路面材料ppt课件

第八章常用路面材料的组成及性质 8 1路面工程概述 8 2块石路面与基层 8 3碎 砾 石路面与基层 8 4无机结合料稳定土基 垫 层 8 5沥青稳定类路面 1 8 2块石路面与块石基层 一 块石路面 路基 基层 整平层 块料面层 1 结构形式 2 2 块石路面的受力特点 3 3 材料和结构要求块料 石料或混凝土预制块材料要求 强度 形状 尺寸 琢制程度整平层 粗中砂 煤渣 水泥砂或沥青砂等作用 平整 减缓冲击 减振厚度 2 3cm 高级路面 或5 10cm 次高级和中级路面 填缝料 砂 石屑 水泥砂浆或沥青马蹄脂填塞等作用 防水下渗 嵌挤 保护边角 加强整体性等基层 石灰水泥稳定类材料 碎 砾 石类材料 贫水泥混凝土等作用 承重结构层 影响着路面的整体强度和稳定性 4 3 材料和结构要求高级石块路面 1级石料琢成顶面平整而边角方正的整齐石块 一般基层为贫水泥混凝土 常用水泥砂浆做整平层 填缝料用水泥砂浆中级石块路面 采用1 2级石料粗琢的半整齐石块 基层用石灰煤渣土或碎石 整平层和填缝料宜用粗砂或石屑低级石料路面 采用天然石料粗打而成的拳石和片弹石等不整齐石块 可直接铺在厚10 20cm的砂或煤渣上 5 4 优缺点及其适用性优点 坚固耐久 清洁少尘 粗糙抗滑 养护修理方便 容易实现彩图路面 缺点 路面整体性较差 平整度不易保证 难以实现机械化施工 铺筑慢 建筑费用高 精琢块石耗费劳动力多 适用性 适应重型汽车及履带车辆交通适宜土基不稳定的桥头高填土路段铁路平交道口以及有地下管线的城市道路用于山区急弯 陡坡路段 防滑性能好城市道路景观铺装的图案路面 6 7 8 9 10 11 12 13 14 二 块石基层 1 构造特点 15 16 8 3碎 砾 石路面与基层 碎 砾 石路面是用天然砾石或经轧制的碎 砾 石或碎砾石混合料按嵌挤原理铺压而成的路面结构层 种类 水结碎石 泥结碎石 泥灰结碎石 干压碎石 级配碎石 碎石土混合料等 17 优缺点 投资不高 但平整度差 易扬尘 适用 常作路面结构的基层 可作中低级路面的面层 常用作过度期的简易路面 18 一 水结碎石路面以碎石作骨料 石粉与水形成的胶浆起粘结作用 压实而成为路面 一般厚为10 16cm 水结碎石作中低等级路面面层时 需加铺米石或石屑封层 二 干压碎石基层采用干压法 不洒水或适当洒水铺压而成的路面 要求石屑填缝紧密 碾压坚实 软土地基上不宜直接铺筑 以防软土上挤和碎石下陷 19 三 泥结碎石路面以碎石作骨料 粘土泥浆为填充料和粘结料 经压实而成的路面 可通过灌浆法 拌合法 层铺法施工 可作沥青路面基层多用于干燥路段 四 泥灰结碎石路面以碎石为骨料 用一定数量的石灰和土作粘结填缝料的碎石路面 因为掺入石灰 泥灰结碎石路面的水稳定性比泥结碎石好 其它方面与泥结碎石相似 20 五 级配或天然级配碎 砾 石结构层这一类结构层的结构强度受材料的级配影响较大 应严格按规范要求的级配范围选料 强度特点 依靠不同粒径的粒料逐级填充空隙而相互挤密 成为一个较稳定的结构层 作面层时需加铺封层 磨耗层和保护层 以减轻行车磨耗较大 避免产生波浪 变形 21 22 23 以上这些路面共有的特点 投资不高 低等级路可作为过度期的简易路面 平整度差 易扬尘 结构强度依靠碎 砾 颗粒压实嵌琐形成强度 部分用填缝料增加密实性和胶结稳定 粒料自身的强度 形状 尺寸 表面特性 压实紧密程度 填缝料种类均是重要的影响因素 结构层的强度还与其下卧层的刚度有关 24 磨耗层磨耗层是碎砾石路面的表面部分 多用坚硬 耐磨 抗冻性强的级配小颗粒料铺筑而成 用于抵抗车轮水平力和轮后吸力所引起的路面的磨损和松散 缓解大气温度和湿度变化等引起的路面破坏 并提高路面的平整度 保护层在磨耗层上用粘土和砂土构成的土砂稳定的封面或粗细砂粒均匀撒铺而成松散保护层 六 磨耗层与保护层 25 松散粒类料结构的力学特征 1 强度特性2 应力应变特性3 变形累计特性 26 1 强度特性 强度的构成 矿料颗粒本身的强度 颗粒之间的联结强度抗剪强度理论 按摩尔 库仑原理进行分析 强度的影响因素 单颗粒料的性质 如石料的强度 形状 尺寸 表面粗糙度等 混合料的级配组成性质压实的密实程度受力状态等 27 2 应力 应变特性 路面材料受力后产生的变形包括 弹性变形 塑性变形 粘弹及粘性变形 应力 应变特性大部分都表现为非线性特性 