第10章-沥青路面(路基路面工程)

第10章沥青路面1沥青路面是目前最常用的高级路面之一，本章主要介绍沥青路面的特性、类型、沥青混合料的技术性能等内容，为沥青路面结构设计做好准备。10.1沥青路面的特性与分类10.2沥青混合料的技术性能10.3沥青路面的根本特征10.4沥青混合料的组成结构本章内容2沥青路面的根本特性1〕沥青路面：用沥青材料作结合料粘结矿料修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构。从力学性能上分类，沥青路面属于柔性路面，刚度较小，并具有较好的变形性能；但其强度和稳定性在很大程度上取决于基层和土基的特性。10.1沥青路面的特性与分类32〕根本特点：与水泥混凝土相比：外表平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪音低、施工期短、养护维修简便、适宜分期修建→抗滑性不够，强度与稳定性不如水泥混凝土；柔性路面→强度与稳定性→土基和基层→压实度与软基处理低温抗变形能力低→低温开裂，设置防冻层；透水性小→土基和基层内的水分难以排出→基层水稳性好→尽可能采用结合料处治的整体性基层；抗弯拉和抗疲劳开裂能力低→设置联结层→提高抗弯拉和抗疲劳开裂能力；采用较薄的沥青面层或旧路面上加铺→加强面层与基层之间的粘结→防止水平力作用→剥落、推挤、拥包等破坏。10.1沥青路面的特性与分类410.1.2沥青路面分类沥青路面分类方式很多:1〕按强度构成原那么分类按沥青路面强度构成原那么，可将其分为两大类：密实类沥青路面嵌挤类沥青路面5(1)密实类沥青路面要求：矿料的级配按最大密实原那么设计→级配碎石；强度和稳定性：主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻力。特点：面层结构的空隙率小，细料含量多，高温时易产生推挤变形类型：按其空隙率的大小，有两种不同的结构组成:开式，空隙率＞6％，混合料中小于0.5mm的矿料颗料含量较少→热稳定性较好闭式，空隙率＜6％，0.5mm和0.074mm的矿料颗粒含量较多→混合料致密耐久→热稳定性较差主要结构类型：沥青混凝土、沥青碎石混合料等。6(2)嵌挤类沥青路面定义：这类沥青路面使用同一粒径的矿料为主骨料，分层撒铺嵌缝料，经碾压而形成结构层。强度和稳定性：骨料颗粒间相互嵌挤产生的内摩阻力起主要作用，凝聚力起次要作用。特点：热稳定性好，但空隙率大，易渗水，耐久性较差。主要结构：沥青贯入式、沥青外表处治等。7按施工工艺的不同，沥青路面又可分为层铺法、路拌法和厂拌法三类。层铺法，采用分层洒布沥青，分层撒铺矿料和碾压方法修筑的面层结构。工艺设备简单，施工进度快，造价低结构层强度形成期较长，需炎热季节行车碾压前方能成型。主要结构：沥青外表处治路面与沥青贯入式路面。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。沥青材料经拌和后在矿料中较均匀地分布，可缩短路面结构的成型期。矿料为冷料，需使用粘稠度较低的沥青材料，混合料的强度较低主要结构：路拌沥青碎石、路拌沥青稳定土。2〕按施工工艺分类8厂拌法，采用具有一定级配的矿料和沥青材料，经工厂专用设备加热拌和后，运送至工地摊铺碾压成形。特点：拌和均匀性好，使用较粘稠的沥青和较高强度的石料，强度高耐久性好，使用寿命长，但初期投资较高。按矿料分类：沥青碎石混合料：不含或少含矿粉，混合料为开级配，空隙率可达10％以上；沥青混凝土：矿料中含有矿粉，混合料按最正确级配原那么配制。按混合料铺筑时温度分：热拌热铺：混合料在专用设备加热拌和后→立即趁热运到路上摊铺压实→摊铺及压实时均需保持一定的温度热拌冷铺：混合料加热拌和→冷却至常温后再摊铺压实9根据沥青路面的技术特性，沥青面层可分为沥青混凝土、热拌沥青碎石、乳化沥青碎石混合料、沥青贯入式、沥青外表处治五种类型。此外，沥青玛蹄脂碎石近年在许多国家也得到广泛应用。3〕按沥青路面的技术特性10定义：用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚度不超过3cm的沥青路面→先铺沥青，再铺集料。沥青外表处治的厚度一般为1.5~3.0cm。层铺法可分为单层(1.0~1.5cm)、双层(1.5~2.5cm)、三层(2.5~3.0cm)特点：外表处治，特别是单层外表处治，因层厚较薄，对路面结构的整体强度和刚度提高不多，在结构分析时不计入；强度形成：嵌挤原那么(集料→尺寸均匀；沥青→一定稠度→防止集料松散)施工完毕后有一“成型〞阶段；作用：防水层、磨耗层、防滑层、低级路面改善路用品质适用：沥青外表处治适用于三级、四级公路的面层、旧沥青面层上加铺罩面或抗滑层、磨耗层等。A〕沥青外表处治11定义：用沥青贯入碎/砾石作面层的路面。即先铺一层均匀尺寸的集料→适当碾压，贯入沥青→一层均匀尺寸↓集料→适当碾压，贯入沥青→…→碾压形成一层类似于外表处治的结构。深贯入：6~8cm；浅贯入：4~5cm；上拌下贯：沥青贯入式的上部加铺拌和的沥青混合料→拌和层3～4cm，总厚度7～10cm。特点：强度形成：嵌挤原那么，沥青-粘结碎石，稳定碎石位置；强度取决于摩阻力，温度稳定性好；施工简单，对碎石质量与施工经验有较高要求；适用：二级及二级以下公路的沥青面层，也可做其它沥青面层下的基层，消除缓和反射裂缝的影响。B〕沥青贯入式→与外表处治区别12定义：碎石同沥青相拌和后构成的一种沥青面层或基层；因目前大多数采用具有一定级配的碎石，又称沥青碎石混合料。分类：粗粒式，中粒式，细粒式〔25，16~13，10~13〕特点：细料少，空隙大，属嵌挤型结构→热稳定性好，低温下有一定塑性，不易开裂→基层→消除缓和反射裂缝；沥青用量少，石料要求范围宽；透水性大，强度与耐久性不够；适用：基层、联结层，一般道路上双层式沥青混凝土路面的下层。与沥青混凝土的区别：空隙大：10~15%细料含量少：不掺或少掺矿粉，混合料为开级配。C〕沥青碎石路面13

