沥青路面的稳定性与耐久性课件

,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,沥青路面的稳定性及耐久性,一.沥青路面的高温稳定性,沥青混合料高温稳定性,指混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。,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。,1.主要病害,车辙、推移、拥包、泛油等病害,沥青路面的稳定性及耐久性一.沥青路面的高温稳定性,1,泛油,拥包,车辙,推移,泛油拥包车辙推移,2,2.沥青混合料的高温稳定性的影响因素,(1)集料级配,连续级配中粗级配混合料具有较好的稳定性；细级配混合料高温稳定性较差。,间断级配（细集料间断）高温稳定性优于连续级配（骨架直接承受荷载作用）,(2)集料的颗粒形状,具有丰富的棱角和发达的纹理构造，能形成紧密的嵌挤作用，有利于增强稳定性。,(3)沥青的品种,稠度较高的沥青、其软化点高、温度稳定性好。,感温性强的沥青，高温稳定性差。,含蜡量高的沥青，高温稳定性差。,沥青质含量高，其高温稳定性高。,在沥青中添加聚合物，能有效提高高温稳定性。,2.沥青混合料的高温稳定性的影响因素,3,(4)混合料的沥青含量,沥青用量过少，集料表面沥青膜过薄，混合料缺乏足够的粘结力，不能形成高强度，稳定性不高。,沥青含量增多，混合料的粘结力增强，稳定度随之提高。,沥青含量进一步增加，集料表面沥青膜增厚，自由沥青增多，稳定度下降。,(5)混合料剩余空隙率,空隙率增大，强度降低。空隙率低，强度和耐久性高，但空隙率低于3%，由于沥青在高温时的体积膨胀，形成泛油。,(6)环境,高温及其持续高温，使路面强度下降，变形加剧。,交通量特别是超载交通增大，变形加大。交通组成情况，如渠化交通比混合交通，路面变形加大。,(4)混合料的沥青含量,4,3.影响沥青路面车辙的主要因素,影响因素,因素变化,车辙深度,集料,表面纹理,表面粗糙度增大,减小,颗粒形状,接近正方体,减小,尺寸大小,颗粒的最大粒径增大、或4.75mm以上碎石含量增加,减小,结合料,劲度,增加,减小,含量,增加,增加,粘度,增加,减小,混合料,空隙率,增加,增加,矿料孔隙率VMA,增加,增加,车辆荷载,荷载大小,增加,增加,重复作用次数,增加,增加,气候条件,温度,增加,增加,湿度,增加,一般增加,3.影响沥青路面车辙的主要因素影响因素因素变化车辙深度表面纹,5,4.减轻沥青路面车辙的措施,（1）选用黏度较高的沥青和针人度较小的沥青。,（2）对沥青进行改性。,（3）严格控制中、下层沥青混凝土中的沥青含量。,（4）采用有良好颗粒形状的或有两个以上、碎石面,的碎石矿料。,（5）采用足够数量的矿粉，保持矿粉与沥青的一定,比例。,（6）尽量采用具有一定粗糙度的机制砂作为细集料。,（7）在保证混合料中碎石不被压坏的条件下，采用,较高的压实度。,（8）矿料级配采用粗型密级配或间断级配。,（9）较少沥青用量，增加压实功率。,（10）增加沥青层层间结合，提高沥青面层整体强度。,4.减轻沥青路面车辙的措施,6,5.提高高温稳定性的措施,1)提高内摩阻力的方法,(1)增加粗颗粒含量或减少剩余空隙率，使粗矿料形成空间骨架结构,(2)采用具有丰富的棱角和发达的纹理构造，能形成紧密的嵌挤作用，有利于增强稳定性。,2)提高粘结力的方法,(1)适当提高沥青材料的粘稠度（特别是采用改性沥青）,(2)控制沥青与矿料的比值，严格控制沥青用量。,(3)采用具有活性的矿粉，改善沥青与矿料的相互作用。,(4)在沥青中掺入聚合物（天然橡胶、合成橡胶、聚异丁烯、聚乙烯等）。,5.提高高温稳定性的措施,7,6.常用的评价方法,(1)无侧限抗压强度法,以沥青混合料在不同温度下的抗压强度比值来表示热稳定性。