式中 K1 K2与材料有关的试验参数 为主应力之和 28 回弹模量随主应力和的变化 29 塑性变形的大小主要与材料的级配和初始密实程度以及荷载的大小及持续的时间等有关 级配不良或粒径单一的材料容易产生塑性变形累积 3 变形累计特性 30 细粒土 碎 砾 石无机结合料和工业废渣常用的有 石灰稳定土基 垫 层水泥稳定土基层石灰水泥综合稳定类工业废渣基层结构特点 具有结构自身板体性好 强度高 稳定性好 抗冻性强等特点 广泛用于修筑路面结构的基层和底基层 以提高路面的整体刚度 8 4无机结合料稳定土 混合 拌和 摊铺 碾压 养生 统称为半刚性基层 31 32 组成 石灰 6 16 天然土 碎 砾 石特点 后期强度高具有良好性能的原因 对土塑性的影响土掺入石灰后 由于离子交换等作用 细颗粒结成团粒 使土的塑性指数降低 改变了土的压实性对难以压实的湿度较大的细粒土掺入石灰后掺入石灰后含水量明显下降 压实效果增强 形成生胶凝物质将松散的粒料结合成整体 一 石灰稳定土基 垫 层 33 影响石灰土强度的主要因素 1 土质 2 灰质和剂量 3 含水量 4 密实度 5 养生条件 34 35 36 37 路用性能此类材料作基层 强度较高刚度较大 石灰稳定类基层材料强度生成较缓慢 不宜过早开放交通或受冰冻作用 石灰稳定细粒土抗水冲蚀能力差 不宜直接做高等级路面的基层 38 1 种类水泥稳定细粒土水泥稳定碎 砾 石 2 强度生成机理土 水和水泥之间发生了复杂的物理 化学和物理 化学作用 水泥自身的水化作用产生水化胶凝物质 强度的重要来源 离子交换作用使粘土颗粒间引力增强土粒凝聚 碱性环境激发了粘土中原有矿物的活性 与钙离子反应生成水化胶凝物质 其中Ca OH 2的碳酸化反应 生成碳酸钙晶体 二 水泥稳定类路面材料 39 3 强度影响因素 土质土的矿物成分 级配 有机质和硫酸盐含量不宜过高 细粒土过多消耗水泥量多 塑性过高的土不宜用水泥稳定 塑性指数 12的土宜用水泥稳定 塑性指数 17的土 宜用石灰预先处理后再用水泥进行综合稳定 水泥水泥的矿物成分和分散度影响其活性和硬化稳定的效果 不存在水泥最佳用量 越多越好 存在经济用量 4 8 为宜 其他影响因素同石灰土 40 41 路用性能水泥稳定类较石灰稳定类强度生成快 结合料剂量相同时强度和刚度高于石灰稳定类 水泥稳定类抗冻性和抗水冲蚀能力优于石灰稳定类 水泥稳定类的缩裂较石灰稳定类严重 42 即一定比例的水泥和石灰掺入土石混和而成 与水泥或石灰稳定类相比有以下特点 1 掺入的石灰改变了土的塑性 再用水泥稳定可节省水泥用量 2 过湿土可先用石灰稳定 消耗土中的多余水分后再用水泥稳定效果更好 3 因有水泥的掺入可加快材料强度生成的速度 赶工期时可采取此类稳定办法 4 对酸性粘土 重压粘土不宜单独用水泥稳定 可先用石灰稳定后再掺入水泥 三 石灰水泥综合稳定类 43 工业废渣是指 钢铁厂的矿渣和钢渣 化工厂的电石渣 漂白粉和硫铁矿渣 火力发电厂的粉煤灰和煤渣等 1 稳定土种类石灰粉煤灰土 二灰土 石灰粉煤灰砂砾 二灰砂砾 石灰粉煤灰碎石 二灰碎石 等等 四 工业废渣稳定类基层 44 2 强度生成机理 3 基本性能 石灰稳定工业废渣早期强度较低而后期强度较高 是很好的基层材料 粗骨料加强嵌挤骨架 提高初期的承重能力 对施工季节及早期开放交通有要求 45 开裂现象及对路用性能的影响破坏了半刚性基层的整体性 荷载扩散能力大大减弱 使沥青面层产生反射裂缝 使结构的整体承载能力下降 路面渗水 耐用性下降 影响半刚性材料缩裂的因素稳定土中细料含量多土的粘性大结合料的问缩合干缩敏感和剂量大施工含水量偏大施工温度 风力等 五 石灰 水泥稳定类基层开裂问题 46 减少沥青路面半刚性基层反射裂缝的措施 改善土质 塑性高的土收缩性大 控制压实时的含水量 多余水分的散失会增加收缩 混合料中掺加一定比例粗集料 相对减少细料用量 可以降低结合料的用量 半刚性基层上铺筑碎石类的过渡层 吸收裂缝 缓解反射 分期修建 初期缩裂严重 待缩裂稳定不再发展 经处理后再铺筑沥青结构层 半刚性基层上设置收缩缝 控制裂缝开裂的位置 加快早期强度的生成 提高基层自身抗裂能力 添加剂 施工温度 养生保湿措施 越冬问题等 47 六 无机结合料稳定土材料的力学特性 与原材料的性质 结合料的性质和剂量 密实度 养生条件 龄期等有关 应力 应变特征 刚性性质 