面的分类 沥青玛蹄脂 改性沥青 矿粉 纤维素 道路等级 交通量 使用年限 施工地点 施工季节 施工期限 材料供应 基层状况 施工机械 综合权衡 设计1 路面类型与道路等级和交通强度相适应 适当考虑周围环境2 潮湿多雨地区采用结构较为密实 渗水较小的沥青路面3 施工季节 以温暖干燥气候为宜4 工期紧张时宜用厂拌法5 纵坡 3 增加抗滑性 粗碎石 沥青碎石 沥青表面处治等 纵坡 6 不宜采用沥青路面 13 1概述 三 沥青路面类型的选择 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 1 抗剪强度根据摩尔 库伦原理 在外力作用下不产生剪切破坏 则 一 沥青混合料的强度特性 将 代入 式沥青路面材料强度与稳定性的判别式左端称为活动剪应力 其值等于c 材料处于极限平衡大于c 出现塑性变形c 值通过三轴剪切试验取得 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 一 沥青混合料的强度特性 沥青混合料的抗剪强度主要取决于沥青与矿料相互作用而产生的粘结力 以及矿料在沥青混合料中的相互嵌挤二产生的内摩阻角粘结力 取决于沥青粘滞度 沥青含量 矿料比面积 颗粒大小 与沥青的结合特性 碱性矿料粘结力高 内摩阻角 取决于矿料级配 颗粒形状 表面特性及沥青含量 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 一 沥青混合料的强度特性 2 抗拉强度直接拉伸试验规范采用 间接拉伸 劈裂试验抗拉强度取决于湿度沥青含量粘滞度矿料级配沥青特质 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 一 沥青混合料的强度特性 3 抗弯拉强度小梁三分点加荷试验规范规定试件尺寸 湿度15 0 5oC 长250 2 0mm 宽30 2 0mm 高35 2 0mm跨径200 0 5mm粗粒式沥青混合料150mm 150mm 550mm跨径450mm中 细粒式沥青混合料100mm 100mm 400mm跨径300mm砂质沥青混合料50mm 50mm 240mm跨径150mm美国SHRP采用6 35cm 5 0cm 38 1cm 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 一 沥青混合料的强度特性 一 沥青混合料的强度特性 抗弯拉强度其中 P 最大荷载MNh 高度mb 宽度mL 跨径m抗弯拉强度取决于材料的性质及结构破坏过程中的加荷状况 湿度状况 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 1 蠕变 材料在固定的应力作用下 变形随时间而发展的过程 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 二 沥青混合料的应力 应变特性 2 应力松弛 变形物体在恒定的应变下应力随时间而自动降低的过程指标 应力松弛时间t 应变恒定 应力由初始值 最大值 0 降低到0 5 0时所需的时间 对于沥青混合料 沥青粘滞度E 弹性模量 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 二 沥青混合料的应力 应变特性 3 劲度模量 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a沥青的劲度b沥青混合料的劲度模量 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 疲劳破坏 疲劳寿命 简支小梁试验疲劳试验方法 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 三 沥青混合料的疲劳特性 温度降低 混合料强度提高 温度升高 强度降低路面结构内温度状况预估 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 四 沥青路面的温度状况 温度升高 粘滞度降低 粘结力下降 强度降低 易发生剪切破坏影响沥青混合料高温稳定性的因素 沥青和矿料的性质 相互作用特性 矿料级配组成 沥青砼的热稳定性 表现在夏季路面在车辆作用下是否出现车辙 