,特点：试验方法简单，但无侧限抗压试验试件受力状态与实际受力状态不符，不能反应路用性能。,(2)马歇尔试验,以沥青混合料在60条件下的马歇尔稳定度和流值来评价高温稳定性。,特点：试验方法简单，便于现场质量控制，马歇尔稳定度和流值与沥青混合料高温稳定性有一定的相关关系。但试验试件受力状态与实际受力状态不符，不能反应路用性能。是一项经验性指标，不能确切反映永久变形产生的机理。,6.常用的评价方法,8,(3)三轴试验,以材料的抗剪强度参数，粘结力和内摩阻力来定义其稳定性,特点：是一种比较完善的方法，可以较为详尽地分析沥青混合料组成与力学性质之间的关系，同时由于它的受力状态与沥青混合料在路面中受力状态比较接近，结果与使用情况具有较好的相关性。但试验仪器和操作方法较为复杂。,(4)蠕变试验方法,以作用应力和累积变形量的比值（蠕变模量）来定义其稳定性,特点：可以判别混合料的稳定性指导材料的组成设计；可以预估车辙量，为路面设计提供依据。,(3)三轴试验,9,(5)轮辙试验,模拟车轮荷载在路面上行驶而形成车辙的构成试验方法。包括小型室内轮辙试验，大型环道或直道试验。以动稳定度表示抗变形能力。,特点：试验原理直观，结果与实际的车辙之间有良好的相关性。,(5)轮辙试验,10,二.沥青路面的低温抗裂性,沥青路面的低温抗裂性指沥青混合料抵抗温度变化（降温）生产的收缩应力的能力。,1.按产生原因分类：,1)低温开裂,主要发生在日平均气温较低，且持续时间长的北方寒冷地区。,温度收缩应力将随着温度的下降而不断增大，当温度收缩应力增至与沥青混合料的极限抗拉强度相等时，路面就会产生低温开裂。,二.沥青路面的低温抗裂性 沥青路面的低温抗裂性指沥,11,沥青路面的稳定性与耐久性课件,12,2)温度疲劳开裂,主要发生在日平均气温并不太低，但昼夜温差大、日温度周期性变化规律明显的地区。,在此情况下，虽然路面中产生的温度收缩应力小于沥青混合料的抗拉强度，路面不会及时开裂，但每次温度收缩应力的循环都将在路面材料内部造成一定程度的温度疲劳损伤，随着温度收缩应力循环次数的增加，温度疲劳损伤将逐渐积累。与此同时，由于沥青混合料的老化，其抗拉强度及抗变形能力却在不断衰减，其结果就如同荷载疲劳破坏一样，最终将导致路面的温度疲劳开裂。,3)温缩型反射裂缝,是指沥青面层摊铺以前基层已经开裂，在沥青面层摊铺后，由于路面温度日周期性变化的影响，在与基层裂缝对应的沥青面层的横断面上产生温度收缩开裂现象。,2)温度疲劳开裂,13,2.低温裂缝的影响因素,1）材料性质,（1）沥青性质,粘度小，延度大的沥青好。,（2）矿料,低吸水率的好。吸水性大的集料低温强度低，并且会吸收较多的沥青，使集料间起粘结作用的沥青减少，降低混合料的低温变形能力。,（3）空隙率,越小越好。,2）环境因素,（1）气温。越低越易开裂。,（2）降温速度。,（3）路面老化程度。,2.低温裂缝的影响因素,14,3）路面结构尺寸,（1）面层厚度,某试验表明，其他条件不变，面层从10cm增至25cm厚，可少50%的裂缝。,（2）面层与基层的联结强度,基层上铺沥青罩面后，再铺沥青混凝土面层，可减少低温裂缝。,（3）施工裂缝,高温时用钢轮碾压低劲度的沥青混合料可能会引起裂缝，低温时这些裂缝容易扩展。,3）路面结构尺寸,15,3.提高沥青路面低温抗裂性的措施,1)使用稠度较低、温度敏感性低的沥青,2)减小空隙率，减缓沥青的老化,3)增加沥青层厚度减少或者减缓路面开裂,4)采用沥青路面面层上用沥青橡胶混合料铺设10mm的薄层，构成应力吸收膜，提高路面抗拉强度和减少温度对路面开裂的影响。,5)在沥青路面面层与基层之间，用沥青橡胶混合料铺设应力吸收膜，能有效的防止路面的反射裂缝。,6)在沥青中掺入橡胶等高聚物，也能大大提高混合料的低温抗裂性能。,3.