沥青路面材料的力学性能、耐久度及质量控制

1、第十三章沥青路面材料的力学性能、耐久度及质量控制主要内容第一节 概述第二节 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四节 沥青路面施工与质量控制第五节 沥青路面的材料要求（自学）第六节 沥青混合料的组成设计(自学)第一节 概述1）沥青路面 由沥青作为结合料，粘结矿料修筑面层，并和基层（底基层)共同组成的路面结构。2）沥青路面结构组合 松散粒料做基层（面层薄时易疲劳破坏，可有效控制松散料下半刚性层裂缝反射） 无机结合料稳定材料做基层（易出现基层及面层的收缩裂缝，及基层裂缝的反射裂缝） 沥青类材料做基层（耐久性好，对裂缝的防治效果很好） 水泥砼板做基层（新建水泥路面+沥青面层

2、，易出现反射裂缝，旧路面则旧板的病害很容易反映到面层）1、沥青路面及结构组合形式第一节 概述根据不同基层材料结构可组合成三种典型路面结构类型。1 半刚性基层沥青路面半刚性基层或底基层的沥青路面结构。2 柔性路面各结构层由沥青混合料，或沥青贯入碎石、或冷拌沥青混合料、级配碎石、砂砾等柔性材料组成的结构。3复合式路面采用贫混凝土、混凝土等刚性基层的沥青路面结构。第一节 概述路面各结构层的功能第一节 概述2、沥青路面的工程特点优良的力学性能变形性能与强度良好的抗滑性雨天的行驶安全性 高度的减震性，行驶迅速、平稳、低噪声 施工方便强度形成速度，有利于维修、分期修建 经济耐久使用寿命不扬尘、容易清扫和冲

3、洗第一节 概述（1）表面平整无接缝、行车较舒适；（2）结构较柔，振动小，行车稳定性好；（3）车辆与路面的视觉效果好；（4）施工期短、施工成型快，能够迅速交付使用（在机场跑道、高速公路上尤其需要） ；（5）易于维修，可再利用；（6）强度和稳定性受基层、土基影响较大；（7）沥青混合料力学性能受温度影响大；（8）沥青会老化，沥青结构层易出现老化破坏。 3、沥青路面的优缺点（与普通水泥路面相比）第一节 概述1）裂缝crackings表观形态分有：横裂、纵裂、网裂等4、沥青路面的损坏类型及成因产生原因：横向裂缝： 荷载型因拉应力超过材料疲劳极限引起，从下向上发展； 非荷载型沥青面层缩裂因冬季沥青材料收缩

4、产生的应力大于材料强度引起，反射裂缝因基层收缩开裂向面层延伸引起。纵向裂缝：路面分幅摊铺时，接缝未处理好；路基原因等引起失稳。网裂：上述裂缝未及时处理，水渗入所致；结构强度不足；沥青老化等1）裂缝 crackings4、沥青路面的损坏类型及成因第一节 概述第一节 概述纵向裂缝 longitudinal cracking1）裂缝第一节 概述横向裂缝Transverse cracking1）裂缝第一节 概述块裂及网裂Net Cracking1）裂缝2）车辙 rut定义： 路面结构及路基在行车荷载作用下的补充压实，或结构层及路基中材料的侧向位移产生的累积永久变形。车辙还包括轮胎磨耗引起的材料缺省。

5、车辙是高级沥青路面的主要破坏型式 ，对于半刚性基层沥青路面，车辙主要发生在中上面层或沥青层表。原因： 1）沥青混合料高温稳定性不足，塑性变形累积； 2）路面结构及路基材料的变形累积； 3）车辆渠化交通的荷载磨耗磨耗型车辙。 第一节 概述第一节 概述车辙图片3）松散剥落 Ravelling and Stripping定义： 沥青从矿料表面脱落，在荷载作用下面层呈现的松散现象。沥青层出现松散剥落将会继而出现坑槽破坏。原因： 1）沥青与矿料黏附性差（沥青粘性差、集料粘附等级低、集料潮湿、沥青老化后性能下降、冻融等）； 2）水的作用； 3）沥青在施工中的过度加热老化第一节 概述第一节 概述第一节 概述

6、松散剥落图片4）表面抗滑不足 surface skid resistance定义： 沥青路面在使用过程中，表面集料被逐渐磨光，或者出现沥青层泛油，使得沥青层表出现光滑。原因： 1）集料软弱，宏观纹理和微观构造小； 2）粗集料抵抗磨光的能力差（由磨光值、棱角性、压碎值等表征）； 3）级配不当，粗料少、细料多； 4）用油量偏大，或出现水损害； 5）沥青稠度太低； 6）车轮磨耗太严重第一节 概述第一节 概述表面抗滑不足及泛油图片第一节 概述5）其它病害包括泛油、坑洞、波浪、拥包、啃边等。高温稳定性-高温下抵抗永久变形的能力；低温抗裂性-抵抗低温抗裂的能力；水稳定性-抵抗水损害的能力，密级配路面抗渗和

