路基路面工程第13章.ppt

概述 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性 对沥青路面材料的要求,第十三章 沥青路面,13.1 概述,一、沥青路面的基本特征 1、优点：平整无接缝，行车舒适，震动小，噪声低，施工期短，开放交通早，养护维修简便，适宜于分期修筑。2、缺点：抗弯强度低，（柔性）温度稳定性差，施工受季节气候影响大，（低温、雨季不能施工）履带式车辆不能行驶,二、沥青路面的分类 1、按强度构成原理分类（1）密实类：按最大密实原则设计，取决于混合料的粘聚 力和内摩阻力 按空隙率大小 密实，耐久 沥青混凝土：细料含量大，沥青含量大，热稳定性差 细料含量小，沥青含量小，热稳定性好（2）嵌挤类：采用颗粒尺寸均一的矿料，强度依靠骨料颗粒之间的相互嵌挤而产生的内摩阻力，粘聚力起次要作用。特点：热稳定性较好，空隙率大，易渗水，耐久性差 贯入式、表面处治、上拌下贯（沥青碎砾石）,13.1 概述,2、按施工工艺的不同分类 a.层铺法：沥青表面处治和沥青贯入式 功效高，进度快，造价低，成型期长 b.路拌法：路拌沥青碎石和路拌沥青稳定土 均匀、成型期短、强度低（沥青粘稠度低）c.厂拌法：厂拌沥青碎石（空隙率10%15%）和沥青混凝土（空隙率10%以下）可分为热拌热铺和热拌冷铺 造价高、强度高（沥青粘稠度高）,13.1 概述,二、沥青路面的分类,3、按沥青路面的技术特性 沥青砼，沥青玛蹄脂碎石：适用于高速公路，一级公路 和其他各级公路路面 乳化沥青碎石：适用于三、四级公路沥青面层，二级公路养护罩面和其他各级公路调平层 热拌沥青碎石：适用于二级以下公路路面面层、也可用于联结层 沥青贯入式：适用于二级及二级以下的公路路面面层 沥青表面处治：适用于三、四级公路面层和抗滑，磨耗层,13.1 概述,二、沥青路面的分类,沥青玛蹄脂改性沥青+矿粉+纤维素,道路等级，交通量，使用年限，施工地点，施工季节，施工期限，材料供应，基层状况，施工机械，综合权衡，设计1、路面类型与道路等级和交通强度相适应，适当考虑周围环境2、潮湿多雨地区采用结构较为密实，渗水较小的沥青路面3、施工季节：以温暖干燥气候为宜4、工期紧张时宜用厂拌法5、纵坡3%，增加抗滑性（粗碎石、沥青碎石、沥青表面处治等）纵坡6%，不宜采用沥青路面，,13.1 概述,三、沥青路面类型的选择,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,1、抗剪强度 根据摩尔库伦原理：在外力作用下不产生剪切破坏，则：,一、沥青混合料的强度特性,将，代入式 沥青路面材料强度与稳定性的判别式 左端称为活动剪应力，其值等于c，材料处于极限平衡大于c，出现塑性 变形c,值通过三轴剪切试验取得。,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,一、沥青混合料的强度特性,沥青混合料的抗剪强度主要取决于沥青与矿料相互作用而 产生的粘结力，以及矿料在沥青混合料中的相互嵌挤二产 生的内摩阻角 粘结力：取决于沥青粘滞度，沥青含量，矿料比面积（颗粒大小），与沥青的结合特性（碱性矿料粘结力高。）内摩阻角：取决于矿料级配，颗粒形状，表面特性及沥青含量,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,一、沥青混合料的强度特性,2、抗拉强度 直接拉伸试验 规范采用：间接拉伸 劈裂试验 抗拉强度取决于 湿度 沥青含量 粘滞度 矿料级配 沥青特质,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,一、沥青混合料的强度特性,3、抗弯拉强度 小梁三分点加荷试验 规范规定试件尺寸，湿度150.5oC，长2502.0mm，宽302.0mm，高352.0mm 跨径2000.5mm 粗粒式沥青混合料 150mm150mm550mm 跨径450mm 中，细粒式沥青混合料 100mm100mm400mm 跨径300mm 砂质沥青混合料 50mm50mm240mm 跨径150mm 美国SHRP采用6.35cm5.0cm38.1cm,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,一、沥青混合料的强度特性,一、沥青混合料的强度特性,抗弯拉强度 其中：P最大荷载MN h高度m b宽度m L跨径m 抗弯拉强度取决于材料的性质及结构破坏过程中的加荷 状况，湿度状况,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,1、蠕变：材料在固定的应力作用下，变形随时间而发展的过程,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,二、沥青混合料的应力应变特性,2.应力松弛：变形物体在恒定的应变下应力随时间而自动降低的过程 指标应力松弛时间t：应变恒定，应力由初始值（最大值0）降低到0.50时所需的时间。对于沥青混合料:沥青粘滞度 E 弹性模量,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,二、沥青混合料的应力应变特性,3.