道路工程---5.1-路面工程概述课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,单击此处编辑母版标题样式,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,School of Civil Engineering, CSU, China,中南大学道路与铁道工程国家重点学科,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,*,路面工程概述,中南大学土木工程学院,道路工程系,路面工程概述中南大学土木工程学院,主要内容,第一节 概述,第二节 沥青路面材料组成和基本性能,主要内容第一节 概述,由于行车荷载、自然因素等对路面的影响随深度的增加而逐渐减弱，路面的强度、抗变形能力和稳定性也应随深度而逐渐降低要求，因此，路面的结构应,分层铺筑,、分为,若干层次结构,，并按各结构层次的特定状况进行相应的材料要求。,1,、路面结构组成,第一节 概述,1、路面结构组成第一节 概述,路面结构按照使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不同分成若干层次，通常按照各个层位功能的不同划分为,面层、基层和路基,三个层次，基层中包括底基层在内。,面 层,：,直接同行车荷载、大气接触，承受较大的行车荷载作用（包括,冲击），同时受到降水、气温等的影响。与其它层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应耐磨、不透水、抗滑、平整（另外还应能适应基层开裂对其影响或旧路面病害的反映）。材料的使用应能适应此功能要求。,第一节 概述,2,、,路面的结构层次与材料要求,路面结构按照使用要求、受力状况、土基支承条件和自然,基 层,：,主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层及土基，是路面结构的主要承重层（对于沥青路面）或重要功能层（对于水泥砼路面），因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能被面层渗入雨水浸湿或地下水影响，也可受温度影响变形，因此仍应具有足够的水温稳定性；同时，,为保证面层平整,，它还应具有较好的平整度。,垫层,：,垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态；同时，也可扩散基层传递的荷载应力、,减小土基的应力与变形,，并可阻止路基土挤入基层。一般垫层修于特定状况道路工程结构中，如防砂土基础挤入基层、软土地基扩散应力、冻土保温隔温等。,2,、,路面的结构层次与材料要求,第一节 概述,基 层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到,面层,：,用水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石、泥灰结石、块料等材料。,基层（包括底基层）,：,材料主要有各种结合料稳定土或稳定碎石、贫水泥砼、天然砂砾、碎石,/,块石,/,片石,/,砾石、工业废渣结合混合料等。当用不同材料修筑基层时，最下层的统一材料层称为底基层，它可就近使用当地的材料或土。,路基及垫层,：,材料主要有松散粒料类透水层或稳定土等稳定隔离层。,第一节 概述,2,、,路面的结构层次与材料要求,面层： 用水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石、泥灰结,路面等级,面层材料类型,适用的技术等级,高 级,沥青混凝土，水泥混凝土,高速、一级、二级、,三级、四级,次高级,沥青贯入式,，,沥青碎石,，,沥青表面处治,，整齐石块或条石,二级、三级、四级,中 级,碎、砾石（泥结或级配）,，,半整齐块石,，,其它粒料,三级、四级,低 级,粒料加固土,，,其它当地材料加固或改善土，不整齐石块,四级,第一节 概述,3,、,路面等级与分类,路面等级面层材料类型适用的技术等级高 级 沥青混凝土，水泥混,路面类型可从不同角度来进行划分，一般常按照面层所用的材料来进行区分，如水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等等。