路面材料特性

1、路面材料的类型颗粒类无机结合料稳定类沥青混合料水泥混凝土路面材料的类型这些材料通常按照不同的组成方式,构成具有不同性质的路面材料,用于路面的不同结构层。由于材料(整体性材料和非整体性材料的基本性质和组成方式的不同,导致各种路面结构层具有不同的力学特性,从而表现出不同的使用品质和使用寿命。了解各个材料的组成特点和强度特性,有助于正确的设计路面结构。路面材料的类型相同的厚度所提供的性能不同路面材料的类型满足相同的使用性能,具有不同力学性质的材料所需厚度不同主要内容路面的破坏,源于变形过大或应力超过极限强度。合理组织与设计这些材料,用于不同的层位,使其尽可能发挥各自特长,保证路面应有的使用寿命。组成

2、特点强度来源工程性质相关测试方法与结构设计相关的两个力学性质第一节概述与路面结构性质和设计有关的力学特性变形特性应力-应变特性应力、应变累计变形塑性变形强度特性抗剪、抗拉、抗弯强度疲劳强度颗粒材料的定义无结合料稳定的各种砾石、碎石碎石:是指符合工程要求的石料,经开采并按一定尺寸加工而成的有棱角的粒料。砾石:是指石料经水流长期搬运而成的一定尺寸的无棱角的粒料。两种主要类型:嵌锁型碎石碎石或砾石混合料三种组成状态强度来源,密度,透水性,冻敏性,耐冲刷性?骨架结构,不含或很少细料(<0.074mm的状态骨架-填充结构,骨架内填充细砂悬浮结构,粗集料悬浮于细集料之中三种组成状态骨架结构:强度来源

3、于接触部位的摩擦力,对骨料强度要求高;水稳定性好,透水性好,无冻敏骨架-填充结构:强度来自于摩擦力,抗剪切强度有所提高;密度高,透水性差,可能是冻敏的,取决于填充料;不耐冲刷悬浮结构:强度取决于填充料;密度高,透水差,水敏,冻敏,不耐冲刷主要组成嵌锁型碎石主骨料,单一粒径的轧制碎石嵌缝料,5 mm以下的石屑颗粒 施工工艺:将碎石铺洒后碾压。干压水结泥结泥灰结(填隙碎石(黏土或石灰土作为灌缝材料,提供粘结力,形成泥结或泥灰结碎石嵌锁型碎石干压碎石泥灰结碎石泥结碎石水结碎石嵌锁型碎石强度来源主要依靠碎石间压实而形成的嵌锁作用部分灌浆材料的粘结作用影响因素碎石的粒径与形状石料的强度、压实度嵌锁型碎石

4、材料要求形状:带棱角,近立方体强度:压碎值不大于26%(基层,30%(底基层较弱或扁平细长颗粒的含量:小于15%最大粒径:与层厚、层位和石料强度有关,一般为层厚度的50%70%,< 53mm(基层,< 63mm(底基层嵌锁型碎石材料要求嵌缝料:< 5 mm石屑填缝颗粒,起到填充孔隙、增加密实度和稳定性的作用。填缝碎石适用于基层或底基层,泥结碎石或泥灰结碎石适用于中级或低级路面的面层。嵌锁型碎石 集料尺寸嵌锁型碎石 集料尺寸 嵌锁型碎石集料尺寸最大粒径:100%通过35mm 的最小标准筛孔径最大公称粒径:保留在标准筛的颗粒含量不超过10%(> 0%的最大标准筛孔径嵌锁型碎

5、石 适用场合基层或底基层(填隙碎石低级路面的面层(泥结或泥灰结碎石碎石或砾石混合料 碎石混合料粗、细碎石集料和石屑或砂砾石混合料天然砾石粗、细砾石集料和砂级配碎石或砾石:当混合料中颗粒组成是密级配碎石或砾石混合料 抗变形能力粗、细集料的颗粒组成(级配细料(< 0.075 mm的性质和含量混合料的密实度 碎石或砾石混合料强度来源含有少量细料,依靠材料间摩阻力获得稳定性,密实度较低;适量细料并填充集料间孔隙时,依靠摩阻力获得稳定性,施工时易于压实,密实度提高,抗剪强度也相应提高;过量细料,粗集料悬浮于细料中,抗剪强度下降,水稳定性也降低。碎石或砾石混合料材料要求:根据路面等级不同而已强度级配