抗压性质抗拉性质 弯拉 劈裂 48 疲劳特性 与反复施加的弯拉应力 f和一次荷载作用下的极限弯拉强度 s的比值 称作应力水平 有关 在 f 0 75 s的范围内 反复应力施加的频率对试验结果影响不大 通常 疲劳寿命的预估与实际相差很大 材料的变异性大 49 注意 室内试验条件同水泥混凝土路面的实际工作状态有较大的差异 室内试验是不停顿的加载 相对于室外 对材料的疲劳寿命不利 路面实际工作环境对材料疲劳寿命的不利影响比室内复杂 所以 以上疲劳方程也只是反应一个规律 建立的关系是否符合实际 能否用于指导生产实际 还需经过实际使用情况的检验反复予以修正 50 不同荷载因素对路面产生的疲劳影响采用线性叠加的方法予以累计 迈因纳定律 即 有K种荷载作用 级位为i的荷载对应的疲劳寿命为Ni 当实际的i荷载若作用ni次 则产生ni Ni的疲劳损伤 在一定的应力水平下 无机结合料稳定类材料的疲劳寿命决定于材料的极限强度 故在多数情况下凡有助于提高材料强度的措施也有利于延长其疲劳强度 51 8 5沥青稳定类路面材料 本节的主要内容 一 沥青稳定类路面材料的构成及路用性能二 沥青类路面材料的力学特性 在矿质材料中以各种方式掺入沥青材料铺筑而成的路面结构层 统称为沥青层 有以下两种情况 沥青稳定细粒土 路基土的水稳定性处理路面防水和隔水的垫层沥青稳定砂石材料 路面面层和路面基层面层采用沥青层的路面 称为沥青路面 52 一 分类A 按强度构成特点分类 密实类 矿料的级配按最大密实原则设计 其强度和稳定性主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻力 嵌挤类 矿料的级配按嵌挤原则设计 路面强度和稳定性主要依靠骨料间的嵌挤所生成的内摩阻力 粘聚力起次要作用 B 按级配类型分类 连续级配型 各档矿料按照一定的级配组成要求混合形成的沥青混合料 间断级配型 矿料级配组成中缺少1档或几档 或用量很少 而形成的沥青混合料 混合料结构组成特点 不同强度特征不同 路用性能不同 施工性能也不同 一 沥青稳定类路面材料的构成及路用性能 53 C 按空隙率大小分类密级配 空隙率3 6 矿料间相互嵌挤填充 有一定比例的填料 半开级配 空隙率6 12 矿料中有粗料 细料及少量或无填料 开级配 空隙率 18 主要由粗集料组成 矿料相互拨开 54 D 按公称最大粒径大小分类特粗式 公称最大粒径等于或大于31 5mm粗粒式 公称最大粒径26 5mm中粒式 公称最大粒径16或19mm细粒式 公称最大粒径9 5或13 2mm砂粒式 公称最大粒径小于9 5mm 55 E 按施工工艺分类 层铺法 分层洒布沥青 分成铺撒矿料和碾压的方法修筑而成 厂拌法 将规定级配的矿料和沥青材料在拌合场用专用的设备加工拌和 然后送到工地摊铺和碾压而成型的沥青结构层 路拌法 在路边用机械将矿料和沥青拌和 摊铺 碾压形成沥青结构层 例如 路拌沥青碎 砾 石 路拌沥青混凝土 特点 沥青在矿料中分布均匀性差 因矿料为冷料 所以需使用粘稠度较低的沥青 故混合料的强度较低 适用于 缺乏拌合设备的低等级道路的路面基层和低等级道路的沥青路面和水泥混凝土路面的坑槽修补 沥青稳定土还用以改善土基的水温稳定性 56 F 按混合料摊铺时的温度分类 热拌热铺特点 沥青较粘稠 矿料精选 混合料质量高 使用寿命长 但修筑费用高 热拌冷铺特点 沥青的稠度不高 热拌使沥青和矿料间粘接很好 为保证常温下不硬结 可在混合料中掺入煤油 汽油 植物油等 性能不及热拌热铺的沥青混凝土 57 二 常用沥青路面材料的路用特性 沥青混凝土 热拌沥青碎石 乳化沥青碎石混合料 沥青灌入式 沥青表面处治 沥青玛蹄脂碎石以上各类型的混合料可作沥青路面的面层 单层 双层或三层 和路面的基层 各层材料的组成设计应根据其层位 层厚 气温 降雨量 交通量和交通组成及施工条件等因素综合选用 以满足对路面使用功能的要求 58 1 热拌沥青混合料 HMA 路面和基层 59 沥青混凝土 将各种不同大小颗粒的矿料和沥青按适当比例配合 在规定温度下拌和成混合料 经摊铺压实成型 经标准压实后的空隙率在10 以下 称为沥青混凝土 型 空隙率为3 6 型 空隙率为6 10 常用于高等级公路的面层 60 沥青混凝土的基本特性 矿质混合料是按密实级配原理严格配制的 含有较多的细料和一定数量的矿粉 粘聚力在混合料的强度构成中占有很重要的地位 