沥青路面PPT课件.ppt
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1、第十二章第十二章 沥青路面沥青路面第一节第一节 沥青路面的特点与分类沥青路面的特点与分类第二节第二节 沥青路面的稳定性和耐久性沥青路面的稳定性和耐久性第三节第三节 沥青面层材料设计沥青面层材料设计第四节第四节 沥青混合料路面的施工技术沥青混合料路面的施工技术第一节第一节 概述概述一、沥青路面的基本特性一、沥青路面的基本特性 沥青路面沥青路面是指用沥青做结合料粘结矿料修筑面是指用沥青做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。层与各类基层和垫层所组成的路面结构。(一)与水泥混凝土路面相比,沥青路面具有表(一)与水泥混凝土路面相比,沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小
2、噪面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪音低音低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点。建等优点。(二)沥青路面属柔性路面,强度与稳定性在很(二)沥青路面属柔性路面,强度与稳定性在很大程度上取决于土基和基层的特性大程度上取决于土基和基层的特性,低温抗变形,低温抗变形能力低。能力低。层铺法层铺法:分层洒布沥青,分层铺撒矿料和碾压的方法修筑分层洒布沥青,分层铺撒矿料和碾压的方法修筑;路拌法路拌法:在路上用机械将矿料和沥青材料就地拌和摊铺和碾压密实在路上用机械将矿料和沥青材料就地拌和摊铺和碾压密实而成的沥青面层而成的沥青面层;厂拌法厂拌法:一定级配
3、的矿料和沥青材料在工厂用专用设备加热拌和,一定级配的矿料和沥青材料在工厂用专用设备加热拌和,然后送到工地摊铺碾压而成的沥青路面。然后送到工地摊铺碾压而成的沥青路面。二、沥青路面的分类二、沥青路面的分类 1.按施工工艺的不同按施工工艺的不同2.按沥青路面的技术特性按沥青路面的技术特性沥青表面处治沥青表面处治:用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚:用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚 度不超过度不超过3cm的沥青路面;的沥青路面;沥青贯入:沥青贯入:用沥青和集料按层铺法铺筑而成,厚度一般为用沥青和集料按层铺法铺筑而成,厚度一般为48 cm的沥青路面的沥青路面乳化乳化/溶剂沥青碎石:溶剂沥青
4、碎石:以常温熔融的沥青和嵌挤结构的集料冷拌以常温熔融的沥青和嵌挤结构的集料冷拌 或热拌,冷而成的路面;或热拌,冷而成的路面;热拌沥青碎石:热拌沥青碎石:以沥青和嵌挤结构集料热拌铺筑的路面;以沥青和嵌挤结构集料热拌铺筑的路面;沥青混凝土:沥青混凝土:以沥青和密实结构集料热拌铺筑而成的路面;以沥青和密实结构集料热拌铺筑而成的路面;开级配沥青混合料磨耗层:开级配沥青混合料磨耗层:简称简称OGFC,设计孔隙率为设计孔隙率为18%-24%,具有排水、抗滑降噪等功能,主要用于多雨地区的高速公路,具有排水、抗滑降噪等功能,主要用于多雨地区的高速公路 沥青玛蹄脂碎石路面:沥青玛蹄脂碎石路面:是指用沥青玛蹄脂碎