7、排水路面透水；耐久性抵抗老化与荷载重复作用的能力；抗滑能力保证不利情况下车辆安全形势的能力。 5、沥青路面的基本要求第一节 概述第一节 概述5、沥青路面的基本要求强度与刚度(开裂、变形)稳定性(高、低温、水稳定性)耐久性(疲劳、老化)平整性(舒适、动荷)抗滑性(安全)少尘性(环保)第一节 概述分区目的： 全国各地区气候条件差异很大，对沥青提出的要求也不尽相同，为保证沥青路面对气候的适应性，提出了沥青及沥青路面的气候分区。分区方法： 根据高温-低温-雨量三个主要因素的30年气象统计资料来划分。即： （1）沥青路面分区：高、低温指标及降雨指标 （2）沥青及沥青混合料分区：高、低温及降雨指标 6、沥

8、青路面使用性能的气候分区第一节 概述高温指标： 最近30年设计周期的最热月的平均日最高温度的平均值。低温指标：最近30年的极端最低气温的最小值 分区指标：降雨指标：最近30年的年平均降雨量的平均值 第一节 概述第一节 概述气候型型 号温度(C)七月平均最高气温年极端最低气温1-11-21-31-4夏炎热，冬寒夏炎热，冬寒夏炎热，冬冷夏炎热，冬温30-92-12-22-32-4夏热，冬寒夏热，冬寒夏热，冬冷夏热，冬温2030-93-2夏凉，冬寒20-37-21.5沥青路面气候分区（P308-309）第一节 概述第一节 概述第一节 概述1）按强度构成原理：密实类沥青路面 这类沥青路面的矿料按最大密

9、实原则设计，路面的强度和稳定性取决于混合料的凝聚力和内摩阻力。其面层结构的特点是空隙率小，细料含量多，高温时易产生推挤变形。常用的类型有沥青混凝土、密级配沥青稳定碎石混合料等。7、沥青路面的分类第一节 概述嵌挤类沥青路面这类沥青路面的强度和稳定性主要依靠骨料颗粒间相互嵌挤产生的内摩阻力，凝聚力仅起次要作用。其主要特点是热稳定性好。部分类型的空隙率大，易渗水，耐久性较差。常用的主要结构有Porous Asphalt Pavement（PA）或Open Graded Asphalt Friction Course（OGFC）、 SMA、Superpave、沥青贯入、沥青表面处治等。各自优缺点：密实

10、类：耐久性好，热稳定性差；嵌挤类：热稳定性好。第一节 概述层铺法沥青表处和沥青贯入式 分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑面层。优点：工艺设备简便、功效较高、施工进度快、造价较低；缺点：路面成型期较长，需要经过炎热季节行车碾压才能成型； 路拌法采用移动式拌和机械(或人工)在现场施工，将矿料和沥青材料就地拌和，摊铺并碾压密实成型。可采用热油冷料或冷油冷料拌和摊铺。 优点：沥青材料分布相对均匀，成型期短；缺点：冷料拌和强度低厂拌法沥青碎石和沥青混凝土 一定级配的矿料和沥青材料在工厂用专用设备加热拌和，送到工地摊铺碾压成型。分热拌热铺、热拌冷铺，区别在于摊铺时混合料温度优点：矿料精选、除水彻底

11、、沥青稳定、热拌均匀、混合料质量高。2）按施工工艺：沥青混凝土（Asphalt Concrete）热拌沥青碎石（Asphalt Macadam）乳化沥青碎石（Emulsion Asphalt Macadam)沥青贯入式沥青表面处治沥青玛碲脂碎石SMA （Stone Mastic Asphalt）排水性沥青混凝土（Porous Asphalt Concrete）开级配抗滑磨耗层（ Open Graded Friction Course ） 3）按沥青路面材料的技术特点：第一节 概述第一节 概述第一节 概述一方面要根据任务要求（道路的等级、交通量、使用年限、修建费用、环境状况等）和工程特点（施工季

12、节、施工期限、路基及基层状况等）；另一方面还应考虑材料供应情况、施工机具、劳力和施工技术条件等因素。 8、沥青路面类型选择1、沥青混合料的体积参数关系沥青混合料是一种由集料、沥青和空气组成的三相空间体系。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1、沥青混合料的体积参数关系第二节 沥青路面材料的结构与力学特性1、沥青混合料的体积参数关系第二节 沥青路面材料的结构与力学特性1、沥青混合料的体积参数关系第二节 沥青路面材料的结构与力学特性1） 沥青混合料压实度及其控制：沥青混合料的压实度直接决定着其成型后的强度，在一定范围之内（没有出现过压时），压实度越大越好。压实度

