中南大学路基路面工程课件_10.沥青路面教学资料.ppt

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1、中南大学路基路面工程课件_10.沥青路面 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望10.10.沥青路面沥青路面10.1沥青路面概述沥青路面概述10.2沥青路面材料的结构与力学特性沥青路面材料的结构与力学特性10.3沥青路面的稳定性和耐久性沥青路面的稳定性和耐久性10.4沥青路面的原材料沥青路面的原材料10.5沥青混合料组成设计沥青混合料组成设计10.1 10.1 沥青路面概述沥青路面概述10.1.1 沥青路面的基本特性沥青路面的基本特性u沥青路面是用沥青材料

2、作结合料粘结矿料修筑面层与各类基层和垫层所组沥青路面是用沥青材料作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。成的路面结构。u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、噪音低磨、振动小、噪音低、施工期短、养护维修简便、开放交通快、适宜于分、施工期短、养护维修简便、开放交通快、适宜于分期修建等优点。期修建等优点。u沥青路面面层属柔性结构层，沥青路面的强度与稳定性在很大程度上取决沥青路面面层属柔性结构层，沥青路面的强度与稳定性在很大程度上取决于土基和基层的特性于土基和基层的特性。10.1.

3、2 对沥青路面的基本要求对沥青路面的基本要求沥青路面面层直接承受车辆和环境因素的作用沥青路面面层直接承受车辆和环境因素的作用,而沥青材料物理力学性质受气而沥青材料物理力学性质受气候、时间、温度、湿度等因素影响很大，这是沥青路面使用中的一个重要特候、时间、温度、湿度等因素影响很大，这是沥青路面使用中的一个重要特点。因此，沥青路面必须满足以下基本要求。点。因此，沥青路面必须满足以下基本要求。（1）高温稳定性；（）高温稳定性；（2）低温抗裂性；（）低温抗裂性；（3）耐久性；（）耐久性；（4）抗滑能力；）抗滑能力；（5）防渗能力）防渗能力10.1.3 沥青路面的分类沥青路面的分类（1）按强度构成原理）

4、按强度构成原理u嵌挤类：矿料的颗粒尺寸相对较为均一，路面的嵌挤类：矿料的颗粒尺寸相对较为均一，路面的强度和稳定性强度和稳定性主要依靠集主要依靠集料颗粒之间相互嵌挤所产生的内摩擦力。料颗粒之间相互嵌挤所产生的内摩擦力。热稳定性好热稳定性好，但，但空隙率大空隙率大，易渗易渗水水，因而，因而耐久性较差耐久性较差。u密实类密实类:矿料级配按最大密实原则矿料级配按最大密实原则设计，路面的设计，路面的强度和稳定性强度和稳定性主要取主要取决于混合料的粘聚力和内摩擦力。决于混合料的粘聚力和内摩擦力。l开式：小于开式：小于0.5mm的细粒较少，剩的细粒较少，剩余空隙率大于余空隙率大于6%，热稳定性较好热稳定性较

5、好。l闭式：小于闭式：小于0.5mm的细粒较多，剩的细粒较多，剩余空隙率小于余空隙率小于6%，密实而耐久，但，密实而耐久，但热稳定性较差热稳定性较差。10.1 10.1 沥青路面概述沥青路面概述图图10-1 最大粒径最大粒径16mm的两种不同的沥青混合料的两种不同的沥青混合料u层铺法：分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑。层铺法：分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑。u路拌法：在路上用将矿料和沥青材料就地拌和摊铺和碾压而成。路拌法：在路上用将矿料和沥青材料就地拌和摊铺和碾压而成。u厂拌法：一定级配的矿料和沥青材料在工厂用专用设备加热拌和，然后送到厂拌法：一定级配的矿料和沥青材料在工

6、厂用专用设备加热拌和，然后送到工地摊铺碾压而成。工地摊铺碾压而成。（2）按施工工艺）按施工工艺10.1 10.1 沥青路面概述沥青路面概述图图10-2 层铺法施工洒布沥青层铺法施工洒布沥青土土10-3 厂拌法施工机械摊铺厂拌法施工机械摊铺（3）按沥青路面的技术特性）按沥青路面的技术特性u沥青表处路面：用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚度不超过沥青表处路面：用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚度不超过3cm的沥青面层。的沥青面层。u沥青贯入式（上拌下贯）路面：用沥青和集料按层铺法铺筑而成，厚度一般为沥青贯入式（上拌下贯）路面：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