劲度模量：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 a 沥青的劲度 b 沥青混合料的劲度模量,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,疲劳破坏:疲劳寿命:简支小梁试验 疲劳试验方法:,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,三、沥青混合料的疲劳特性,温度降低，混合料强度提高，温度升高，强度降低 路面结构内温度状况预估,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,四、沥青路面的温度状况,温度升高，粘滞度降低，粘结力下降，强度降低，易发生剪切破坏 影响沥青混合料高温稳定性的因素：沥青和矿料的性质，相互作用特性，矿料级配组成，沥青砼的热稳定性，表现在夏季路面在车辆作用下是否出现车辙。车辙是高级沥青路面的主要破坏形式 车辙试验：在规定尺寸（300mm300mm50mm）的板块压实沥青混合料试件上，在固定的荷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，即为稳定度，以次/mm表示，试验温度60oC，轮压0.7Mpa.规范：高速公路沥青混合料动稳定度应大于80次/mm，一级公路大于600次/mm,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,五、沥青路面的高温稳定性,温度降低，粘滞度升高，强度增大，则刚性增大，抗变形能力降低；低温缩裂 影响因素：沥青性质，老化程度，当地气温状况，路面结构层次 七、沥青路面的水稳性：浸水马歇尔试验和黏附性（沥青与矿料）试验,13.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性,六、沥青路面的低温抗裂性,13.3 对沥青路面材料的要求,1、道路石油沥青（主要）：P345 A普通道路石油沥青 AH重交通道路石油沥青 2、乳化石油沥青：适用于三级公路以下公路的常温沥青混 合料路面，沥青贯入式路面及沥青表面处治，也可用于浇洒透层和粘层 PC-13 洒布型阳离子乳化石油沥青 PA-13 洒布型阴离子乳化石油沥青 BC-13 拌合型阳离子乳化石油沥青 BA-13 拌合型阴离子乳化石油沥青,一、沥青材料,3、液体石油沥青：用轻质油将沥青稀释后得到，通常用 于浇洒透层和粘层 AL(R)1.2快凝 AL(M)16中凝 AL(S)26慢凝 4、煤沥青：煤经过干馏后得到的焦油再经过加工后得 到的产品，适宜于浇洒沥青路面的透层及粘层，也可以用于三级及三级以下公路的面层T-19，现很少采用5、改性沥青,13.3 对沥青路面材料的要求,一、沥青材料,二、矿料 1、粗集料：碎石，筛选砾石，破碎砾石，矿渣等应洁净，干燥，无风化，无杂质，有强度，耐磨耗，与沥青黏附性能好（碱性佳），颗粒形状以近于立方体为佳 2、细集料：粒径小于5mm的天然砂，机制砂和石屑 应洁净，干燥，无风化，无杂质，并有适当的 颗粒组成；热拌沥青混合料的细集料，宜采用优质的天然砂或机制砂 3、填料：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,13.3 对沥青路面材料的要求,（一）试验室配合比设计（目标配合比）1、矿质混合料配合比组成设计：级配范围（1）确定沥青混合料类型：AC-13,20,30 AM-25（2）确定矿料的最大粒径：结构层厚度h/d3（3）确定沥青混合料的级配范围：查阅规范推荐表（4）矿质混合料配合比计算 a、组成材料的原始数据测定：筛分曲线，相对密度 b、计算组成材料的配合比：计算3种符合规定要求级配范围的各组成材料用量比例 c、调整配合比：,13.3 对沥青路面材料的要求,三、沥青混合料的组成设计,2、确定沥青混合料的最佳沥青用量：马歇尔法（1）制备试样 a、按确定的矿质混合料配合比，计算各种矿质材料的用量 b、根据规范推荐的沥青用量范围，估计适宜的用量（2）测定物理，力学指标 以估计沥青用量为中值，以0.5%间隔上下变化沥青用量制备马歇尔试件不少于五组，在规定的实验温度及试验时间内用马歇尔仪测定稳定度和流值，同时计算空隙率，饱和度，矿料间隙率,13.3 对沥青路面材料的要求,三、沥青混合料的组成设计,（3）马歇尔试验结果分析 a、绘制沥青用量与物理，力学指标关系图 b、从图中求取相应于稳定度最大值的沥青用量a1，相应 于密度最大值的沥青用量a2，相应于规定空隙率范围 中值的沥青用量a3，求取三者平均值作为最佳沥青用 量的初始值OAC1 OAC1=(a1+a2+a3)/3 c、求出各项指标均符合沥青混合料技术标准（表13-10）的沥青范围OACminOACmax 其中值为OAC2即为 OAC2=（OACmin+OACmax）/2,13.3 对沥青路面材料的要求,三、沥青混合料的组成设计,d、根据OAC1和OAC2综合确定沥青的最佳用量OAC OAC（OAC1+OAC2）/2 e、根据气候与交通特性调整最佳沥青用量 f、水稳定性检验：制作马歇尔试件进行浸水马歇尔试验，检验其残留稳定度是否合格，I型沥青砼不低于75%，II 型70%；否则重新进行配合比设计或加抗剥离剂 g、抗车辙能力检验：在60 oC条件下，用车辙试验机检验其 动稳定度。用于中，上层面沥青砼，60oC时，高速公路，城市快速路不小于800次/min，一级公路及主干道不小于 600次/mm，否则调整级配和沥青用量.,13.3 对沥青路面材料的要求,三、沥青混合料的组成设计,(二)生产配合比设计：利用实际施工的拌和机进行试拌以确定施工配合比。取实验室配合比设计的最佳沥青用量前上下浮动0.3%，三个沥青用量进行马歇尔实验确定生产配合比沥青用量。（三）生产配合比验证阶段：试拌试铺 铺筑实验段，钻芯取样进行马歇尔实验检验，由此确定 生产用的标准配合比。,13.3 对沥青路面材料的要求,三、沥青混合料的组成设计,