13、表征的三种方式与实际控制方法：（1）理论密度的压实度；（2）马歇尔密度的压实度；（3）试验段密度的压实度。区别：分母不一样，分别是：真密度、马歇尔试件密度和试验段取芯试件密度。控制标准：93%、97%、99% 2、沥青混合料的压实性能 2）沥青混合料压实影响因素： 压实温度、压实速度、压实应力（功）、沥青用量等。第二节 沥青路面材料的结构与力学特性沥青混合料压实可行性区域3、沥青混合料的结构力学特性沥青混合料是一种由集料、沥青和空气组成的三相空间体系。强度取决于集料颗粒间的摩擦力和嵌挤力、沥青胶结料的粘结性以及沥青与集料之间的粘附性。影响：集料的类型、空间布型以及胶结料的类型、用量、与集料的粘

14、附程度影响着沥青混合料的力学特性。类型：按密实原则和嵌挤原则构成的沥青混合料的典型结构类型有三种：密实悬浮结构、骨架空隙结构、骨架密实结构第二节 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沥青混合料力学参数试验1）三轴试验（摩尔库仑理论）如何求沥青混合料的粘结力C和内摩擦角？建立极限平衡条件第二节 沥青路面材料的结构与力学特性1）三轴试验 采用圆柱形试件，试件直径应大于矿料最大粒径的4倍，试件高与直径比大于2；矿料最大粒径小于25mm时，试件直径10cm，高20cm；将一组试件分别在不同侧压力下以一定加载速度施加垂直压力到试件破坏，此时该垂直压力为最大主应力，侧压力为最小

15、主应力。三轴压缩试验原理2）无侧限抗压试验及抗拉强度（间接抗拉）试验采用圆柱形试件；无侧限抗压试验试件直径应大于矿料最大粒径的4倍，试件高径比大于2，矿料最大粒径小于25mm时试件直径10cm高20cm；劈裂试验试件直径101.60.25mm、高63.5 1.3mm（马歇尔试件），或轮碾机成型板块试件，或从道路现场钻取直径1002或1502.5mm、高为405mm的圆柱体试件。 第二节 沥青路面材料的结构与力学特性4）直剪试验确定： 通过不同压力的直接剪切试验确定第二节 沥青路面材料的结构与力学特性3）简单拉压试验确定： 通过简单抗拉强度试验和间接抗拉试验确定 1）粘弹性材料的基本性质应力应变

16、关系的曲线性及不可逆性；对加载速度（时间效应）和试验温度（温度效应）的依赖性，服从时间温度换算法则；具有十分明显的蠕变与应力松弛特性；线粘弹性材料服从Boltzmann线性叠加原理和复数模量原理；4、沥青混合料粘弹性性质与力学模型参考沥青混合料是一种弹-粘-塑性材料，不同外部（温度与荷载）条件下，表现出不同的性质:低温小变形时：线弹性性质高温大变形时：粘塑性性质在过渡范围内：粘弹性性质第二节 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沥青混凝土常温下加载并反向加载的典型曲线第二节 沥青路面材料的结构与力学特性沥青混凝土温度恒定时间变化、时间恒定温度变化的典型曲线试验温度的

17、升高相当于慢速加载、加载时间的延长：时间温度转化法则第二节 沥青路面材料的结构与力学特性蠕变 蠕变是应力不变，变形随时间而增加的现象。这一过程在应力不变情况下，取决于其作用时间。沥青材料在不同应力及时间下表现：应力小，时间短： 主要表现为弹性性质，在应力施加后变形瞬时出现，应力撤除后变形迅速恢复。这种变形叫做纯弹性变形（瞬时弹性变形），在该范畴内，应力应变呈直线关系；应力较大，时间较长： 主要表现为粘弹性性质，应力施加后瞬时出现变形，然后变形仍逐渐增加，当应力撤除后，一部分变形瞬时恢复（弹性变形部分），另一部分变形随时间缓慢恢复，这部分变形是粘弹性变形（滞后弹性变形）。应力大，时间长： 主要表

18、现为塑性性质，除包含粘弹性性质外，还有较大一部分变形无法恢复，称为塑性变形。 注意：沥青混合料的实际变形弹性、粘性、塑性三种都包含，不过根据应力大小和作用时间不同而表现出以上各种不同性质为主的特点。 2）蠕变与松弛特性 creep and relaxation应力松弛 应力松弛是应变恒定不变，应力随时间减小的现象。应力降低到初始数值（初始应力值的1/n）的时间，称为松弛时间。 沥青混合料主要呈现为弹性或粘塑性，与应力作用时间与松弛时间的比值有关：作用时间松弛时间，以粘塑性为主； 作用时间与松弛时间相近，为弹-粘-塑性。 冬季气温低，沥青混合料粘滞度高，松弛时间长，显示弹性性质；夏季粘滞度低，松