粘聚力受温度影响大 若级配不当或沥青用量偏多时 热稳定性较差 空隙率较小 受水和空气等的侵蚀作用小 使用寿命较长 自身强度高 若基层坚强 路面结构合理 可以承受繁重的交通 61 沥青碎石 将各种不同大小颗粒的矿料和沥青按适当比例配合 在规定温度下拌和成混合料 经摊铺压实成型 经标准压实后的空隙率在10 15 时 称为沥青碎石 乳化沥青碎石 适用于做三 四级公路的沥青面层 二级公路养护罩面以及各级公路的调平层 62 沥青碎石的基本特性 基本上属于嵌挤型结构 细料含量少 只有少量矿粉或不掺矿粉 沥青用量较少 空隙较大 热稳定性好 抗低温开裂 透水性大 强度和耐久性较沥青混凝土差 作高等级公路路面的基层或调平层 63 64 65 沥青玛蹄脂碎石路面 SMA 用沥青玛蹄脂碎石混合料做面层或抗滑层的路面 是以间断级配为骨架 用改性沥青 矿粉及木质纤维素组成的沥青沥青玛蹄脂为混合料 经拌和 摊铺 压实而形成的一种构造深度较大的抗滑面层 具有抗滑耐磨 孔隙率小 抗疲劳 高温抗车辙 低温抗开裂的优点 是一种全面提高密级配沥青混凝土使用质量的新材料 适用于高速公路 一级公路和其他重要公路的表面层 66 沥青玛蹄脂碎石混合料 SMA SMA是一种沥青 纤维稳定剂 矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料 特点 抗车辙能力 低温抗裂性 耐疲劳性能 水稳定性等各种路用性能均较普通沥青混凝土有大幅度提高 热拌沥青混合料 HMA 适用于各种等级公路的沥青路面 67 68 69 70 71 2 沥青表面处治 是在路面表面分层浇洒沥青 撒铺石料和压实而成厚度不超过3cm的薄层 按浇洒沥青及撒铺石料的层数可分为 单层 1 0 1 5cm双层 1 5 2 5cm三层 2 5 3 0cm适用于三 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 72 基本特性 拌合法施工容易控制用油量 结构稳定 且可缩短成型期 强度构成为嵌挤原则 结构层薄 一般不起提高路面结构整体强度的作用 沥青表面处治 厚度不超过3cm的薄层 层铺法 单层 拌和法 73 从作用功能上划分 上封层 铺筑在沥青面层表面的薄层 下封层 铺筑在沥青面层下面 基层表面的薄层 多用于如下的场合 中等交通 30 200辆标准车 天 的碎 砾 石路面上加铺表处 改善行车条件 减少养护工作量 预防性养护罩面层以恢复面层的使用品质 抗松散 抗滑 平整等 作为多雨地区沥青路面的防水层和密水层 做水泥混凝土路面旧路与沥青加铺层及半刚性基层以沥青面层之间需设置应力缓冲层 缓解反射裂缝 74 层铺法表处按浇洒沥青和铺撒矿料的次数可分为 单层 1 0 1 5cm 做下封层双层 2 0 2 5cm 做上封层三层 2 5 3 0cm 做上封层 75 76 微表处 用适当级配的石屑或砂 填料 水泥 石灰 粉煤灰 石粉等 采用聚合物改性乳化沥青 外掺剂和水 按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料 将其均匀地摊铺在路面上形成的沥青封层 主要用于高速公路及一级公路的预防性养护以及填补轻度车辙 也适用于新建公路的抗滑磨耗层 稀浆封层 用适当级配的石屑或砂 填料 水泥 石灰 粉煤灰 石粉等 与乳化沥青 外掺剂和水 按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料 液体石油沥青 乳化沥青 煤沥青等 将其均匀地摊铺在路面上形成的沥青封层 一般用于二级及二级以下公路的预防性养护 也适用于新建公路的下封层 拌合法表处 77 78 处理前后 79 80 上封层 1裂缝较细 较密的可采用涂洒类密封剂 软化再生剂等涂刷罩面 2对二级及二级以下公路的旧沥青路面可以采用普通的乳化沥青稀浆封层 也可在喷洒道路石油沥青后撒布石屑 砂 后碾压作封层 3对高速公路 一级公路有轻微损坏的宜铺筑微表处 4对用于改善抗滑性能的上封层可采用稀浆封层 微表处或改性沥青集料封层 81 下封层 1多雨潮湿地区的高速公路 一级公路的沥青面层空隙率较大 有严重渗水可能 或铺筑基层不能及时铺筑沥青面层而需通行车辆时 宜在喷洒透层油后铺筑下封层 2下封层宜采用层铺法表面处治或稀浆封层法施工 