5、石混是指用沥青玛蹄脂碎石混合料作面层或抗滑层的路面。沥青玛蹄脂碎石混合料作面层或抗滑层的路面。沥青玛蹄脂碎石混合料(简称合料(简称SMA)是以间断级配为骨架,用改性)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玛蹄脂为结沥青、矿粉及木质纤维素组成的沥青玛蹄脂为结合料,经拌和、摊铺、压实而形成的一种构造深合料,经拌和、摊铺、压实而形成的一种构造深度较大的抗滑面层。度较大的抗滑面层。它具有抗滑耐磨、孔隙率小、抗疲劳、高温它具有抗滑耐磨、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。适用于高速级
6、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。公路、一级公路和其他重要公路的表面层。粗集料骨架粗集料骨架粗集料骨架间隙由小集料填充粗集料骨架间隙由小集料填充填充集料过大破坏填充集料过大破坏了骨架的嵌挤结构了骨架的嵌挤结构填充集料过多破坏了骨架的嵌挤结构填充集料过多破坏了骨架的嵌挤结构SMA路面结构特点路面结构特点三、沥青路面类型的选择三、沥青路面类型的选择 沥青路面的类型选择:沥青路面的类型选择:1:要根据任务要求(道路的等级、交通量、使用:要根据任务要求(道路的等级、交通量、使用年限、修建费用等)和工程特点(施工季节、施年限、修建费用等)和工程特点(施工季节、
7、施工期限、基层状况等),工期限、基层状况等),2:考虑材料供应情况、施工机具、劳力和施工技:考虑材料供应情况、施工机具、劳力和施工技术条件等因素,可参照下表选定。术条件等因素,可参照下表选定。公路等公路等级 路面等路面等级 面面层类型型 设计年年限(年)限(年)设计年限内累年限内累计标准准轴次(万次次(万次/一一车道)道)高速公路高速公路一一级公路公路 高高级路面路面 沥青混凝土青混凝土 沥青青玛蹄脂碎石蹄脂碎石 15 400 二二级公路公路 高高级路面路面 沥青混凝土青混凝土 12 200 次高次高级路面路面 热拌拌沥青碎石混合青碎石混合料、料、沥青青贯入式入式 10 100200 三三级公
8、路公路 次高次高级路面路面 乳化乳化沥青碎石混合青碎石混合料、料、沥青表面青表面处治治 8 10100 四四级公路公路 中中级路面路面 水水结碎石、泥碎石、泥结碎碎石、石、级配碎(配碎(砾)石、半整石、半整齐石石块路路面面 5 10 低低级路面路面 粒料改善土粒料改善土 5 第二节第二节 沥青路面温度稳定性和耐久性沥青路面温度稳定性和耐久性 沥青混合料的强度特性随温度变化巨大,高温时,沥青混合料的强度特性随温度变化巨大,高温时,混合料的强度特性接近粒料,低温时接近整体性材料。常混合料的强度特性接近粒料,低温时接近整体性材料。常温下,沥青与矿料之间粘结力(自由沥青和结构沥青)、温下,沥青与矿料之
9、间粘结力(自由沥青和结构沥青)、矿料之间的内摩阻角决定混合料的强度。矿料之间的内摩阻角决定混合料的强度。沥青混合料力学强度参数有:沥青混合料力学强度参数有:抗压强度抗压强度、抗剪强度抗剪强度和和抗拉(包括抗弯拉)强度抗拉(包括抗弯拉)强度。沥青混合料一般抗压强度较高,。沥青混合料一般抗压强度较高,而抗剪和抗拉强度较低。而抗剪和抗拉强度较低。沥青混合料是一种弹性粘塑性材料,有时呈现弹性沥青混合料是一种弹性粘塑性材料,有时呈现弹性性质,有时主要呈粘塑性性质。在大多数情况下,综合呈性质,有时主要呈粘塑性性质。在大多数情况下,综合呈现上述性质。现上述性质。蠕变现象蠕变现象:蠕变是材料在固定的应力作用下