19、弛时间大大降低，则为弹、粘、塑性，取决于作用时间；第二节 沥青路面材料的结构与力学特性综合沥青路面蠕变规律第二节 沥青路面材料的结构与力学特性第一阶段：迁移期，蠕变（永久）变形在瞬间迅速增大，但应变速率随时间迅速减小；第二阶段：稳定期，蠕变（永久）变形呈直线形稳定增长，应变速率保持稳定，该过程占总过程的主要部分；第三阶段：破坏期，蠕变（永久）变形和应变速率均急剧增大，直至破坏。 1）基本流变模型及其组合5、沥青混合料的流变学模型参考 沥青混合料是一种弹-粘-塑性材料，弹、粘、塑性是其力学特性的基本单元，需要用一定的力学模型及本构关系来表达，并进一步实现串联或并联的组合形成复杂的组合模型来模拟材

20、料真实的力学特性。第二节 沥青路面材料的结构与力学特性弹簧、粘壶及滑块及其组合弹簧元件黏性元件塑性元件Van Der Pool模型及其蠕变曲线 2）基本力学元件的组合 通过对基本元件的串连或并联组合，可形成新的力学模型来表征不同的粘弹塑性材料。元件串连：总应力等于各分应力，总应变等于各分应变之和；元件并联：总应力等于各分应力之和，总应变等于各分应变。常用的简单组合模型有下列几种第二节 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6、沥青混合料的模量1）劲度（劲度模量）Stiffness modulus 反映沥青和沥青混合料在给定温度和加荷时间条件下的应力-应变关系的参数，称

21、作劲度S。应力作用时间、温度、应力大小都会对沥青和沥青混合料的应力应变特性造成影响，因此，劲度（模量）表达式中必须考虑这些因素。 C.范德甫（Vander Poel）提出了表征弹-粘塑材料劲度（模量）的表达式：施加的应力，MPa；总应变； t荷载作用时间，s；T材料的温度，。问：与弹性模量的区别？2）沥青的劲度第二节 沥青路面材料的结构与力学特性由图中曲线可以看出：（1）加荷时间短时，曲线接近水平，表明材料处于弹性性状；加荷时间很长时，便表现为粘滞性性状；处于二者之间时则兼有弹-粘性性状。（2）各种温度下的S-t关系曲线具有相似的形状，如果将曲线作水平向移动，则将可将它们近似重合在一起。这意味

22、着温度对劲度的影响同一定量的加载时间对劲度的影响效果相当。（3）温度和加载时间对劲度的影响具有互换性，是沥青材料的一个重要性质。利用这一性质，可以通过采用变换试验温度的方法，把在有限时间范围内得到的试验结果扩大到很长的时段。第二节 沥青路面材料的结构与力学特性2）沥青的劲度第二节 沥青路面材料的结构与力学特性范得保沥青劲度确定诺模图3）沥青混合料的劲度 C范德甫对一系列密级配沥青混合料进行试验后确认，沥青混合料的劲度模量是沥青的劲度模量和混合料中集料数量的函数。 沥青混合料的劲度模量，MPa； 沥青的劲度模量，MPa； 混合料中集料的集中系数适用于沥青混合料的空隙率等于0.70.9的情况，若空

23、隙率大于3，修正为：为3，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3）沥青混合料的劲度7、沥青混合料的强度 强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大荷载（或应力）。构成公路路面各结构层的材料，一般都具有较高的抗压强度，而抗拉或抗剪强度较弱（这在颗粒材料中或结合料粘结力较低的结构中尤为突出）。控制路面材料极限破坏状态的往往不是抗压强度，可能出现的强度破坏通常为： （1） 因剪切应力过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑移或相对变位； （2） 因拉应力或弯拉应力过大而引起的断裂。 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1）

24、抗剪强度矿料特性 酸碱性：（如：石灰岩为碱性，玄武石为酸性）决定了石料与沥青的粘附性，由差到好：花岗岩、片麻岩、玄武岩、安山岩、砂岩、石英岩、石灰岩的粘结力由小到大。 比表面积：（单位：cm2/g），能与沥青相互作用的面积，越大则粘结力越大。颗粒越小，比表面积越大，所以决定于混合料的矿粉含量。 级配、颗粒形状：决定内摩阻力大小。沥青特性 用油量：决定沥青膜厚度及自由沥青含量，存在最佳含量。 粘滞度：越大，粘结力也越大。影响沥青混合料抗剪强度的因素：2）抗拉强度 在气候寒冷地区，冬季气温下降，特别是急骤降温时，沥青混合料发生收缩，如果收缩受阻，就会产生拉应力；车辆紧急制动后轮下混合料表面出现拉应

25、力；沥青混合料底面由于车辆荷载、基层裂缝导致的拉应力。当拉应力超过沥青混合料的抗拉强度时，路面就会产生抗拉不足开裂。 抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力提供，其大小可采用直接拉伸或间接拉伸试验确定。 劈裂试验传递荷载的两端垫条，对试件中的应力分布和极限强度有显著影响，通常垫条宽为12.7mm，大试件为19mm。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直接拉伸间接拉伸试验2）抗拉强度沥青混合料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、加载速度等因素有关。试验表明：1）沥青的粘滞度大，或沥青含量较大，沥青混合料具有较高的抗拉强度；2）密级配

