路基路面工程-第10讲-沥青路面(上)

1、路基路面工程路基路面工程路基路面工程路基路面工程路基工程路基工程路面工程路面工程第第1 10 0讲讲 沥青路面沥青路面第一节概述第一节概述第二节沥青路面材料的结构与力学特性第二节沥青路面材料的结构与力学特性第三节沥青路面的稳定性与耐久性第三节沥青路面的稳定性与耐久性第四节第四节 沥青混合料组成设计沥青混合料组成设计第五节第五节 沥青路面施工与质量控制沥青路面施工与质量控制学习要点掌握沥青路面的掌握沥青路面的基本特性基本特性和和分类分类；掌握沥青路面材料的掌握沥青路面材料的结构力学特性结构力学特性与与温温度稳定性度稳定性；熟悉沥青混合料熟悉沥青混合料组成结构组成结构和和组成设计组成设计；了解路面

2、了解路面施工施工与与质量控制质量控制。第第1 1节节 概述基本特性概述基本特性定义：沥青路面是定义：沥青路面是用用沥青材料沥青材料作作结合料结合料粘结粘结矿料矿料修筑面层与各类基层和垫层所组成的修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构路面结构。v组成成分：组成成分：沥青沥青、矿料矿料v作用关系：作用关系：矿料为骨架，矿料为骨架，沥青沥青粘结粘结矿料矿料第第1 1节节 概述概述基本特性基本特性 目前，沥青路面广泛用于我国公路与城市道路目前，沥青路面广泛用于我国公路与城市道路, ,成成为主要路面形式为主要路面形式。第第1 1节节 概述基本特性概述基本特性沥青路面主要优点沥青路面主要优点1.1.平整

3、性：表面平整性：表面平整平整（导致（导致振动振动小、小、噪声噪声低）；低）；2.2.接缝：接缝：无无接缝接缝（导致（导致行车行车舒适）；舒适）；3.3.施工与维护：施工与维护：施工期施工期短、短、养护维修养护维修简便（例如局部罩简便（例如局部罩面、重铺）面、重铺）4.4.适宜于适宜于分期修建分期修建（可以根据（可以根据交通量交通量成长情况予以逐步成长情况予以逐步拓宽拓宽）。第第1 1节节 概述基本特性概述基本特性1.1.强度强度：能承受车辆行驶而产生的各种作用力；：能承受车辆行驶而产生的各种作用力；2.2.变形能力变形能力：承受相当程度弹塑性变形而不发生破坏；：承受相当程度弹塑性变形而不发生破

4、坏；3.3.减振性减振性：减振性较高，保证行车平稳；：减振性较高，保证行车平稳；4.4.粘附能力粘附能力：与轮胎附着力高，保证行车安全；：与轮胎附着力高，保证行车安全；5.5.其它性能：其它性能：不扬尘；（沥青路面）可再生利用等不扬尘；（沥青路面）可再生利用等第第1 1节节 概述损坏类型及成因概述损坏类型及成因1.1.裂缝裂缝2.2.车辙车辙3.3.松散剥落松散剥落4.4.表面磨光表面磨光裂缝沥青路面裂缝沥青路面最最主要损害形式主要损害形式1.1.横向裂缝横向裂缝荷载型荷载型a.a.成因：成因：超载超载或或重载交通导致的疲劳开裂重载交通导致的疲劳开裂；b.b.典型情况：典型情况：基层基层反射裂

5、缝。反射裂缝。h h1 1h h2 2h hi ih hn n面层面层基层基层底基层底基层垫层垫层x xy yo路基路基m疲劳裂缝疲劳裂缝裂缝发展方向裂缝发展方向裂缝沥青路面裂缝沥青路面最最主要损害形式主要损害形式1.1.横向裂缝非横向裂缝非荷载型荷载型a.a.成因：成因：温度温度降低降低b.b.典型情况：沿道路纵向分布较典型情况：沿道路纵向分布较规则规则温度坡差温度坡差引起的引起的开开裂裂面层面层收缩收缩基层基层约束约束非均匀降温非均匀降温温度坡差温度坡差引起的引起的断断裂裂均匀降温均匀降温面层面层收缩收缩基层基层约束约束裂缝沥青路面裂缝沥青路面最最主要损害形式主要损害形式a.a.成因：成因