稀浆封层可采用乳化沥青或改性乳化沥青作结合料 下封层的厚度不宜小于6mm 且做到完全密水 3以层铺法沥青表面处治铺筑下封层时 通常采用单层式 控制好矿料及沥青用量 82 沥青贯入式 在初步压实的碎石层上再分层浇洒沥青 撒铺嵌缝料 或封面料 和压实而成 厚度一般4 8cm 沥青上拌下贯式 沥青贯入式的封面材料改用沥青混合料时总厚度 7 10cm 沥青混合料厚3 4cm 沥青贯入式碎石路面适用于二级及二级以下公路的面层 3 沥青贯入式 83 层铺法施工 层厚一般为4 8cm 当交通量较大 对路面有较高要求 不宜使用 上拌下贯法施工 上面3 4cm拌和 下面贯入 总厚一般为7 10cm 上拌下贯法施工具有成型快 质量易控制 平整度好等优点 沥青混合料拌和设备能力不足时考虑采用此法 适用于三级及三级以下公路的路面 也可作为沥青路面的联结层或基层 乳化沥青贯入式路面的厚度不宜超过5cm 最上层应撒布封层料或加铺拌和层 作为联结层时 可不撒表面封层料 施工季节 干燥 且宜在日最高温度降低至l5 通过开放交通碾压成型 84 基本特性 主要靠嵌挤原则生成强度 多空隙 强度和温度稳定性较好 沥青贯入式作面层时 为防止路面水浸入 应进行封面 当作沥青混凝土路面的基层时 需要时应设下封层 为缓解半刚性基层的反射裂缝 也可在沥青面层和半刚性基层间增设一层沥青贯入式 85 4 路拌沥青碎 砾 石混合料是在路边用拌合设备将矿料与沥青就地拌和而成的材料 混合料强度较低 多采用乳化沥青 液体沥青 改性乳化沥青 适用性 适用于三级及三级以下的公路的沥青面层 二级公路的罩面层施工 各级公路沥青路面的基层 联接层或整平层 冷拌改性沥青混合料可用于沥青路面的坑槽冷补 宜采用密级配沥青混合料 铺筑上封层可采用半开级配的冷拌沥青碎石混合料 86 87 三 其他沥青层材料粘层 为加强路面沥青层与沥青层之间 沥青层与水泥混凝土路面之间的粘结而洒布的沥青材料薄层 透层 为使沥青面层与非沥青材料基层结合良好 在基层上喷洒液体石油沥青 乳化沥青 煤沥青而形成的透入基层表面一定深度的薄层水泥混凝土桥面的沥青铺装层 大中型水泥混凝土桥桥面铺筑的沥青铺装层 应满足与混凝土桥面的粘结 防止渗水 抗滑及有较高抵抗振动变形的能力等功能性要求 公路隧道沥青路面 隧道内铺筑沥青路面时应充分考虑隧道沥青路面施工和维修养护工作困难 隧道内外光线变化显著 隧道有可能漏水 冒水 隧道防火安全等特点选择适宜的材料与结构 88 钢桥面铺装 必须具有能与钢板紧密结合 变形协调 防水 足够的耐久性 较小的温度敏感性 抗疲劳性能 表面抗滑的要求 多采用聚合物或天然沥青改性沥青混凝土 环氧沥青混凝土 浇注式沥青混凝土 SMA等 89 路面类型的选择 90 二 沥青路面材料的力学特性 主要研究 材料的强度特性应力 应变关系变形累计特性重复荷载作用下的疲劳特性 研究路面材料力学特性的目的 正确判别路面各种病害的成因 91 一 强度特性 路面出现的强度破坏 剪切类的破坏 路基的滑坍 沥青路面面层的推移 拥抱等 过大的拉应力或弯拉应力造成的破坏 主要研究 抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 包括弯拉强度 92 1 剪切强度 高温状态下 tan 测定方法 直剪三轴试验 93 影响沥青路面材料抗剪强度的因素 黏结力的因素 沥青品种 沥青膜厚度 沥青与集料的粘附等 集料组成性质 矿料单颗粒的性质 级配的性质 密实等 试验条件 温度 加荷特性等 沥青的粘温特性 松散集料特性 94 2 抗拉强度 低温状态下 测定方法 直接拉伸间接拉伸 劈裂试验 劈裂试验较纯拉试验条件容易控制且试件制备简单 95 影响抗拉强度的因素沥青 沥青的性质 沥青的含量 分散程度矿料 细料的含量 混合料的均匀性等实验条件 试验温度 受荷状态 96 3 抗弯拉强度 低温状态下 测定方法 梁式试验 弯拉强度有时间接用劈裂强度评价 97 影响抗弯拉强度的因素沥青 沥青的性质 沥青的含量 分散程度矿料 矿料的性质 混合料的均匀性等实验条件 试验温度 受荷状态 98 二 沥青混合料应力 应变关系沥青 粘 弹 塑性沥青混合料 粘 弹 塑性不同结构类型的混合料不同的温度条件荷载条件 多数情况下应力 应变关系呈现出粘 弹 塑性综合的性质 分析目的不同时 应变可以取总应变或回弹应变等 即得到相应的变形模量或回弹模量等 