但在,工程设计中，则主要从路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发，将路面划分为,柔性路面,、,刚性路面,和,半刚性路面,三类。,3,、路面的分类,第一节 概述,3、路面的分类第一节 概述,柔性路面,总体结构刚度较小，荷载作用下的弯沉变形较大，抗弯拉强度较低，传递给土基的单位压力也较大，它主要包括各种未经处理的粒料基层和,各类沥青面层,、碎（砾）石面层或块石面层组成的路面结构。,刚性路面,主要指用,水泥混凝土,作面层或基层的路面结构，其强度高、弹性模量高、处于板体工作状态，传递给基础的单位压力小。,半刚性路面,通过改善沥青混凝土性能使其呈半刚性特性，其刚度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。,第一节 概述,3,、路面的分类,第一节 概述3、路面的分类,4,、沥青路面,(Asphalt Pavement),柔性基层沥青路面,(Asphalt pavement with flexible base),半刚性基层沥青路面,(Asphalt pavement with semi-rigid base),刚性基层沥青路面,(Asphalt pavement with rigid base),全厚式沥青路面,(Full Depth asphalt pavement),第一节 概述,4、沥青路面(Asphalt Pavement)第一节 概述,5,、,水泥混凝土路面（水泥路面）,普通混凝土（,JPCP,）,钢筋混凝土（,JRCP,）,连续配筋混凝土（,CRCP,）,钢纤维混凝土,(SFCP),预应力混凝土、装配式混凝土、碾压混凝土,第一节 概述,5、水泥混凝土路面（水泥路面）第一节 概述,第,一,节,概述,6,、行车荷载及其对路面的影响,汽车荷载既是路基路面的服务对象，又是造成路基路面结构损伤的主要原因；,它是不断移动着的、具有振动和冲击影响的,动荷载；,汽车荷载的特性包括,汽车轮重与轴重的大小与特性,、,车轴的布置,、,汽车轴载的时间分布特性,、,以及汽车静态与动态荷载的特性比较,等不同方面。,第一节 概述6、行车荷载及其对路面的影响,第,一,节,概述,轮压与压圆：,轮胎对路面的静态压力大小与胎内压相接近，压面近似为圆形。,轮压的影响因素,（,1,）汽车轮胎的压力,（,2,）轮载大小,（,3,）轮胎的刚度、轮胎与路面的接触形态,接触压力受接触面的形态和轮胎花纹的影响，一般情况下接触面上的压力分布是不均匀的。,6,、行车荷载及其对路面的影响,第一节 概述轮压与压圆：轮胎对路面的静态压力大小与胎内压相接,运动车辆对路面的作用力,道路上行驶的汽车除给路面施加,垂直静压力,外，还施加,水平力,和,振动力,，对路面固定点而言，这种影响又具有,瞬时性和重复性,。,车轮作用于路面的垂直压力与水平压力,a),停驻；,b),启动、一般行驶、加速；,c),减速、制动；,d),转向,P,P,P,P,V,Q,Q,a),b),c),d),第,一,节,概述,运动车辆对路面的作用力车轮作用于路面的垂直压力与水平,1,）水平力：,行车安全要求,q,max, p,，其中 为路表与车轮的附着系数，它同路面类型与湿度（路面状态）以及行车速度有关。路表层水平力过大易导致推挤、拥包、波浪及车辙等病害,。,2,）振动力：,振动轮载最大峰值与静载之比称为冲击系数，设计路面时，应以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。,3,）瞬时作用及重复：,路面点的车轮作用时间约为,0.01,0.10s,，结构变形来不及呈现，瞬时作用利于结构，但多次重复作用又易使其疲劳,。