6、：路基路基不均匀沉降不均匀沉降；分路幅摊铺；分路幅摊铺b.b.典型情况：裂缝典型情况：裂缝长短不一长短不一。面层面层基层基层土基土基不均匀沉降不均匀沉降Sz层底拉应力层底拉应力R2.2.纵向裂缝纵向裂缝裂缝沥青路面裂缝沥青路面最最主要损害形式主要损害形式成因成因：（：（1 1）路面整体强度不足；（路面整体强度不足；（2 2）横或纵裂缝渗）横或纵裂缝渗水后续发展；（水后续发展；（3 3）沥青老化；）沥青老化；3.3.网状裂缝网状裂缝车辙沥青路面车辙沥青路面主要主要损害形式损害形式成因：渠化交通成因：渠化交通行车荷载反复作用；行车荷载反复作用；路基路基面层永久变形面层永久变形隆起隆起横向粘性流动横

7、向粘性流动下陷下陷隆起隆起面层面层基层基层底基层底基层A.A.柔性基层柔性基层（如无粘结碎、砾石基层如无粘结碎、砾石基层）永久变形永久变形B.B.荷载与高温共同作用下荷载与高温共同作用下沥青面层沥青面层横向塑性流动；横向塑性流动；松散剥落沥青路面松散剥落沥青路面其它其它损害形式损害形式a.a.成因：成因：沥青沥青粘附性粘附性差，差，水入渗水入渗造成沥青与矿料剥离。造成沥青与矿料剥离。b.b.典型情况：表面典型情况：表面松散松散行车行车经过经过带离带离松散颗粒松散颗粒形形成表面成表面坑槽坑槽表面磨光沥青路面表面磨光沥青路面其它其它破损形式破损形式成因：成因：车轮反复滚动摩擦。车轮反复滚动摩擦。危

8、害：表面危害：表面抗滑性能抗滑性能降低降低，雨季雨季容易造成容易造成车祸车祸第第1 1节节 概述沥青路面基本要求概述沥青路面基本要求1.1.高温稳定性高温稳定性：高温期保持足够强度和刚度。：高温期保持足够强度和刚度。2.2.低温抗裂性低温抗裂性：低温期保持较低劲度和较大抗变形能力。：低温期保持较低劲度和较大抗变形能力。3.3.耐久性耐久性：抵抗环境因素作用下材料劣化的性能。：抵抗环境因素作用下材料劣化的性能。4.4.抗滑能力抗滑能力：最不利情况下提供足够摩阻力的性能。：最不利情况下提供足够摩阻力的性能。5.5.防渗能力：防渗能力：抵抗降雨等水流入渗的能力。抵抗降雨等水流入渗的能力。第第1 1节

9、节 概述沥青路面分类概述沥青路面分类1 1、按强度的构成原理分类、按强度的构成原理分类 密实类密实类和和嵌挤类嵌挤类嵌挤嵌挤型：型：级配设计原则：均匀矿料原则级配设计原则：均匀矿料原则强度主要来源：集料嵌挤摩擦强度主要来源：集料嵌挤摩擦密实密实型：型：级配设计原则：最大密实原则级配设计原则：最大密实原则强度主要来源：沥青与集料粘结力强度主要来源：沥青与集料粘结力第第1 1节节 概述沥青路面分类概述沥青路面分类2 2、按施工工艺分类、按施工工艺分类分为分为层铺法层铺法，路拌法路拌法和和厂拌法厂拌法三类。三类。 层铺法：分层洒布沥青、矿料和碾压。层铺法：分层洒布沥青、矿料和碾压。 沥青深入矿料，成

10、型时间长。沥青表处和沥青贯入沥青深入矿料，成型时间长。沥青表处和沥青贯入路拌法：现场拌和沥青与矿料摊铺碾压成型。路拌法：现场拌和沥青与矿料摊铺碾压成型。 沥青均匀分布于矿料，缩短成型时间。沥青均匀分布于矿料，缩短成型时间。厂拌法：工厂拌和沥青与矿料，运输现场摊铺碾压。厂拌法：工厂拌和沥青与矿料，运输现场摊铺碾压。 沥青混合料质量高。沥青混合料质量高。第第1 1节节 概述沥青路面分类概述沥青路面分类3 3、按沥青路面技术特性分类、按沥青路面技术特性分类沥青贯入式路面：沥青贯入式路面：沥青沥青贯入碎贯入碎( (砾砾) )石经压实而成的沥青石经压实而成的沥青面层。贯入深度：面层。贯入深度：4-84-