10、变形:蠕变是材料在固定的应力作用下,变形随时间而发展的过程。随时间而发展的过程。应力松弛应力松弛:变形物体在恒定应变下应力随时间而自:变形物体在恒定应变下应力随时间而自动降低的过程。动降低的过程。劲度模量:劲度模量:沥青材料在给定的荷载作用时间和温度条件下沥青材料在给定的荷载作用时间和温度条件下应力与总应变的比值应力与总应变的比值一、沥青路面的高温稳定性一、沥青路面的高温稳定性沥青混合料的特点是强度和抗变形能力随温度的升降沥青混合料的特点是强度和抗变形能力随温度的升降而产生变化。温度升高时,沥青的粘滞度降低,矿料之间而产生变化。温度升高时,沥青的粘滞度降低,矿料之间的粘结力削弱,导致强度降低
11、温度降低时恰好相反,沥的粘结力削弱,导致强度降低。温度降低时恰好相反,沥青的粘滞度增高,因而强度增大。强度随温度而变化的幅青的粘滞度增高,因而强度增大。强度随温度而变化的幅度很大,相差几倍甚至几十倍。下表是沥青混凝土试件的度很大,相差几倍甚至几十倍。下表是沥青混凝土试件的抗压强度随温度变化而变化的情况。由于沥青混合料强度抗压强度随温度变化而变化的情况。由于沥青混合料强度的这种变化,导致沥青路面稳定性和工作状况变坏,使用的这种变化,导致沥青路面稳定性和工作状况变坏,使用性能降低。性能降低。温度(温度()平均抗平均抗压压强强度(度(MPa)501.02.0202.55.008.013.01010
12、017.03518.030.0 夏季高温时,在停车地点(平面交叉路口、停夏季高温时,在停车地点(平面交叉路口、停车站、停车场等)和行车变速的路段上,由于行车车站、停车场等)和行车变速的路段上,由于行车的起动与制动,加速与减速,路面可能受到很大的的起动与制动,加速与减速,路面可能受到很大的水平作用力(可达到水平作用力(可达到0.60.8MPa),大体上与垂直),大体上与垂直应力相当,并且在车辆的重复荷载作用下会发生变应力相当,并且在车辆的重复荷载作用下会发生变形累积。在这种情况下,若沥青混合料的高温稳定形累积。在这种情况下,若沥青混合料的高温稳定性不足,路面就会产生较大的剪切变形。因此性不足,
13、路面就会产生较大的剪切变形。因此提高提高沥青混合料在高温下的抗剪切能力,就是提高其温沥青混合料在高温下的抗剪切能力,就是提高其温度稳定性度稳定性。多年来,国内外一些研究工作者都从抗剪切原理出发,多年来,国内外一些研究工作者都从抗剪切原理出发,着重从荷载应力和材料强度的对比,提出一些分析沥青路着重从荷载应力和材料强度的对比,提出一些分析沥青路面高温稳定性的计算模式。但是,限于力学计算和试验条面高温稳定性的计算模式。但是,限于力学计算和试验条件都还不够完善而未普遍采用。目前,对沥青混合料高温件都还不够完善而未普遍采用。目前,对沥青混合料高温稳定性的分析,大都借助于试验的方法。较广泛应用的有稳定性的
14、分析,大都借助于试验的方法。较广泛应用的有马歇尔稳定度、无侧限抗压强度和车辙试验等试验方法。马歇尔稳定度、无侧限抗压强度和车辙试验等试验方法。沥青混合料高温稳定性影响因素:沥青混合料高温稳定性影响因素:1.沥青和矿料的性质沥青和矿料的性质 2.沥青和矿料相互作用的特性沥青和矿料相互作用的特性 3.矿料级配组成矿料级配组成影响因素影响因素因素因素变变化化车辙车辙深度深度集料集料表面表面纹纹理理光滑光滑粗糙粗糙减小减小形状形状圆圆角角砾砾减小减小尺寸尺寸最大粒径增加最大粒径增加减小减小结结合料合料劲劲度度增加增加减小减小用量用量增加增加增加增加粘度粘度增加增加减小减小混合料混合料空隙率空隙率增加增