99 a 静态加载b 动态加载c 重复加载 蠕变试验应变中包含大量塑性应变 因而反映了沥青混合料抗塑性变形的能力 用于分析沥青路面车辙问题的分析 100 三 沥青路面材料的变形累积特性 研究沥青路面高温下的永久变形 路面的永久变形是路基路面各结构层材料塑性变形的综合累积的结果 永久变形的大小相关于 车辆荷载的大小 作用次数路基的变形特性路面各结构层材料的变形特性 101 沥青路面材料的变形累积特性 102 温度 荷载的大小 加荷时间 荷载作用次数 混合料的类型 侧向约束等等 加荷时间长或温度较高时 在道路交叉口 分道行驶的道路以及高速公路上坡段 累积塑性变形较大 影响变性累积的主要因素 103 路面上的车辆荷载是典型的重复荷载 因此必须研究路面材料的疲劳特性 疲劳 材料在重复荷载 应力 低于一次破坏静载或极限应力 的反复作用下 材料强度降低并产生破坏的现象 疲劳强度 造成材料疲劳破坏的重复应力的大小 疲劳极限 当重复应力降低到某一数值时 其反复作用也不会造成疲劳破坏的应力值 疲劳寿命 重复应力作用下 达到疲劳破坏时所能承受的应力作用次数 四 路面材料的疲劳特性 研究疲劳极限和疲劳寿命 104 疲劳方程 重复应力的大小与达到破坏时的作用次数之间的关系 疲劳强度与疲劳寿命的关系 105 1 疲劳试验方法及疲劳方程室内疲劳试验方法 简支小梁弯曲疲劳试验圆柱体劈裂 间接拉伸 拉裂疲劳试验两种研究方法 控制应力式疲劳试验控制应变式疲劳试验 106 室内对沥青混合料进行疲劳试验的研究可以通过 1 简支小梁 进行弯曲疲劳试验 2 圆柱体劈裂 间接拉伸 进行拉裂疲劳试验由于沥青混合料的劲度模量较低 反复加荷过程中 试件的应力状态和应变量在不断发生变化 所以 对于沥青混合料常采用以下两种方法进行疲劳试验研究 1 控制应力式 2 控制应变式 107 控制应变方式 即重复施加荷载 但使得每次产生的应变量保持不变 由于重复加荷过程中材料的劲度是在不断下降的 所以 试验过程中要不断减小所施加的荷载或应力 这样的试验方式试件不会有明显的破裂 最终以重复作用应力或混合料的劲度降到初始值的某一程度 通常为加荷200次时对应的荷载或应力值的50 或40 作为破坏的统一标准 控制应力式 试验过程中保持每次施加的荷载或应力值不变 随着试件不断地受到损伤 材料劲度在不断下降 施加的应力大小尽管不变 而应变量的增长速度却随加荷次数在不断增大 试件断裂或变形过大而破坏 108 通过试验数据建立疲劳方程 其中 Nf 疲劳寿命 r r 疲劳应力 应变 A C b d 同沥青混合料组成和试验条件有关的系数 109 研究材料疲劳特性的目的 了解影响材料疲劳特性的因素 以便改进材料的组成 提高其使用寿命 寻找材料的疲劳强度同反复应力作用次数之间的定量关系 疲劳方程 预估材料的使用寿命 110 2 影响沥青混合料疲劳性能的因素分析重复应力的每次作用 材料的劲度都在发生变化 所以 任何影响混合料劲度的因素同样影响材料的疲劳性能 1 材料的组成及内部构造沥青含量 沥青针入度 集料的形状和粗糙度 集料的级配 空隙率等 2 荷载 荷载大小 加荷速率 加荷时间 3 环境 温度 111 三 沥青混合料材料组成1 沥青材料沥青路面采用的沥青材料有 1 道路石油沥青 A 2 软煤沥青 T 煤沥青是由煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的沥青 煤沥青与石油沥青相比 在技术性质上有下列差异 温度稳定性较低 与矿质集料的粘附性较好 气候稳定性较差 以及含对人体有害成分较多 臭味较重 3 液体石油沥青 用汽油 煤油 柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品 也称轻制沥青或稀释沥青 AL R 快凝液体石油沥青AL M 中凝液体石油沥青AL S 慢凝液体石油沥青 112 三 沥青混合料材料组成1 沥青材料沥青路面采用的沥青材料有 4 乳化沥青 石油沥青与水在乳化剂 稳定剂等的作用下经乳化加工制得的均匀的沥青产品 也称沥青乳液 PC 喷洒型阳离子乳化沥青BC 拌和型阳离子乳化沥青PA 喷洒型阴离子乳化沥青BA 拌和型阴离子乳化沥青 5 改性沥青 掺加橡胶 树脂 高分子聚合物 天然沥青 磨细的橡胶粉或者其他材料等外掺剂 改性剂 