26、混合料的抗拉强度较开级配混合料高；3）随施荷速率增大而增加，随温度的增加而下降； 第二节 沥青路面材料的结构与力学特性3）影响沥青混合料抗拉强度的因素4）抗弯拉强度 沥青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，必须验算沥青混合料的抗弯拉强度； 试验方法：小梁弯曲试验：梁式试件的高和宽应不小于矿料最大粒径的四倍，梁的跨径为高的三倍。最大粒径达3.5cm的粗粒式沥青混合料、稳定类材料和水泥混凝土的试验 ：150150550mm的大梁，跨径为450mm；最大粒径为2.5cm的稳定类材料或者中、细粒式沥青混合料：100100400mm的中梁，跨径为300mm；石灰(或水泥)稳定土或者砂

27、质沥青混合料：5050240mm的小梁，跨径为150mm；第二节 沥青路面材料的结构与力学特性影响沥青混合料抗弯拉强度的因素： 沥青的性质、沥青的用量、矿料的性质、混合料的均匀性、荷载重复次数、加载速度、温度状况等。 我国沥青及沥青混合料试验规程（JTJ053-2000）中标准弯曲实验试件为250mm30mm35mm的棱柱体小梁，跨径2000.5mm。试验温度采用150.5，评价低温拉伸性能时，宜采用-100.5。 第二节 沥青路面材料的结构与力学特性4）抗弯拉强度弯曲实验有切口的弯曲实验1、沥青路面的高温稳定性高温稳定性不足：有车辙、推移、拥包、搓板、泛油等病害（1）车辙的类型失稳性车辙结构

28、性车辙磨耗性车辙（2）车辙的形成过程初始阶段的压密过程沥青混合料的侧向流动集料的重新分布及集料骨架的破坏（3）影响车辙的主要因素沥青路面结构层在车轮荷载作用下，内部材料流动，产生横向位移，在轮迹处出现变形路面结构在交通荷载作用下产生整体永久变形主要是由于路基变形传递到面层引起路面结构顶层材料在车轮磨耗和自然环境因素作用下不断损失而形成的永久变形第三节 沥青路面的稳定性与耐久性（4）沥青混合料高温评价方法现场试验路试验：AASHTO试验路，WestTrack环道试验大型足尺试验：室内环道、室内直道、重复加载试验（ALF）、重车 加载试验等；室内小型试验：单轴压缩试验：测定高温抗压强度及软化系数；

29、马歇尔试验：马歇尔稳定度、流值；蠕变试验：单轴三轴静载重复加载（动载）连续动态加载间歇重复加载静载重复加载（动载）连续动态加载间歇重复加载简单剪切试验：轮辙试验：第三节 沥青路面的稳定性与耐久性 轮辙试验 模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的试验方法，室内代表性试验为车辙试验。车辙试验是在规定尺寸的板块状压实沥青混合料试件上，用固定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，即动稳定度，以次/mm表示。我国规范规定，一般情况下，试验温度为60，轮压为0.7MPa；计算动稳定度的时间原则上为试验开始后4560min之间；板试件尺寸为300mm，宽300mm，厚50m

30、m。第三节 沥青路面的稳定性与耐久性试验可以三大指标：任意时刻总变形即车辙深度；动稳定度DS；变形速率RD； 简单剪切试验：试件尺寸根据混合料最大粒径选定；试验温度为4 ，20 ，40。第三节 沥青路面的稳定性与耐久性（5）沥青路面高温稳定性技术标准沥青路面容许车辙深度：发展历程：路基顶面容许竖向压应变沥青层容许永久变形路面容许车辙深度第三节 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轮辙试验动稳定度标准第三节 沥青路面的稳定性与耐久性i)从集料方面：集料破碎面多，石质坚硬，具有良好的表面纹理和粗糙度； 集料级配良好，有足够数量粗集料形成空间骨架结构； 配合比设计合理，注重压实；

31、ii)从沥青方面：使用黏度高的改性沥青或添加纤维； 提高沥青材料的粘稠度； 控制沥青与矿粉的比值，严格控制沥青用量。（6）提高沥青路面高温稳定性措施 我国沥青路面一般采用半刚性基层沥青面层，基层强度高，因此一般不会出现结构性车辙；由于面层集料一般采用玄武岩，因此磨耗性车辙也少见；所以一般为失稳性车辙，因此必须提高沥青混合料的高温稳定性，即提高粘结力和内摩阻力。即：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2、沥青路面的低温抗裂性 沥青路面低温时强度增大，但变形能力降低。急骤降温产生温度梯度，面层受到下部约束产生拉应力，降温也使得沥青混合料劲度增加，导致混合料拉应力大于抗拉