,第,一,节,概述,第一节 概述,什么是沥青混合料？,沥青混合料是由,矿质混合料,(,包括粗集料、细集料和矿物填料等）与,沥青结合料,拌和而成的混合物，也可以称为,沥青混凝土,。,将这种混合料加以摊铺、碾压成型，即成为各种类型的沥青混凝土路面。在这种结构中，,粗骨料,起,骨架,作用，,沥青,与,填料,起,胶结,和,填充,的作用。,第二节 沥青路面材料组成及性质,什么是沥青混合料？第二节 沥青路面材料组成及性质,沥青混合料的主要组成材料：,1.,沥青,有机结合料,（胶结作用）,2.,粗集料,砾石、卵石等,（骨架支撑作用）,3.,细集料,天然砂、人造砂、石屑等,（填充，增加粗集料接触点）,4.,填料,矿物填料，水泥，细粉等,（填充密实、增强沥青的粘结作用）,主要组成材料,沥青混合料,与,水泥混凝土,的工程性质和制备工艺截然不同，但是在组成材料上却有相似之处。所以在学习沥青混合料的过程中可以与水泥混凝土进行对比。,第二节 沥青路面材料组成及性质,沥青混合料的主要组成材料：主要组成材料沥青混合料与水泥混凝土,沥青材料是由高分子碳氢化合物及其衍生物组成的、黑色或深褐色的,固体、半固体或粘稠状物,、不溶于水而几乎全溶于二硫化碳的,非晶态有机材料（有机胶凝材料）。,沥青,无机胶凝材料是？,第二节 沥青路面材料组成及性质,沥青材料是由高分子碳氢化合物及其衍生物组成的、黑色或深褐色的,沥青有什么特点,?,热塑性材料，,加热就软化,；,憎水性材料，耐水、不溶于水；,不导电；,良好的粘结性和粘弹性；,60 C,25 C,1 hour,1 hour,10 hours,第二节 沥青路面材料组成及性质,沥青有什么特点?60 C25 C1 hour1 hour10,沥青有哪些种类,?,地沥青,沥青分类,：,*石油沥青：,地壳中的,原油,，经开采加工得到的沥,青。可以从生产工艺中考虑。,天然沥青：,当地下原油通过岩石裂缝渗透到地表后并长期,暴露在大气中时，其中所含轻质部分蒸发，而,残留物经氧化后成为天然沥青，一般存在于岩,石裂缝中（,岩沥青,）、地面上或形成湖泊,（,湖沥青、海底沥青,）。,焦油沥青：,是,煤、木材、页岩,等有机物经干馏加工而得到,的焦油再加工所得的产物。,第二节 沥青路面材料组成及性质,沥青有哪些种类?地沥青沥青分类：*石油沥青：地壳中的原油，经,石油沥青,Petroleum asphalt,认识石油沥青,第二节 沥青路面材料组成及性质,石油沥青 Petroleum asphalt 认识石油,石油沥青生产工艺：,原油在提取了汽油、煤油、柴油和润滑油等石油产品后，其,残渣,再经氧化装置、溶剂脱沥青装置或深拔装置等,处理,，即可制成石油沥青。,石油沥青是怎么生产出来的？,汽油,煤油,轻质柴油,柴油,机油,沥青,第二节 沥青路面材料组成及性质,石油沥青生产工艺：第二节 沥青路面材料组成及性质,化学成分：,83%,碳；,10%,氢；,7%,氧,氮 和硫；,微量的钒、镍、铝和硅。,石油沥青含哪些化学成分？,第二节 沥青路面材料组成及性质,化学成分：石油沥青含哪些化学成分？第二节 沥青路面材料组成及,沥青是沥青混合料中最重要的材料，其性能直接影响沥青混合料的各项技术性质 （,今后专门学习,）；,沥青路面在选择沥青标号时，必须考虑环境对沥青混合料的作用,：,公路等级,荷载等级,&,重要性,气候条件,温度,交通条件,交通量,路面类型,路面结构和设计的需求,沥青的选择,第二节 沥青路面材料组成及性质,沥青是沥青混合料中最重要的材料，其性能直接影响沥青混合料的各,粒径大于,2.36mm,的集料为粗集料,，起,骨架作用,。高速公路和一级公路宜选用坚硬、耐磨性好的碎石和破碎砾石。,粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙，符合一定的级配要求，具有足够的力学性能，与沥青有较好的粘附性等。,粗集料,第二节 沥青路面材料组成及性质,粒径大于2.36mm的集料为粗集料，起骨架作用。