使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料 6 改性乳化沥青 在制作乳化沥青的过程中同时加入聚合物胶乳 或将聚合物胶乳与乳化沥青成品混合 或对聚合物改性沥青进行乳化加工得到的乳化沥青产品 113 1 道路石油沥青道路石油沥青的适用范围沥青路面所使用的沥青品种和等级应符合下表规定 沥青路面采用的沥青标号 宜按照公路等级 气候条件 交通条件 路面类型及在结构层中的层位 施工方法等 结合当地使用经验 经技术论证后确定 114 1 道路石油沥青道路石油沥青的适用范围对高速公路 一级公路 夏季温度高 高温持续时间长 重载交通 山区及丘陵区上坡路段 服务区 停车场等行车速度慢的路段 尤其是汽车荷载剪应力大的层次 宜采用稠度大 60 粘度大的沥青 也可提高高温气候分区的温度水平选用沥青等级 对冬季寒冷的地区或交通量小的公路 旅游公路宜选用稠度小 低温延度大的沥青 对温度日温差 年温差大的地区宜注意选用针入度指数大的沥青 115 1 道路石油沥青道路石油沥青的适用范围当高温要求与低温要求发生矛盾时应优先考虑满足高温性能的要求 当缺乏所需标号的沥青时 可采用不同标号掺配的调和沥青 其掺配比例由试验决定 沥青必须按品种 标号分开存放 除长期不使用的沥青可放在自然温度下存储外 沥青在储罐中的贮存温度不宜低于130 并不得高于170 桶装沥青应直立存放 加盖苫布 道路石油沥青在贮运 使用及存放过程中应有良好的防水措施 避免雨水或加热管道蒸汽进入沥青中 116 2 乳化沥青乳化沥青的适用范围乳化沥青适用于沥青表面处治路面 沥青贯入式路面 冷拌沥青混合料路面 修补裂缝 喷洒透层 粘层与封层 其品种和适用范围见下表 117 2 乳化沥青乳化沥青的适用范围乳化沥青的质量应符合规范规定 在高温条件下宜采用粘度较大的乳化沥青 寒冷条件下宜使用粘度较小的乳化沥青 乳化沥青类型根据集料品种及使用条件选择 阳离子乳化沥青可适用于各种集料品种 阴离子乳化沥青适用于碱性石料 制备乳化沥青的基质沥青 对高速公路和一级公里宜符合道路石油沥青A B级沥青要求 其他情况可采用C级沥青 乳化沥青宜存放在立式罐中 并保持适当搅拌 贮存期以不离析 不冻结 不破乳为度 118 3 液体石油沥青液体石油沥青适用于透层 粘层及拌制冷拌沥青混合料 根据使用目的与场所 可选用快凝 中凝 慢凝的液体石油沥青 液体石油沥青宜采用针入度较大的石油沥青 使用前按先加热沥青后加稀释剂的顺序 掺配煤油或轻柴油 经适当搅拌 稀释制成 掺配比例由试验确定 液体石油沥青在制作 贮存 使用全过程中必须通风良好 并有专人负责 确保安全 基质沥青加热温度严禁超多140 液体沥青的贮存温度不得高于50 119 4 煤沥青道路用煤沥青标号根据气候条件 施工温度 使用目的选用 质量符合规范规定 道路用煤沥青适用于下列情况 各种等级公路的各种基层上的透层 宜采用T 1或T 2级 其他等级不合喷洒要求时可适当稀释使用 三级及以下公路铺筑表面处治或贯入式沥青路面 宜采用T 5 T 6或T 7级 与道路石油沥青 乳化沥青混合使用 以改善渗透性 道路用煤沥青严禁用于热拌热铺的沥青混合料 作其他用途时的贮存温度为70 90 且不得长时间贮存 120 三 沥青混合料材料组成2 矿质材料沥青路面所用的矿料包括粗集料 碎石和砾石 细集料 石屑和砂 及矿粉等 1 粗集料沥青层用粗集料包括碎石 破碎砾石 筛选砾石 钢渣 矿渣等 但高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和矿渣 粗集料必须由具有生产许可证的采石场生产或施工单位自行加工 粗集料应该洁净 干燥 表面粗糙 质量应符合规范的规定 当单一规格集料的质量指标达不到表中要求 而按照集料配比计算的质量指标符合要求时 工程上允许使用 对受热易变质的集料 宜采用经拌和机烘干后的集料进行检验 121 三 沥青混合料材料组成 1 粗集料采石场在生产过程中必须彻底清除覆盖层及泥土夹层 生产碎石用的原石不得含有土块 杂物 集料成品不得堆放在泥土地上 高速公路 一级公路沥青路面的表面层 或磨耗层 的粗集料的磨光值应符合规范的要求 除SMA OGFC路面外 允许在硬质粗集料中掺加部分较小粒径的磨光值达不到要求的粗集料 其最大掺加比例由磨光值试验确定 粗集料与沥青的粘附性应符合规范要求 