32、强度而开裂。沥青路面存在两类低温开裂形式：（1）低温缩裂： 降温时沥青混合料的体积收缩，温度应力超过混合料极限抗拉强度，裂缝由上而下发展；（2）温度疲劳裂缝： 路面在低于极限抗拉强度的温度应力反复作用下开裂，发生在温度频繁变化的地区；第三节 沥青路面的稳定性与耐久性把沥青混合料假设为一根弹性梁，由于降温而产生的累计应力为： 累计温度应力与极限抗拉强度相等时的温度，即为开裂温度。1）低温开裂机理第三节 沥青路面的稳定性与耐久性2）沥青混合料低温抗裂评价间接拉伸试验低温劈裂试验：标准马歇尔试件（ 101.60.25mm、高63.5 1.3mm）， 0 或更低，加载速率1mm/min； 直接拉伸试验

33、：试件38.1mm38.1mm101.6mm，T可变，缓慢拉伸速率；第三节 沥青路面的稳定性与耐久性弯曲实验约束试件应力试验仪（TSRST）试验：50mm50mm250mm试件，降温速率10 /h，是SHRP推荐的评价沥青混合料低温抗裂性能的方法 应力松弛试验：直接应力松弛试验；弯曲应力松弛试验等第三节 沥青路面的稳定性与耐久性2）沥青混合料低温抗裂评价影响因素：沥青的性质、气温状况、沥青老化程度、路基的种类和路面层次的厚度、面层与基层的粘结状况、基层所用材料的特性、行车的状况等 可采取的预防措施： 1）使用稠度较低、温度敏感性低的沥青； 2）使用含腊量低的沥青，使用应力松弛性能好的改性沥青，

34、掺加纤维； 3）使用较细的混合料类型，设置应力吸收层。3）沥青路面低温开裂的预防措施第三节 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三节 沥青路面的稳定性与耐久性低温弯曲试验破坏应变标准第三节 沥青路面的稳定性与耐久性3、沥青路面的水稳定性 水损害是沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水份逐渐进入沥青与集料界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从集料表面剥离，沥青混合料松散导致路面松散、剥落、坑槽病害。1）水稳定性作用机理 水降低了沥青的粘附性、对沥青形成冲刷，水进入沥青与集料间

35、、隔离了沥青与集料的粘结；粘附理论第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青与集料剥离示意图第三节 沥青路面的稳定性与耐久性2）沥青路面水稳定性评价方法煮沸试验： 评价沥青与粗集料的粘附性；浸水马歇尔试验： 两组马歇尔试件，一组在60恒温水槽中保养30min40min，另一组在60恒温水槽中保温48h，测马歇尔稳定度的比值。冻融劈裂试验： 将马歇尔试件以标准的饱水试验方法真空饱水，放入塑料袋中加入约10ml水，扎紧袋口，将试件放入-18的冰箱保持16h，后撤去塑料袋，放入60的恒温水槽中保持24h，再将试件浸入温度25的恒温水槽中至少2h，测试劈裂强度比。（年最低气温低于-21.5的寒冷地区）浸水车

36、辙试验：第三节 沥青路面的稳定性与耐久性浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验的水稳定性标准第三节 沥青路面的稳定性与耐久性轮辙板的渗水试验标准第三节 沥青路面的稳定性与耐久性4、沥青路面的抗疲劳性能 沥青路面的变形和破坏，不仅与荷载应力的大小有关，而且同荷载作用次数有很大关系。1）沥青混合料疲劳力学模型 材料在低于极限抗拉强度下经受重复拉应力或拉应变而最终导致破坏，称为疲劳破坏。导致路面材料最终破坏（即开始疲劳开裂）的荷载作用次数，称为疲劳寿命。现象学模型：重复荷载作用下沥青混合料强度衰减累积引起的破坏（传统疲劳 理论）；可建立沥青路面层底拉应力与重复荷载作用次数的关系；断裂力学模型：认为疲劳是材料初

37、始裂缝在荷载作用下扩展至破坏的过程； 研究了材料开裂机理及扩散规律；能耗模型：混合料在应力应变作用下吸收能量引起的疲劳损伤；可建立能量与 重复荷载作用次数的关系；2）沥青混合料疲劳试验方法现场疲劳破坏试验：AASHTO、WESTTRACK试验路；足尺结构模拟破坏试验：大型环道、直道试验；试板试验法：室内小型试件试验：三分点小梁试验、中点加载小梁试验、悬臂梯形梁试验等应力控制：每次对试件施加的荷载为常量，随着荷载作用次数增多，试件不断受到损伤，劲度随之而降低，实际的弯曲应变则不断增大；应变控制：测试过程中保持每次荷载下应变值不变，则应力随施加荷载次数的增加而不断减小。第三节 沥青路面的稳定性与耐