定义：由掺入矿粉，具有良好级配的集料同沥青均匀拌和后铺筑而成的一种密实型结构层作面层的路面。单层/双层/三层

特点：粘结力大，构成强度主体→温度稳定性差；结构强度高；空隙率小，受水、空气侵蚀作用小，寿命长。

适用：高等级公路面层。D〕沥青混凝土路面14定义：通过机械搅拌与化学稳定的方法，将两种不相溶的物质-水与沥青混合，将沥青扩散到水中液化成常温下粘度很低、流动性好的道路建筑材料，将其与碎石混合→…。特点：储存稳定流动性好，粘度低，常温使用，使用方便；可与冷的潮湿石料一起使用，施工方便；防止高温操作与有害排放，方便、平安、环保；煤油、汽油含量少(0~2%与50%)，节能；水份排除→复原为连续沥青-破乳凝固→强度。适用：主要用于道路的升级与养护。独特应用：冷拌料，稀浆封层。E〕乳化沥青碎石混合料15沥青路面施工技术分区

沥青路面施工时，应根据道路所在地的气候特点进行施工组织设计，选择沥青强度等级及沥青混合料类型。根据气温的不同，我国沥青路面气候分区分为寒区、温区及热区，同一省区的气候条件不一致时，可按最低月平均气温确定气候分区。对于沥青路面的水稳定性、抗滑性能等与路面潮湿情况有关的技术要求，应根据道路所在地的降雨量及降雨天数确定。年降雨量＞1000mm，多雨潮湿地区年降雨量＜500mm，少雨干旱地区年降雨量500~1000mm，路面潮湿情况视年降雨天数确定。161〕依据：任务要求：道路的等级、交通量、使用年限、修建费用等；工程特点：施工季节、施工期限、基层状况等；材料供给情况、施工机具、劳力和施工技术条件等；2〕路面类型的选择：见下表3〕本卷须知：施工季节：温暖枯燥的气候条件下施工；热拌热铺类：气候对其影响较小，仅要求在晴朗天气和气温不低于5C时施工；施工气温较低：应选用热拌冷铺法施工；沥青类路面一般不宜铺筑在纵坡大于6%的路段上〔抗滑性〕纵坡大于3%的路段，宜采用粗粒式的沥青碎石或粗粒式的沥青外表处治〔抗滑性〕。沥青路面类型选择17公路等级路面等级面层类型设计年限(年)设计年限内累计标准轴次(万次/一车道)高速公路一级公路高级路面沥青混凝土沥青玛蹄脂碎石20>400二级公路高级路面沥青混凝土15>200次高级路面热拌沥青碎石混合料、沥青贯入式10100～200三级公路次高级路面乳化沥青碎石混合料、沥青表面处治1010～100四级公路中级路面水结碎石、泥结碎石、级配碎（砾）石、半整齐石块路面10≤10低级路面粒料改善土101810.2沥青混合料的技术性能10.2.1高温稳定性1〕温度对沥青混合料的影响：强度与抗变形能力随温度变化2〕破坏型式：裂缝：剪切变形，水平力松散剥落：面层薄或面层基层粘结力差车辙：面层厚或面层基层粘结力强外表磨光3〕影响因素：沥青和矿料的性质，其相互作用的特性，矿料的级配组成；4〕提高高温稳定性措施：提高内摩阻力：增加粗矿料含量，或限制剩余空隙率提高粘结力：提高沥青材料粘稠度；控制沥青与矿粉的比值；严格控制沥青用量；采用活性矿粉；采用改性沥青；195〕动稳定度：A〕车辙：路面结构及土基在行车荷载作用下的补充压实，以及结构层中材料的侧向位移产生的累积永久变形→高级沥青路面的主要破坏型式；B〕影响因素：沥青的软化点、60℃的粘度、沥青混合料的动稳定度；C〕车辙试验与动稳定度：车辙试验：在规定尺寸的板块状压实沥青混合料试件上，用固定荷载〔标准轴载〕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，用“次/mm〞表示。