车辙是高级沥青路面的主要破坏形式车辙试验 在规定尺寸 300mm 300mm 50mm 的板块压实沥青混合料试件上 在固定的荷载的橡胶轮反复行走后 测定其在变形稳定期 每增加变形1mm的碾压次数 即为稳定度 以次 mm表示 试验温度60oC 轮压0 7Mpa 规范 高速公路沥青混合料动稳定度应大于80次 mm 一级公路大于600次 mm 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 五 沥青路面的高温稳定性 温度降低 粘滞度升高 强度增大 则刚性增大 抗变形能力降低 低温缩裂影响因素 沥青性质 老化程度 当地气温状况 路面结构层次七 沥青路面的水稳性 浸水马歇尔试验和黏附性 沥青与矿料 试验 13 2沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 六 沥青路面的低温抗裂性 13 3对沥青路面材料的要求 1 道路石油沥青 主要 P345A 普通道路石油沥青AH 重交通道路石油沥青2 乳化石油沥青 适用于三级公路以下公路的常温沥青混合料路面 沥青贯入式路面及沥青表面处治 也可用于浇洒透层和粘层PC 1 3洒布型阳离子乳化石油沥青PA 1 3洒布型阴离子乳化石油沥青BC 1 3拌合型阳离子乳化石油沥青BA 1 3拌合型阴离子乳化石油沥青 一 沥青材料 3 液体石油沥青 用轻质油将沥青稀释后得到 通常用于浇洒透层和粘层AL R 1 2快凝AL M 1 6中凝AL S 2 6慢凝4 煤沥青 煤经过干馏后得到的焦油再经过加工后得到的产品 适宜于浇洒沥青路面的透层及粘层 也可以用于三级及三级以下公路的面层T 1 9 现很少采用5 改性沥青 13 3对沥青路面材料的要求 一 沥青材料 二 矿料1 粗集料 碎石 筛选砾石 破碎砾石 矿渣等应洁净 干燥 无风化 无杂质 有强度 耐磨耗 与沥青黏附性能好 碱性佳 颗粒形状以近于立方体为佳2 细集料 粒径小于5mm的天然砂 机制砂和石屑应洁净 干燥 无风化 无杂质 并有适当的颗粒组成 热拌沥青混合料的细集料 宜采用优质的天然砂或机制砂3 填料 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 13 3对沥青路面材料的要求 一 试验室配合比设计 目标配合比 1 矿质混合料配合比组成设计 级配范围 1 确定沥青混合料类型 AC 13 20 30 AM 25 2 确定矿料的最大粒径 结构层厚度h d 3 3 确定沥青混合料的级配范围 查阅规范推荐表 4 矿质混合料配合比计算a 组成材料的原始数据测定 筛分曲线 相对密度b 计算组成材料的配合比 计算3种符合规定要求级配范围的各组成材料用量比例c 调整配合比 13 3对沥青路面材料的要求 三 沥青混合料的组成设计 2 确定沥青混合料的最佳沥青用量 马歇尔法 1 制备试样a 按确定的矿质混合料配合比 计算各种矿质材料的用量b 根据规范推荐的沥青用量范围 估计适宜的用量 2 测定物理 力学指标以估计沥青用量为中值 以0 5 间隔上下变化沥青用量制备马歇尔试件不少于五组 在规定的实验温度及试验时间内用马歇尔仪测定稳定度和流值 同时计算空隙率 饱和度 矿料间隙率 13 3对沥青路面材料的要求 三 沥青混合料的组成设计 3 马歇尔试验结果分析a 绘制沥青用量与物理 力学指标关系图b 从图中求取相应于稳定度最大值的沥青用量a1 相应于密度最大值的沥青用量a2 相应于规定空隙率范围中值的沥青用量a3 求取三者平均值作为最佳沥青用量的初始值OAC1OAC1 a1 a2 a3 3c 求出各项指标均符合沥青混合料技术标准 表13 10 的沥青范围OACmin OACmax其中值为OAC2即为OAC2 OACmin OACmax 2 13 3对沥青路面材料的要求 三 沥青混合料的组成设计 d 根据OAC1和OAC2综合确定沥青的最佳用量OACOAC OAC1 OAC2 2e 根据气候与交通特性调整最佳沥青用量f 水稳定性检验 制作马歇尔试件进行浸水马歇尔试验 检验其残留稳定度是否合格 I型沥青砼不低于75 II型70 否则重新进行配合比设计或加抗剥离剂g 抗车辙能力检验 在60oC条件下 用车辙试验机检验其动稳定度 用于中 上层面沥青砼 60oC时 高速公路 城市快速路不小于800次 min 一级公路及主干道不小于6