11、8cmcm。二级及以下公路路面二级及以下公路路面沥青表面处治：沥青表面处治：用沥青和集料铺筑成的厚度用沥青和集料铺筑成的厚度33cmcm的的薄薄面层。施工方法：层铺法和拌和法。面层。施工方法：层铺法和拌和法。抗滑、磨耗或罩面抗滑、磨耗或罩面磨耗层磨耗层碎砾石面层碎砾石面层砂石基层砂石基层抗滑层抗滑层沥青面层沥青面层 半刚性基层半刚性基层碎砾石层碎砾石层沥青面层沥青面层 半刚性基层半刚性基层沥青沥青贯入贯入沥青贯入沥青贯入沥青面层沥青面层 半刚性基层半刚性基层第第1 1节节 概述沥青路面分类概述沥青路面分类3 3、按沥青路面技术特性分类、按沥青路面技术特性分类沥青混凝土路面：沥青混凝土路面：不同

12、颗粒尺寸的矿料（碎石、石屑、不同颗粒尺寸的矿料（碎石、石屑、砂、矿粉）按砂、矿粉）按最佳级配原则最佳级配原则选配。特点：选配。特点：密实度密实度大，大，强强度度高、高、整体性整体性好。好。高等级公路面层高等级公路面层沥青碎石路面：沥青碎石路面：粗粒粗粒含量较含量较多多，不掺不掺矿粉矿粉，沥青沥青用量用量少少，因此因此热稳定性热稳定性好好。面层、基层或联结层。面层、基层或联结层细粒式沥青混凝土细粒式沥青混凝土4cm中粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土6cm沥青碎石沥青碎石上基层上基层10cm二灰稳定碎石下基层二灰稳定碎石下基层36cm半刚性基层沥青路面结构半刚性基层沥青路面结构细粒式沥青混凝土4cm

13、中粒式沥青混凝土6cm沥青稳定碎石24cm？水泥稳定碎石63cm 水泥稳定碎石63cm 级配碎石15cm土 基细粒式沥青混凝土4cm中粒式沥青混凝土6cm粗粒式沥青混凝土8cm？水泥稳定碎石34cm 水泥稳定碎石34cm 二灰土20cm土 基细粒式沥青混凝土4cm中粒式沥青混凝土6cm沥青稳定碎石12cm级配碎石15cm？水泥稳定碎石32cm 水泥稳定碎石32cm 水泥稳定碎石20cm细粒式沥青混凝土4cm中粒式沥青混凝土6cm沥青稳定碎石10cm？水泥稳定碎石35cm 水泥稳定碎石35cm 级配碎石20cm土 基土 基柔性路面柔性路面半刚性基层沥青路面半刚性基层沥青路面夹层式组合基层沥青路面

14、夹层式组合基层沥青路面组合基层沥青路面组合基层沥青路面土土 基基底基层底基层第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥青路面材料结构力学特性一、一、三相体系三相体系与压实性能与压实性能微细观微细观内在尺度划分内在尺度划分第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥青路面材料结构力学特性一、一、三相体系三相体系与压实性能与压实性能集料颗粒运动模式集料颗粒运动模式第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥青路面材料结构力学特性一、一、三相体系三相体系与压实性能与压实性能三相体系描述变量三相体系描述变量VaVcVvVeVgVve空气空气沥青沥青Pe集料集料Pg第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥

15、青路面材料结构力学特性一、三相体系与一、三相体系与压实性能组成成分及压实性能压实性能组成成分及压实性能沥青混合料组成：沥青混合料组成：影响压实的主要因素：影响压实的主要因素：集料（石质集料集料（石质集料+ +矿粉）、沥青胶结料、残余空隙矿粉）、沥青胶结料、残余空隙沥青用量、集料级配；压实温度、压实速度和压实应力沥青用量、集料级配；压实温度、压实速度和压实应力第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥青路面材料结构力学特性二二、沥青混合料、沥青混合料结构力学特性结构力学特性根据根据嵌挤结构嵌挤结构和和密实结构密实结构所占所占比例比例不同，沥青混合料结不同，沥青混合料结构分为：构分为：密实悬浮结构