38、久性 取决于沥青混合料组成和特性的系数； 坡度因素。通常 ，对大多数沥青混合料 =56 第三节 沥青路面的稳定性与耐久性3）沥青混合料疲劳方程英国诺丁汉大学疲劳方程 SHRP疲劳方程 第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青混合料疲劳方程图4）沥青路面疲劳性能影响因素1）加载条件：加载大小、加载方式、加载速度、加载间隔试件、加载波形；2）材料性质： 影响沥青混合料劲度的因素（沥青种类、用量，集料级配类型、性质），混合料的孔隙率、压实度等；3）环境温度：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5、沥青路面的耐老化性能 沥青老化是指沥青在储存、运输、加工、施工及使用过程中在空气

39、、热、光照和碾压作用下产生性能下降的现象。分施工中的短期老化和使用中的长期老化。老化原因： 胶质、芳香分和饱和分（挥发）含量减小，沥青质含量增加；空气的氧化作用，使沥青组分发生变化；沥青分子结构的硬化（聚合作用）。导致沥青使用性能变坏，从而影响了路面的耐久性。2）沥青的老化过程1）主要影响因素 沥青性能、环境情况（光，氧，水，荷载）、混合料形态（空隙率等）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3）老化试验及评价沥青：旋转薄膜烘箱试验(RTFOT) （短期）、压力容器老化试验(PAV)（长期）沥青混合料短期老化：针对松散混合料，采取烘箱老化法、延时拌和法、微波加热法沥青

40、混合料长期老化：针对压实成型试件，采取加压氧化法、延时烘箱法、红外/紫外线处理第四节 沥青路面施工与质量控制1）检查与清理基层：保证基层坚实、平整、洁净和干燥；2）准备和检查施工机具；3）落实材料：施工前应对各种材料进行调查试验，经选择确定的材料在施工过程中应保持稳定，不得随意变更；4）备齐仪器用具，制定施工计划，安排好劳动力，进行施工放样等各项工作。5)确定施工温度,并进行混合料组成设计 1、准备工作第四节 沥青路面施工与质量控制普通沥青热拌混合料的施工温度第四节 沥青路面施工与质量控制改性沥青热拌混合料的施工温度第四节 沥青路面施工与质量控制1）安装路缘石：沥青路面的路缘石可根据要求和条件

41、选用沥青混凝土或水泥混凝土预制块、条石、砖等。2）清扫基层：基层必须坚实、平整、洁净和干燥，对有坑槽、不平整的路段应先修补和整平。整体强度不足时，应给以补强。3）浇洒粘层或透层沥青。4）拌合与运输5）摊铺：沥青混合料可用人工或机械摊铺，热拌沥青混合料应采用机械摊铺，摊铺必须均匀、缓慢、连续不断地进行。2、施工程序第四节 沥青路面施工与质量控制沥青路面的摊铺温度第四节 沥青路面施工与质量控制6）碾压：沥青混合料的碾压应按初压、复压、终压（包括成型）三个阶段进行。碾压时应将驱动轮面向摊铺机。在整个压实过程，压路机应以慢而均匀的速度碾压，压路机的碾压速度应符合下表要求。 初压：使混合料初步稳定成型，

42、使用较轻型光轮压路机； 复压：主要压实阶段，使初步密实的混合料逐步压密到要求的密实度，一般采用胶轮压路机或吨位较大的压路机； 终压：消除碾压轮迹阶段，保证表面平整，采用轻型压路机。 *碾压组合各阶段遍数根据压实度调整。 2、施工程序第四节 沥青路面施工与质量控制沥青路面的碾压速度要求第四节 沥青路面施工与质量控制7）接缝处理：沥青路面的各种施工缝(包括纵缝及横缝)都必须密实、平顺。 纵向接缝施工：摊铺时采用梯队作业的纵缝应采用热接缝；半幅施工不能采用热接缝时，宜加设挡板或采用切刀切齐，铺另半幅前必须将缝边缘清扫干净，并涂洒少量粘层沥青。摊铺时应重叠在已铺层上510cm，碾压时应下图的方式进行。

43、 横向接缝的施工：对高速公路和一级公路，中下层的横向接缝时可采用斜接缝，在上面层应采用垂直的平接缝。其他等级公路的各层均可采用斜接缝。平接缝应做到紧密粘结，充分压实，连接平顺。（覆盖预热摊铺碾压）7）开放交通：热拌沥青混合料路面应待摊铺层完全自然冷却，混合料表面温度低于50(石油沥青)或45(煤沥青)后开放交通。 2、施工程序第四节 沥青路面施工与质量控制2）清扫基层1）安装路缘石第四节 沥青路面施工与质量控制3）浇洒粘层或透层沥青第四节 沥青路面施工与质量控制4）拌合与运输观看录像第四节 沥青路面施工与质量控制4）拌合与运输第四节 沥青路面施工与质量控制5）沥青混合料摊铺第四节 沥青路面施工