15、加增加增加VMA(矿矿料料间间隙率隙率)增加增加增加增加荷荷载载大小大小增加增加增加增加作用次数作用次数增加增加增加增加环环境境条件条件温度温度增加增加增加增加湿度湿度增加增加一般增加一般增加影响高温稳定性的因素影响高温稳定性的因素 提高沥青沥青混合料高温稳定性混合料高温稳定性方提高沥青沥青混合料高温稳定性混合料高温稳定性方法:法:1.提高内摩阻力:在混合料中增加粗矿料含量,限制提高内摩阻力:在混合料中增加粗矿料含量,限制剩余空隙率,使粗矿料形成空间骨架结构。剩余空隙率,使粗矿料形成空间骨架结构。2.提高粘结力:适当的提高沥青材料的粘稠度,控制提高粘结力:适当的提高沥青材料的粘稠度,控制沥青与
16、矿粉的比值,严格控制沥青用量,采用具活性沥青与矿粉的比值,严格控制沥青用量,采用具活性的矿粉,以改善沥青与矿粉的相互作用。的矿粉,以改善沥青与矿粉的相互作用。3.使用改性沥青。使用改性沥青。车辙车辙是路面结构及土基在行车荷载作用下的补充压实,以是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。这种变形出及结构层中材料的侧向位移产生的累积永久变形。这种变形出现在行车轮带处,即形成路面的纵向带状凹陷。现在行车轮带处,即形成路面的纵向带状凹陷。车辙是高级沥青路面的主要破坏型式。车辙是高级沥青路面的主要破坏型式。沥青混凝土的热稳沥青混凝土的热稳性主要表现在夏季路
17、面是否在车辆荷载的作用下逐渐形成车辙。性主要表现在夏季路面是否在车辆荷载的作用下逐渐形成车辙。研究表明,处于研究表明,处于45 以上的沥青路面受交通荷载的作用最易造以上的沥青路面受交通荷载的作用最易造成较大的车辙。车辙的年增加量与沥青的软化点、成较大的车辙。车辙的年增加量与沥青的软化点、60的粘度、的粘度、沥青混合料的动稳定度有很显著的相关性。沥青混合料的动稳沥青混合料的动稳定度有很显著的相关性。沥青混合料的动稳定度是一项沥青混合料的车辙试验指标。定度是一项沥青混合料的车辙试验指标。一般采用动稳定度来表征沥青混合料的热稳性。一般采用动稳定度来表征沥青混合料的热稳性。影响沥青动稳定度的因素:级配
18、沥青用量、实验温度、影响沥青动稳定度的因素:级配、沥青用量、实验温度、试验荷载、沥青性能等。试验荷载、沥青性能等。二、沥青路面的低温抗裂性二、沥青路面的低温抗裂性 沥青路面在低温时强度虽然增大,但其变形沥青路面在低温时强度虽然增大,但其变形能力却因刚性增大而降低。气温下降,特别是在能力却因刚性增大而降低。气温下降,特别是在急骤降温时,会在路面结构上产生温度梯度,路急骤降温时,会在路面结构上产生温度梯度,路面面层遇降温而收缩的趋势会受到其下部层次的面面层遇降温而收缩的趋势会受到其下部层次的约束在面层产生拉应力,开始时由于沥青混合料约束在面层产生拉应力,开始时由于沥青混合料的劲度相对较低,这个拉
19、应力较小,但是随着进的劲度相对较低,这个拉应力较小,但是随着进一步的降温,在低温状态下,沥青混合料的劲度一步的降温,在低温状态下,沥青混合料的劲度增加,从而伴随了收缩趋势的进一步增强,导致增加,从而伴随了收缩趋势的进一步增强,导致拉应力超过沥青混凝土的强度,造成面层开裂。拉应力超过沥青混凝土的强度,造成面层开裂。气温降低,沥青路面会产生开裂。可分为两类:气温降低,沥青路面会产生开裂。可分为两类:1.温度下降而造成路面开裂,它与沥青混合料的体积收缩有关,温度下降而造成路面开裂,它与沥青混合料的体积收缩有关,裂缝由表面开始发裂而逐渐发展成裂缝。裂缝由表面开始发裂而逐渐发展成裂缝。2.路基或基层收缩