16、密实悬浮结构、骨架空隙结构骨架空隙结构、骨架密实结构骨架密实结构。细细料多，料多，粗粗料少，料少，级级配配连续，连续，粘结力粘结力高，高，稳定性差稳定性差粗粗料多，料多，细细料少连续料少连续开开级配，级配，内摩擦内摩擦力高，力高，稳定性较好稳定性较好粗粗、细细料搭配得当，料搭配得当，间断间断级配，级配，内摩擦内摩擦力力和和粘结力粘结力较高较高第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥青路面材料结构力学特性三三、沥青混合料、沥青混合料粘弹性性质粘弹性性质与与力学模型力学模型1.粘弹性材料基本性质粘弹性材料基本性质主要性质主要性质（1 1）对对加载速度加载速度（时间效应）和（时间效应）和试验温度试

17、验温度（温度效应）（温度效应）的依赖性，并服从的依赖性，并服从时间温度换算时间温度换算法则法则OSBC：弹性区：弹性区：粘弹性区：粘弹性区：粘塑性区：粘塑性区（2 2）具有十分明显的具有十分明显的蠕变蠕变与与应力松驰应力松驰特性特性第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥青路面材料结构力学特性三三、沥青混合料、沥青混合料粘弹性性质粘弹性性质与与力学模型力学模型2.蠕变与松弛蠕变与松弛蠕变蠕变：应力恒定时应变随时间增长的现象：应力恒定时应变随时间增长的现象应变应变时间时间时间时间应力应力UTMUTM三轴试验仪三轴试验仪第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥青路面材料结构力学特性三三、沥青混

18、合料、沥青混合料粘弹性性质粘弹性性质与与力学模型力学模型2.蠕变与松弛蠕变与松弛应力松弛应力松弛：应变恒定时应力随时间衰减的现象。：应变恒定时应力随时间衰减的现象。时间时间应变应变应力应力时间时间tUTMUTM三轴试验仪三轴试验仪第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥青路面材料结构力学特性三三、沥青混合料、沥青混合料粘弹性性质粘弹性性质与与力学模型力学模型3.基本流变模型元器件模型基本流变模型元器件模型E E 虎克弹簧虎克弹簧弹性弹性，可可恢恢复性，复性，瞬时瞬时性，速率性，速率无无关特性关特性牛顿粘壶牛顿粘壶粘性粘性，可可恢恢复性，时间复性，时间延迟延迟性，速性，速率率相关相关特性特性f

19、f0圣维南刚塑性体圣维南刚塑性体刚塑性刚塑性，不不可可恢复性，恢复性，瞬时瞬时性，速性，速率率无关无关特性特性沥青混合料沥青混合料：低温（：低温（ 0 0C C左右）线弹性左右）线弹性沥青混合料沥青混合料：常温（：常温（20203030C C左右）粘弹性左右）粘弹性沥青混合料沥青混合料：高温（：高温（4040C C以上）粘塑性以上）粘塑性第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥青路面材料结构力学特性三三、沥青混合料、沥青混合料粘弹性性质粘弹性性质与与力学模型力学模型3.基本流变模型元器件模型基本流变模型元器件模型MaxwellMaxwell模型模型E)/exp(00ttdtEdEEEKelv

20、inKelvin模型模型E11E0ZenerZener模型模型第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥青路面材料结构力学特性三三、沥青混合料、沥青混合料粘弹性性质粘弹性性质与与力学模型力学模型3.基本流变模型元器件模型基本流变模型元器件模型沥青混合料的力学模型沥青混合料的力学模型（1 1）BurgersBurgers模型模型泽纳泽纳与与牛顿粘壶牛顿粘壶串连串连（2 2）修正的）修正的BurgersBurgers模型模型修正粘壶修正粘壶本构关系本构关系（3 3）Delft-XahuDelft-Xahu模型：模型：DelftDelft技术大学研究提出技术大学研究提出E12E01修正修正BurgersBurgers: :1AeBtBurgers:Burgers:1const第第2 2节节 沥青路面材料结构力学特性沥青路面材料结构力学特性四四、沥青混合料强度特性、沥青混合料强度特性1.受力特性受力特性A点点:剪应力反向剪应力反向VT=t1VT=t2A点点:主应力旋转主应力旋转T=t1T=t2T=t3VT=t3A动三轴试验资料分析动三轴试验资料分析1 13 31 1t t(1)(1)三向（三向（维维）受力状态，承受）受力状态，承受剪切剪切、拉伸拉伸和和压缩压缩作用作用(2)(2)应力状态是