44、与质量控制6）碾压：观看录像沥青摊铺机第四节 沥青路面施工与质量控制第四节 沥青路面施工与质量控制几种不同类型的振动式压路机第四节 沥青路面施工与质量控制 静力作用压实机械是利用机械自身重力产生的静滚压力作用，迫使被压实材料产生永久性变形而达到压实的目的。静力式光面滚压路机第四节 沥青路面施工与质量控制轮胎式压路机是利用充气轮胎的特性来进行压实的机械。它除有垂直压实力外，还有水平压实力，这些水平压实力，不但沿行驶方有压实力的作用，而且沿机械的横向也有压实力的作用。由于这些压实力能沿各个方向移动材料粒子，所以可得到最大的密实度。 第四节 沥青路面施工与质量控制第四节 沥青路面施工与质量控制碾压的

45、方向和顺序第四节 沥青路面施工与质量控制（从动轮面向摊铺机）推力错误作法从动轮摊铺及碾压方向（驱动轮面向摊铺机）转动力驱动轮正确作法摊铺及碾压方向压路机的碾压方向6）碾压：第四节 沥青路面施工与质量控制已压实路面新铺部分1015cm已压实路面1015cm新铺部分(a)（b） 纵缝冷接缝的碾压新铺部分已压实路面已压实路面新铺部分 斜接缝 平接缝 横向接缝的两种型式7）接缝处理复习思考题1、名词解释：劲度模量；结构性破坏；功能性破坏；“啃边”；旧沥青路面材料再生；“拥包”；蠕变；应力松驰。2、为什么道路交叉口处易出现波浪或搓板？在沥青路面结构设计中如何对其进行考虑？3、试用沥青混合料的“高温稳定性

46、”解释沥青路面上重复停车地段出现的波浪、推挤等现象。4、为什么整体性材料结构层的低温缩裂多呈横向间隔性裂缝，如何区分路面裂缝是沥青层缩裂还是反射裂缝？5、沥青混合料的疲劳试验采用何种试件加载方式？其控制应力或应变指标的选择取决于什么？6、如何确定沥青混合料的沥青最佳用量？7、如何控制沥青混合料的耐久性能？8、为什么沥青路面的摩擦系数应在潮湿状态下测定？课外任务课外任务三： 在进行沥青混合料试验设计过程中考虑了不同气候区的技术指标内容的要求差异，但在稳定耐久性方面并没有明确的要求差异，请问你如何认识该问题？ 第五节 沥青路面的材料要求气候分区第五节 沥青路面的材料要求气候分区第五节 沥青路面的材

47、料要求气候分区第五节 沥青路面的材料要求气候分区第五节 沥青路面的材料要求第五节 沥青路面的材料要求第五节 沥青路面的材料要求-江苏标准第五节 沥青路面的材料要求第五节 沥青路面的材料要求第五节 沥青路面的材料要求第五节 沥青路面的材料要求第五节 沥青路面的材料要求-江苏标准第五节 沥青路面的材料要求乳化沥青 第五节 沥青路面的材料要求乳化沥青 第五节 沥青路面的材料要求改性乳化沥青 第五节 沥青路面的材料要求粗集料 第五节 沥青路面的材料要求粗集料 第五节 沥青路面的材料要求粗集料 第五节 沥青路面的材料要求-江苏标准第五节 沥青路面的材料要求细集料 第五节 沥青路面的材料要求-江苏标准第五

48、节 沥青路面的材料要求填料 第五节 沥青路面的材料要求-江苏标准第五节 沥青路面的材料要求热拌沥青混合料第五节 沥青路面的材料要求第六节 沥青混合料的组成设计工程最大粒径与厚度的关系沥青面层集料的最大粒径宜从上至下逐渐增大，并应与压实层厚度相匹配。对热拌热铺密级配沥青混合料，沥青层一层的压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.53倍，对SMA和OGFC等嵌挤型混合料不宜小于公称最大粒径的22.5倍，以减少离析，便于压实。第六节 沥青混合料的组成设计Superpave提出沥青层厚度宜为公称最大粒径的3倍。对SMA、OGFC等以嵌挤为主的沥青混合料，由于相对来说容易碾压，且不容易造成离析，此标准都作了放宽。澳大利亚规定沥青层厚度宜为公称最大粒径的2.5倍。对SMA，公称最大粒径为7、10、14mm的适宜层厚分别定为2030、2535、3550mm。 第六节 沥青混合料的组成设计-级配当地经验：充分同类公路配合比设计借鉴成功的经验，选用符合要求的材料，进行配合比设计。密级配沥青混合料的“规范级配范围”（ 表5.3.2-2）；工程设计级配范围（通常情况下不宜超出规范级配范围的要求）；其他类型的混合料宜直接以表5.3.2-3表5.3.2-7作为工程设计级配范围。 第六节 沥青混合料的组成设计-级配第六节 沥青混合料的组成设计-级配第六节