7、的沥青路面。沥青贯入式之上加铺拌和的沥青混合料，称上拌下贯。沥青贯入式之上加铺拌和的沥青混合料，称上拌下贯。u沥青碎石路面：以沥青和嵌挤结构集料冷拌或热拌铺筑面层的路面，有时用作联结层。沥青碎石路面：以沥青和嵌挤结构集料冷拌或热拌铺筑面层的路面，有时用作联结层。u沥青混凝土路面：以沥青和密实结构集料经热拌铺筑面层的路面，可由单层、双层、沥青混凝土路面：以沥青和密实结构集料经热拌铺筑面层的路面，可由单层、双层、三层沥青混合料组成。三层沥青混合料组成。u沥青马蹄脂碎石（沥青马蹄脂碎石（SMA）路面：以间断级配的集料为骨架，用改性沥青、矿粉及纤维）路面：以间断级配的集料为骨架，用改性沥青、矿粉及纤维

8、素组成的沥青马蹄脂为结合料，经拌和、摊铺、压实而成的一种构造深度较大的面层。素组成的沥青马蹄脂为结合料，经拌和、摊铺、压实而成的一种构造深度较大的面层。具有抗滑耐磨、孔隙率小、抗疲劳、高温抗软化、低温抗开裂等优点。具有抗滑耐磨、孔隙率小、抗疲劳、高温抗软化、低温抗开裂等优点。l沥青封层：液体沥青浇洒或沥青砂（石屑）铺筑而成的防水结构薄层。沥青封层：液体沥青浇洒或沥青砂（石屑）铺筑而成的防水结构薄层。l沥青透层沥青透层：液体沥青浇洒而成的为稳定和粘结基层或旧路顶面松散颗粒的结构薄层。：液体沥青浇洒而成的为稳定和粘结基层或旧路顶面松散颗粒的结构薄层。l沥青粘层：为使面层与基层或上下面层粘结更好而浇

9、洒的粘结薄层。沥青粘层：为使面层与基层或上下面层粘结更好而浇洒的粘结薄层。10.1 10.1 沥青路面概述沥青路面概述10.2.1沥青混合料的结构力学特性沥青混合料的结构力学特性（1）沥青混合料结构组成的胶浆理论）沥青混合料结构组成的胶浆理论沥青混合料（粗分散系）沥青混合料（粗分散系）分散相分散相粗集料粗集料分散介质分散介质砂浆（细砂浆（细分散系）分散系）分散介质分散介质沥青胶结沥青胶结物（微分散系）物（微分散系）分散相分散相细集料细集料分散相分散相填料填料分散介质分散介质沥青沥青10.2 沥青路面材料的结构与力学特性沥青路面材料的结构与力学特性自由沥青自由沥青结构沥青结构沥青矿粒矿粒图图10

10、-4 沥青混合料分散系示意图沥青混合料分散系示意图（2）沥青混合料的组成结构状态）沥青混合料的组成结构状态u沥青混合料的力学强度主要取决于集料颗粒间的摩擦力和嵌挤力、沥青胶结沥青混合料的力学强度主要取决于集料颗粒间的摩擦力和嵌挤力、沥青胶结料的粘结性以及沥青与集料之间的粘附性等。料的粘结性以及沥青与集料之间的粘附性等。u不同级配组成的沥青混合料，具有不同的空间结构类型，也就具有不同的内不同级配组成的沥青混合料，具有不同的空间结构类型，也就具有不同的内摩擦力和粘结力。沥青混合料的组成结构类型有：摩擦力和粘结力。沥青混合料的组成结构类型有：密实悬浮结构；密实悬浮结构；骨架空隙结构；骨架空隙结构；密

11、实骨架结构。密实骨架结构。悬浮密实结构悬浮密实结构骨架空隙结构骨架空隙结构密实骨架结构密实骨架结构图图10-5 沥青混合料的典型组成结构沥青混合料的典型组成结构10.2 沥青路面材料的结构与力学特性沥青路面材料的结构与力学特性10.2.2 沥青混合料的粘弹性质与模量沥青混合料的粘弹性质与模量（1）沥青混合料粘弹性质）沥青混合料粘弹性质沥青混合料是一种典型的粘、弹、塑性综合体，在低温小变形范围内接近线弹性沥青混合料是一种典型的粘、弹、塑性综合体，在低温小变形范围内接近线弹性体，在高温大变形范围内表现为粘塑性体，而在常温下为一般的粘弹性体。用粘体，在高温大变形范围内表现为粘塑性体，而在常温下为一般

12、的粘弹性体。用粘弹性理论研究沥青混合料的模量须以下原则：弹性理论研究沥青混合料的模量须以下原则：沥青混合料兼具虎克弹性与牛顿粘性的双重性质；沥青混合料兼具虎克弹性与牛顿粘性的双重性质；沥青混合料的力学性质应作为温度与时间的函数表示；沥青混合料的力学性质应作为温度与时间的函数表示；宜将沥青混合料的性质描述为仅在某一条件下才具有的性质。宜将沥青混合料的性质描述为仅在某一条件下才具有的性质。（2）沥青的劲度模量）沥青的劲度模量沥青的劲度模量沥青的劲度模量：指在一定时间：指在一定时间()和温度和温度()条件下，应力与总应变的比条件下，应力与总应变的比值。值。（10-2-1）沥青的劲度是温度和时间的函数