20、与冰冻共同作用产生裂缝,其裂缝从基层开始路基或基层收缩与冰冻共同作用产生裂缝,其裂缝从基层开始逐渐反映到沥青面层开裂。逐渐反映到沥青面层开裂。影响低温开裂的主要因素:影响低温开裂的主要因素:1.路面所用沥青的性质路面所用沥青的性质(沥青低温延度及针入度越大,其开裂温度就越低沥青低温延度及针入度越大,其开裂温度就越低)2.当地的气温状况当地的气温状况 3.沥青老化程度沥青老化程度 4.路基的种类和路面层次厚度路基的种类和路面层次厚度(较厚的沥青层能限制和约束收缩裂纹的发展)(较厚的沥青层能限制和约束收缩裂纹的发展)5.面层与基层的粘着状况面层与基层的粘着状况 6.基层所用材料的特性基层所用材料的
21、特性 7.行车状况行车状况提高沥青路面低温抗裂性的措施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可减少或延使用稠度较低、温度敏感性低的沥青可减少或延缓路面的开裂。缓路面的开裂。2.增加沥青面层的厚度可减少或延缓路面的开裂,增加沥青面层的厚度可减少或延缓路面的开裂,但不能根除。但不能根除。3.使用应力吸收薄膜提高路面抗拉强度减少温度对使用应力吸收薄膜提高路面抗拉强度减少温度对路面开裂的影响。或使用应力吸收薄膜夹层防止路面的反路面开裂的影响。或使用应力吸收薄膜夹层防止路面的反射开裂。射开裂。开裂温度:累计温度应力与极限抗拉强度相等时的温开裂温度:累计温度应力与极限抗拉强度相
22、等时的温度,即为开裂温度。度,即为开裂温度。降温降温 30时时,沥青面层的温度应力沥青面层的温度应力 沥青混合料的温度应力沥青混合料的温度应力 三、沥青路面的水稳性三、沥青路面的水稳性 高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土应具有良好高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土应具有良好的水稳性。沥青混凝土的水稳性指标,除通常采用浸水马歇尔试的水稳性。沥青混凝土的水稳性指标,除通常采用浸水马歇尔试验和沥青与矿料的粘附性试验,以检验沥青混合料受水损害时的验和沥青与矿料的粘附性试验,以检验沥青混合料受水损害时的抗剥落性能外,对年最低气温低于抗剥落性能外,对年最低气温低于-21.5的寒冷地区,还应增加
23、的寒冷地区,还应增加沥青混合料冻融劈裂残留强度试验。沥青混合料冻融劈裂残留强度试验。混合料松散混合料松散坑槽坑槽影响水稳定性的因素:影响水稳定性的因素:1.混合料空隙率混合料空隙率 2.矿料与沥青的黏附性矿料与沥青的黏附性 3.下层排水情况下层排水情况四、沥青路面的抗疲劳性能四、沥青路面的抗疲劳性能由于沥青路面材料的抗压强度远大于抗拉强度,因此在载由于沥青路面材料的抗压强度远大于抗拉强度,因此在载荷重复作用下路面裂缝往往从面层底部开始发生。路面疲荷重复作用下路面裂缝往往从面层底部开始发生。路面疲劳设计大多数以面层底部拉应力或拉应变作为控制指标。劳设计大多数以面层底部拉应力或拉应变作为控制指标。
24、沥青路面疲劳断裂与面层各层混合料的抗疲劳性质有关,沥青路面疲劳断裂与面层各层混合料的抗疲劳性质有关,为了保证沥青路面不致过早的出现疲劳破坏,应采取以下为了保证沥青路面不致过早的出现疲劳破坏,应采取以下措施加以预防:措施加以预防:1.提高沥青混合料的劲度模量提高沥青混合料的劲度模量 2.提高下面层沥青混合料的抗疲劳性能提高下面层沥青混合料的抗疲劳性能 3.适当增加沥青层厚度适当增加沥青层厚度五、沥青路面的耐老化性能五、沥青路面的耐老化性能一、沥青路面的气候分区一、沥青路面的气候分区第三节第三节 沥青面层材料设计沥青面层材料设计二、沥青路面材料要求二、沥青路面材料要求1.沥青沥青 1)道路石油沥青
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