当使用不符要求的粗集料时 宜掺加消石灰 水泥或用饱和石灰水处理后使用 必要时可同时在沥青中掺加耐热 耐水 长期性能好的抗剥落剂 也可采用改性沥青的措施 使沥青混合料的水稳定性检验达到要求 掺加外加剂的剂量由沥青混合料的水稳定性检验确定 122 三 沥青混合料材料组成 1 粗集料破碎砾石应采用粒径大于50mm 含泥量不大于1 的砾石轧制 破碎砾石的破碎面应符合规范要求 筛选砾石仅适用于三级及三级以下公路的沥青表面处治路面 经过破碎且存放期超过6个月以上的钢渣可作为粗集料使用 除吸水率允许适当放宽外 各项质量指标应符合规范要求 钢渣在使用前应进行活性检验 要求钢渣中的游离氧化钙含量不大于3 浸水膨胀率不大于2 粗集料按粒径大小 分为S1 S14 共14种 123 三 沥青混合料材料组成 2 细集料沥青路面的细集料包括天然砂 机制砂 石屑 细集料必须由具有生产许可证的采石场 采砂场生产 细集料应洁净 干燥 无风化 无杂质 并有适当的颗粒级配 其质量应符合规范规定 细集料的洁净程度 天然砂以小于0 075mm含量的百分数表示 石屑和机制砂以砂当量 适用于0 4 75mm 或亚甲蓝值 适用于0 2 36mm或0 0 15mm 表示 天然砂可采用河砂或海砂 通常宜采用粗 中砂 其规格应符合规范的规定 砂的含泥量超过规定时应水洗后使用 海砂中的贝壳类材料必须筛除 开采天然砂必须取得当地政府主管部门的许可 并符合水利及环境保护的要求 热拌密级配沥青混合料中天然砂的用量通常不宜超过集料总量的20 SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂 124 三 沥青混合料材料组成 2 细集料石屑是采石场破碎石料时通过4 75mm或2 36mm的筛下部分 其规格应符合规范要求 采石场在生产石屑的过程中应具备抽吸设备 高速公路和一级公路的沥青混合料 宜将S14与S16组合使用 S15可在沥青稳定碎石基层或其他等级公路中使用 机制砂宜采用专用的制砂机制造 并选用优质石料生产 其级配应符合S16的要求 125 三 沥青混合料材料组成 3 填料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 原石料中的泥土杂质应除净 矿粉应干燥 洁净 能自由地从矿粉仓流出 其质量应符合规范的技术要求 拌和机的粉尘可作为矿粉的一部分回收使用 但每盘用量不得超过填料总量的25 掺有粉尘填料的塑性指数不得大于4 粉煤灰作为填料使用时 用量不得超过填料总量的50 粉煤灰的烧失量应小于12 与矿粉混合后的塑性指数应小于4 其余质量要求与矿粉相同 高速公路 一级公路的沥青面层不宜采用粉煤灰作填料 126 三 沥青混合料材料组成3 纤维稳定剂在沥青混合料中掺加的纤维稳定剂宜选用木质素纤维 矿物纤维等 木质素纤维的质量应符合规范的技术要求 纤维应在250 的干拌温度不变质 不发脆 使用纤维必须符合环保要求 不危害身体健康 纤维必须在混合料拌和过程中能充分分散均匀 矿物纤维宜采用玄武岩等矿石制造 易影响环境及造成人体伤害的石棉纤维不宜直接使用 纤维应存放在室内或有棚盖的地方 松散纤维在运输及使用过程中应避免受潮 不结团 纤维稳定剂的掺加比例以沥青混合料总量的质量百分率计算 通常情况下用于SMA路面的木质素纤维不宜低于0 3 矿物纤维不宜低于0 4 必要时可适当增加纤维用量 纤维掺加量的允许误差宜不超过 5 127 总结 一 路面材料类型的选择应考虑的因素 1 任务要求道路等级 交通量 使用年限 工程费用等 2 工程特点施工季节 施工工期 材料供应 基层状况 路基状况等 4 自然条件气候特点 地形条件 降水量大小等 例 路段纵坡 6 不宜使用沥青路面 3 时应考虑抗滑 5 施工条件施工能力 施工技术等 3 材料所在的结构层位受力要求和功能要求 128 二 沥青路面较为突出的几个问题 沥青类路面抗弯强度相对较低 对基础要求较高 材料 施工的压实性 软弱或翻浆路段的处理等 沥青路面高温稳定性问题 沥青的选择 混合料类型的选择及路高温稳定性等 沥青路面低温下抗变形能力差 寒冷地区防止土基不均匀冻胀和路面缩裂等 沥青路面透水性小 潮湿路段提高土基和基层水稳定性问题 重交通路段 沥青路面过早疲劳开裂等 高等级公路路面的结构功能和使用功能的矛盾问题 沥清路面的早期损害 129 END 130