提高沥青路面低温抗裂性的措施,16,4.评价方法,1)开裂温度预估,通过某温度时沥青路面产生的拉应力与沥青混合料的抗拉强度的对比来预估路面的开裂温度。从而判断其低温缩裂的可能性。,2)变形与变形能力对比,根据沥青面层的相对延伸率与沥青混合料的极限相对延伸率对比，以判断沥青混合料抗裂性。,认为开裂的主要原因是温度急骤下降时沥青混合料的变形能力不足引起的。,3)开裂统计法,通过野外调查研究，建立低温开裂指数与各种因素的统计关系，进而进行开裂性的评定,4.评价方法,17,在SHRP的研究中，不仅研制了能模拟不同降温过程、有较高试验精度的约束试件温度应力实验仪（TSRST），规范了相应的实验方法，并且开发了全套实验数据处理与分析软件，进行了大量的实验验证。,因此，如果采用直接法进行沥青路面开裂温度的预估，TSRST试验是最为可靠的方法。,在SHRP的研究中，不仅研制了能模拟不同降温过程、有,18,三.沥青路面的水稳定性,沥青路面的水稳性,指沥青混合料抵水作用,的能力,。,1.水稳定性不足的破坏型式,剥离、松散、坑槽等,坑槽,三.沥青路面的水稳定性沥青路面的水稳性坑槽,19,2.影响水稳定性的主要因素,（1）沥青与矿料的粘附性,矿料的化学成分（氧化钙含量高的碱性石料比氧化硅含量高的好），沥青的化学成分（与油源有关）、沥青的粘度（越高越好）,（2）混和料的空隙率,越小越好。,（3）,没有路面结构排水和不设置有效的防水层,（4）施工条件与施工质量,低温、湿度大甚至降水时铺筑，因沥青与矿料不能形成完美的粘结，易造成水损剥离。,压实度不够，或混合料离析造成局部空隙偏大，会加剧水损害。,2.影响水稳定性的主要因素,20,3.减少沥青路面水破坏的措施,1)沥青面层的各层都用空隙率应不大于5%的沥青混凝土减少水分进入面层结构;,2)提高沥青与矿料的粘结力要求,加入消石灰和水泥、抗剥落剂等;,3)提高压实标准，增加现场空隙率控制指标；,4)路面结构中设排水层或防水层。,3.减少沥青路面水破坏的措施,21,4.评定指标与方法,1)沥青与矿料的粘附性试验,根据沥青粘附在粗集料表面的薄膜在一定温度下，受水的作用产生剥离的程度，判断沥青与粗集料的粘附性（水煮法和静态浸水法）。,2)沥青混合料的水稳性试验根据沥青混合料在水的作用下，力学性质的变化程度，检验沥青混合料的水稳性。,(1)浸水马歇尔试验以残余马歇尔稳定度为指标,(2)浸水车辙试验以动稳定度的变化为指标,(3)冻融劈裂试验以残留强度为指标,4.评定指标与方法,22,四.沥青路面的疲劳特性,1.基本概念,疲劳极限：低温、常温时表现为疲劳断裂，高温时表现为塑性变形累计，无明显疲劳极限。,弯拉疲劳,剪切疲劳,四.沥青路面的疲劳特性1.基本概念弯拉疲劳剪切疲劳,23,2.影响沥青混合料疲劳特性的因素,材料的性质（种类、组成等）、环境因素（温度、湿度等）、加荷方式、沥青混合料的劲度（矿料级配、沥青种类和用量、混合料的压实程度和空隙率、试验的温度、加荷速度和应力级等）,2.影响沥青混合料疲劳特性的因素,24,五.沥青路面的老化特性,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）,2）沥青的老化过程,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、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。,五.沥青路面的老化特性1）主要影响因素,25,3）老化原因,（1）胶质、芳香分和饱和分（挥发）含量减小，沥青质含量增加；,（2）空气的氧化作用，使沥青组分发生变化；,（3）沥青分子结构的硬化（聚合作用）。,以上三方面因素导致沥青使用性能变坏，从而影响了路面的耐久性。,3）老化原因,26,