6、粒径适用范围良好级配的碎石,具有极大的密实度和抗变形能力,适用于基层或底基层主要特点优点投资不高,随交通量的增加分期改善;缺点平整度差,易扬尘,泥结碎石路面雨天还易泥泞。碎石或砾石混合料无结合料处治粒料(unbound在国外是一种应用极为普遍的筑路材料,广泛用于柔性路面的基层和底基层,用于基层的常为较优质的碎石层。美国、澳大利亚及南非还把最佳级配的优质碎石用于半刚性基层与沥青面层之间,作为减少沥青路面反射裂缝的措施。 应力-应变关系线弹性体的应力-应变关系 表征指标:弹性模量 应力:三轴实验,轴向拉伸实验,弯拉实验应变:应力对应方向上的应变应力-应变关系非线性弹-塑性体:试验方法:三轴试验、侧

7、向应力(3恒定、改变轴向应力 应力-应变关系偏应力d =13竖向压应变1大部分路面材料的应力-应变关系为曲线应力卸载后难以恢复到原来的状态 第二节颗粒类材料应力-应变关系表征指标:模量:E=(13/1分类:(初始切线模量割线模量回弹模量第二节颗粒类材料应力-应变关系 第二节颗粒类材料 = 应力-应变关系回弹模量:应力卸除阶段的割线模量仅包括可恢复的应变,反应了材料的弹性性质,常用于弹性理论分析路基路面结构内应力应变、疲劳损坏时。应力-应变关系颗粒类材料 应力-应变关系颗粒类材料32132132+=+=+=为主应力之和k为与材料有关的系数,k1=7.015.7,k2=0.460.64应力-应变关

8、系主应力越大,模量越大密实度越高,模量越大颗粒棱角越多,模量越大含水量越多,模量减小(细颗粒多时应力-应变关系设计路面结构时考虑模量的取值;粒料模量取值较困难,因为E=f(应力,棱角,含水量,密度,且非线性、无抗拉能力,模量与结构层组合、相邻层的刚度有关,因此设计中无法考虑这么详细;模量不直接取实验值,一般取为路基模量的倍数:E=kE0 k:1.57.5,一般取2.5,泊松比:0.30.35与细粒土类似变形累积性能不同的应力水平下具有不同的塑性变形特征:在应力水平较低的情况下,塑性变形量较小,且在一定的荷载作用次数以后变形不再发展;应力较大时,则形变随作用次数迅速发展,并最终导致破坏。级配良好

9、的颗粒类材料变形累积性能与土的变形累计规律类似当较小时,趋于缓慢稳定增加当较大时,急剧增加级配差、颗粒尺寸单一的粒料:在应力重复多次之后,塑性应变依然在发展。因此,不适于修建路面。含有细料的颗粒类材料:细料过多会影响混合料的密实度,将使变形累积增大。强度性能强度来源颗粒类材料自身是松散的,粘结力为0;不能承受拉应力的作用,可以受压或受剪切内摩擦力提供了抗剪切强度,但取决于粒料的纹理、密实度、颗粒形状、级配等因素强度性能抗剪强度:三轴试验 此外,CBR 也可评价材料的承载能力,tg = CBR 加州承载比以材料抵抗承局部荷载压入变形的能力表征载能力压入变形速率01.25 mm/minp: 测试材

10、料在贯入量为2.54 mm 时的单位压力,kPaCBR 受细料含量与最大粒径影响tg =随压实功增加,密实度和CBR 均增加;在同以压实功下,密实度和CBR 随细粒含量的变化存在一最佳含量;最大密实度:8-10%;最大CBR :6-8%随最大粒径的增加,密实度和CBR均增加;在同以压实功下,不同最大粒径下,密实度和CBR随细粒含量的变化不同,但几乎都存在一最佳含量;强度性能抗压性能:颗粒压碎值、形状与透水性压碎值取决于集料的强度和形状集料生产过程中的内部裂纹会影响压碎值密实可提高强度,但可能会牺牲水稳定性、温度稳定性和抗冲刷能力,设计者应设法平衡强度与稳定性之间的系知识点回顾:1.路面材料组成结构性质使用性能三者关系;2.颗粒类材料的类型、组成状态、强度来源3.颗粒类材料的应力-应变关系,变形特性,强度性能定义在原状松散的土或碎石中掺加各种无机结合料及水,通过物理或化学作用,使土或碎石的工程性质得到改善,成为具有较高强度和稳定性的路面材料。刚度介于柔性材料与刚性材料之间,称为半刚性材料。无机结合料类型水泥、石灰、粉煤灰稳定类材料类型石灰稳定土石灰-粉煤灰稳定土或粒料水泥稳定土或粒料 主要特点板体性好