13、。当温度较低、在短时间荷载作用下，其劲度沥青的劲度是温度和时间的函数。当温度较低、在短时间荷载作用下，其劲度模量趋近弹性模量；在高温和长期荷载作用时，其劲度模量随时间急剧下降，模量趋近弹性模量；在高温和长期荷载作用时，其劲度模量随时间急剧下降，线性条件再次得到满足；而在中等温度和加荷时间会出现非线性。线性条件再次得到满足；而在中等温度和加荷时间会出现非线性。10.2 沥青路面材料的结构与力学特性沥青路面材料的结构与力学特性（3）沥青混合料的劲度模量）沥青混合料的劲度模量沥青混合料的劲度模量是沥青劲度模量和混合料中集料数量的函数。沥青混合料的劲度模量是沥青劲度模量和混合料中集料数量的函数。（9-

14、2-2）式中：式中：式中：沥沥青混合料的青混合料的劲劲度模量；度模量；沥沥青青劲劲度模量；度模量；系数系数,(100MPa）空隙率不等于空隙率不等于3%时时的系数，的系数，沥沥青混合料的空隙率，青混合料的空隙率，%；集料系数，集料系数，集料比容；集料比容；沥沥青比容。青比容。（10-2-2）10.2 沥青路面材料的结构与力学特性沥青路面材料的结构与力学特性10.2.3 沥青混合料的强度沥青混合料的强度（1）剪切强度）剪切强度u沥青路面的推挤、拥包、车辙等，都是剪切变形的结果。摩尔沥青路面的推挤、拥包、车辙等，都是剪切变形的结果。摩尔-库仑公式反库仑公式反映了沥青混合料的强度与混合料内部的粘结力

15、和摩阻力之间的直接关系。映了沥青混合料的强度与混合料内部的粘结力和摩阻力之间的直接关系。u但由于沥青混合料在高温情况下力学性质的复杂，常使抗剪强度理论的应但由于沥青混合料在高温情况下力学性质的复杂，常使抗剪强度理论的应用处于半理论半经验状态。用处于半理论半经验状态。u根据沥青结构层的三向应力状态，采用三轴试验方法，认为材料的剪切强根据沥青结构层的三向应力状态，采用三轴试验方法，认为材料的剪切强度特性符合摩尔度特性符合摩尔-库仑公式。库仑公式。式中：式中：沥沥青合料的剪切青合料的剪切强强度；度；沥沥青合料的粘青合料的粘结结力、内摩擦角；力、内摩擦角；剪裂面上的正剪裂面上的正应应力。力。（10-2

16、-3）10.2 沥青路面材料的结构与力学特性沥青路面材料的结构与力学特性（2）断裂强度）断裂强度u断裂强度主要用于分析随气温下降时沥青面层收缩受阻而转化为收缩应断裂强度主要用于分析随气温下降时沥青面层收缩受阻而转化为收缩应力，当收缩应力超过极限强度所造成的缩裂问题。力，当收缩应力超过极限强度所造成的缩裂问题。u沥青混合料的断裂强度也是温度和加荷速率的函数，随着温度的下降和沥青混合料的断裂强度也是温度和加荷速率的函数，随着温度的下降和加荷速率的加大而提高，当温度继续下降时，强度反而略有下降。加荷速率的加大而提高，当温度继续下降时，强度反而略有下降。u对于密集配沥青混合料，断裂强度随集料级配细度的

17、增加而增大，且在对于密集配沥青混合料，断裂强度随集料级配细度的增加而增大，且在某一最佳矿粉某一最佳矿粉/沥青比时断裂强度最高。沥青比时断裂强度最高。10.2 沥青路面材料的结构与力学特性沥青路面材料的结构与力学特性10.3.1 沥青路面的高温稳定性沥青路面的高温稳定性（1）沥青路面高温稳定性沥青路面高温稳定性:是指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。推移、拥包、搓板、泛油、车辙等现象均属于沥青路面高温稳定性不足的表现。主要在高温、低加荷速率以及抗剪切能力不足，即沥青路面的劲度较低时出现。（2）车辙的类型车辙的类型：失稳型车辙；结构型车辙；磨耗型车辙。（3）车辙形成过程车辙形成过程：初始阶

18、段的压密过程；沥青混合料的侧向流动；矿质集料的重新排列及矿质骨架的破坏。温度C平均抗压强度（MPa）501.02.0202.55.008.013.01010.017.03518.030.0沥青混凝土抗压强度随温度的变化 表10-110.3沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性图图10-6 沥青路面车辙沥青路面车辙影响因素影响因素因素变化因素变化车辙深度车辙深度集料集料表面纹理表面纹理光滑光滑粗糙粗糙减小减小形状形状圆角圆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合料结合料劲度劲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类型类型空隙率空