高速公路和一,粗集料对强度的影响,第二节 沥青路面材料组成及性质,粗集料对强度的影响第二节 沥青路面材料组成及性质,粒径小于,2.36mm,的集料为细集料：增加密实度和耐久性,沥青路面的细集料包括天然砂、机制砂、石屑。细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配；,细集料也要富有棱角，应尽可能采用机制砂。天然砂的棱角已被磨去，如果用量过多，会引起混合料稳定性明显下降。,细集料,天然砂,机制砂,第二节 沥青路面材料组成及性质,粒径小于2.36mm的集料为细集料：增加密实度和耐久性细集料,在沥青混合料中起,填充,作用的,粒径小于,0.075mm,的矿质粉末,称为填料；通常采用矿粉。,沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等,憎水性,石料经磨细得到的矿粉（,碱性,),，原石料中的泥土杂质应除净。,填 料,第二节 沥青路面材料组成及性质,在沥青混合料中起填充作用的粒径小于0.075mm的矿质粉末称,按结合料分类,石油沥青,混合料,煤沥青,混合料,按生产工艺分类：,热拌,沥青混合料,温拌,沥青混合料,冷拌,沥青混合料,再生,沥青混合料,按矿料级配组成及空隙率大小分类,密级配,沥青混合料（设计空隙率为,3-5%,）,半开级配,沥青混合料（设计空隙率为,6-12%,）,开级配,沥青混合料（设计空隙率大于,18%,）,沥青混合料的种类,按照公称最大粒径分类,特粗式,31.5mm,粗粒式,26.5mm,中粗式,16mm,或,19mm,细粒式,9.5mm,或,13.2mm,砂粒式,9.5mm,第二节 沥青路面材料组成及性质,按结合料分类沥青混合料的种类按照公称最大粒径分类第二节 沥青,沥青混合料的抗剪强度的决定因素：,内因：内摩擦角和粘聚力，其值越大，抗剪强度越大；,外因：决定于温度等环境因素。,(1),影响沥青混合料内摩擦角的因素,矿质集料：,矿料尺寸较大、颗料均匀、有棱角、表面粗糙时，所组成的混合料具有较大嵌挤力与内摩阻力。,沥青含量：,含量越少，则矿料表面形成的沥青膜越薄，内摩擦角越大,。,沥青混合料,的抗剪强度,沥青混合料的抗剪强度的决定因素： (1)影响沥青混合料内摩,沥青混合料,的抗剪强度,(2),影响沥青混合料粘聚力的因素,沥青材料的粘结性,沥青的粘度越大,，,混合料的粘滞阻力也越大，抵抗剪切变形的能力越强,。,矿料颗粒间的联结形式,结构沥青，自由沥青。沥青薄膜形成结构沥青比例越大则粘聚力越大。当沥青含量不变时，增加,矿料的比表面,可以减薄沥青膜的厚度，使结构沥青所占比例增大，粘聚力提高。,沥青混合料的抗剪强度 (2)影响沥青混合料粘聚力的因素,沥青混合料,中的结构沥青？,第二节 沥青路面材料组成及性质,沥青混合料中的结构沥青？第二节 沥青路面材料组成,观察与讨论,沥青用量对沥青混合料剪切强度的影响,讨论,沥青用量与沥青混合料粘聚力及内摩擦角的关系,第二节 沥青路面材料组成及性质,观察与讨论沥青用量对沥青混合料剪切强度的影响 讨论沥青用量与,粘聚力,内摩擦角,分析（,a,），（,b,），（,c,）三种状态的不同,沥青含量（,%,）,第二节 沥青路面材料组成及性质,粘聚力内摩擦角分析（a），（b），（c）三种状态的不同沥青含,观察与讨论,沥青用量对沥青混合料剪切强度的影响,分析,沥青用量,过少,，混合料干涩，混合料,内聚力差,；适当增加沥青用量，将会改善混合料的胶结性能，便于拌和和压实，有助于提高路面的密实度和强度。但当沥青用量,过多,时，则使集料颗粒表面的沥青膜增厚，多余的沥青在骨料之间形成自由沥青，起到润滑作用，使得沥青混合料在高温时受力易产生推挤滑移，,出现较大塑性变形,。因此，沥青混合料存在,最佳沥青用量，,这时沥青混合料具有相对较好的力学性能,。,第二节 沥青路面材料组成及性质,观察与讨论沥青用量对沥青混合料剪切强度的影响 分析 沥青,小结,1,、路面结构组成,2,、路面的结构层次与材料要求,3,、路面分类,4,、沥青路面与水泥混凝土路面,5,、行车荷载对路面的影响,6,、沥青与沥青混合料,7,、沥青混合料的抗剪强度,小结1、路面结构组成,