试件大小：300×300×50mm/300×150×50(现场切割)试验温度：60℃/45℃，轮压：0.7MPa，时间原那么：试验开始后45—60min之间。特点：密级配>开级配；沥青用量↑→动稳定度↓；试验温度↓→动稳定度↑。20低温抗裂性1〕低温抗裂性：低温时，温度↓强度↑劲度↑抗变形能力↓2〕破坏型式：温度降低→温度梯度→路面外表开裂→裂缝；路基或基层收缩与冰冻共同作用→裂缝→基层→面层；→收缩主轴为纵向→产生横向裂缝。3〕影响因素：沥青的性质、当地的气温状况、沥青老化程度、路基的种类、路面层次的厚度、面层与基层的粘着状况、基层所用材料的特性、行车的状况等。4〕措施：使用稠度较低、温度敏感性低的沥青；增加沥青面层的厚度→减少/延缓→不能铲除；应力吸收层→提高抗拉强度，减少温度影响；防止反射开裂21抗滑性1〕抗滑性：→抗滑能力→行车平安性2〕措施：外表粗糙，坚硬耐磨的集料；粗集料的含量：多→摩阻系数随车速下降慢；少→较大摩阻系数；沥青含量严格控制：多→集料下沉，沥青溢出，形成光面；少→集料易松散。22耐久性1〕耐久性：沥青混合料抵抗风化和磨耗的能力。2〕病害表现：沥青加工/使用过程中出现的老化/硬化→性质变脆→易开裂集料在轮载作用下被压碎，或冻融作用下崩解→出现磨损或级配退化；在水的作用下，沥青同集料间的粘结力降低→剥落。3〕措施：选择耐久性好的沥青和集料；控制混合料拌和温度；减少混合料的空隙，使之不透水/汽/水汽；添加外掺剂，改善沥青同集料的粘结性。2310.3沥青路面的根本特征

10.3.1沥青材料的性能对沥青路面特征的影响较高的粘性：能把具有一定级配的松散矿料粘结成整体，提高了路面结构层的整体性；弹塑性：使结构层具有较好的抗变形能力，还具有吸震、减少冲击和噪音、改善行车条件、延长轮胎使用寿命的作用；不透水性：可防止地表水通过面层渗透到基层而影响结构层的整体强度；老化：随着使用时间的延长，在大气因素的长期作用下，沥青组分将发生变化而出现老化，影响路面的使用品质；感温性：温度稳定性是沥青路面产生病害的一个重要原因，低温季节，沥青材料发硬、变脆，刚度增大，变形性能降低，出现裂缝的机率增大。24矿料性质对沥青路面特性的影响力学性质：石料等级，由强度、抗压碎性、抗磨耗性指标评定矿料的技术性质物理性质：孔隙率及外表特性〔外表致密光滑或外表粗糙有微孔隙〕化学性质：酸性石料〔亲水〕、碱性石料〔亲油〕矿料比外表积的大小：主要取决于矿料粒径的大小。一般碎石的比外表积约为0.5～3.0m2／kg，而矿粉的比外表积可达300~2000m2／kg，增大比外表积可减薄沥青裹覆矿料的沥青膜厚度从而提高粘结力。25沥青与矿料的相互作用沥青与矿料是两种性质不同的材料，在施工时可通过一定的技术措施将两种材料粘结在一起而形成整体结构层。其整体结构有可能随条件的变化而发生破坏。1〕沥青路面的结构破坏现象沥青路面常见的破坏现象有泛油脱皮、骨料松散、坑槽、推挤波浪和裂缝等。出现这些病害的原因，无非是基层或面层的问题。在基层和土基均有足够强度和稳定性的情况下，沥青面层的破坏，主要有如下图的三种情况。26矿料自身的破坏：比较少见，它仅在使用了软质石料、扁平状石料或是在热法施工中矿料加热温度过高时出现。沥青层的破坏：可能出现在夏季高温或冬季低温时，此时沥青的弹-粘-塑性性质发生变化，在外力作用下，沿自由沥青层产生破坏。当自由沥青含量减少时，出现这种破坏的机率也减少。沥青与矿料接触面的破坏：出现的可能性最大，特别是在多雨地区，雨水长期侵入路体，在车辆荷载的作用下，致使沥青与矿料粘结不牢，沥青膜剥落，进一步发生松散、坑槽等破坏现象。结论：