19、隙率增加增加增加增加VMA增加增加增加增加荷载荷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境环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 表表10-2图图10-7 沥青面层高温软化沥青面层高温软化（4）影响高温稳定性的因素）影响高温稳定性的因素10.3沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性图图10-8 降温降温 30时沥青面层的温度应力时沥青面层的温度应力 10.3.2 沥青路面的低温抗裂性沥青路面的低温抗裂性（1）沥青路面的温度应力）沥青路面的温度应力由于温度下降引起沥青路面材料体积收缩，因材料受到约

20、束而不能缩短，则立由于温度下降引起沥青路面材料体积收缩，因材料受到约束而不能缩短，则立即产生温度应力，当该应力超过材料的抗拉强度时，就会产生裂缝。图即产生温度应力，当该应力超过材料的抗拉强度时，就会产生裂缝。图10-8说说明沥青路面低温缩裂从路表自上而下发展。明沥青路面低温缩裂从路表自上而下发展。图图10-9 沥青路面与缘石的裂缝实况沥青路面与缘石的裂缝实况10.3沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性（2）影响沥青路面低温开裂的因素）影响沥青路面低温开裂的因素混合料中沥青的性质：混合料中沥青的性质：沥青低温延度及针入度越大，其开裂温度就越低，其中沥青低温延度及针入度越大，其开裂温度

21、就越低，其中低温延度比针入度对开裂温度的影响更为显著。低温延度比针入度对开裂温度的影响更为显著。混合料的沥青含量：混合料的沥青含量：在马歇尔实验最佳用量在马歇尔实验最佳用量-1%+0.5%范围内，不明显影响范围内，不明显影响路面的横缝产生频率路面的横缝产生频率。混合料的剩余空隙率：混合料的剩余空隙率：剩余空隙率越大，沥青混合料劲度越小，低温收缩越小。剩余空隙率越大，沥青混合料劲度越小，低温收缩越小。混合料的级配与矿料品种：混合料的级配与矿料品种：连续、密实的级配低温开裂较小，矿料品种对低温连续、密实的级配低温开裂较小，矿料品种对低温开裂影响不明显。开裂影响不明显。沥青面层的厚度：沥青面层的厚度

22、：较厚的沥青面层能限制和约束收缩裂纹的发展。较厚的沥青面层能限制和约束收缩裂纹的发展。基层情况：基层情况：收缩明显的半刚性基层常常使沥青面层产生较多的低温裂缝和反射收缩明显的半刚性基层常常使沥青面层产生较多的低温裂缝和反射裂缝。裂缝。路基情况：路基情况：沥青面层相同情况下，沙土路基上的沥青路面的裂缝比粘土路基上沥青面层相同情况下，沙土路基上的沥青路面的裂缝比粘土路基上的沥青路面的裂缝要密。的沥青路面的裂缝要密。10.3沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性10.3.3 沥青路面的水稳定性沥青路面的水稳定性（1）沥青路面的水损害）沥青路面的水损害u沥青路面的耐久性主要依靠沥青与集料之间

23、的粘附程度，水的作用破坏了沥青路面的耐久性主要依靠沥青与集料之间的粘附程度，水的作用破坏了沥青与集料之间的粘附性。是影响沥青路面耐久性的主要因素之一。沥青与集料之间的粘附性。是影响沥青路面耐久性的主要因素之一。u水损害的发生使得沥青与集料脱离，从而路面出现松散、剥离、坑洞等病水损害的发生使得沥青与集料脱离，从而路面出现松散、剥离、坑洞等病害，严重危害道路的使用性能。害，严重危害道路的使用性能。沥青剥落沥青剥落混合料松散混合料松散坑洞坑洞图图10-10 沥青路面水损害实况沥青路面水损害实况10.3沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性（2）沥青路面水稳定性破坏作用机理）沥青路面水稳定性

24、破坏作用机理u首先，水进入沥青中使沥青粘附性减小，导首先，水进入沥青中使沥青粘附性减小，导致沥青混合料的强度和劲度降低。致沥青混合料的强度和劲度降低。u其次，水进入沥青薄膜与集料之间阻断沥青其次，水进入沥青薄膜与集料之间阻断沥青与集料的相互粘结，由于集料表面对水比对与集料的相互粘结，由于集料表面对水比对沥青有更强的吸附力，从而使沥青从集料表沥青有更强的吸附力，从而使沥青从集料表面剥落。面剥落。10.3.4 沥青路面的抗疲劳特性沥青路面的抗疲劳特性（1）沥青混合料疲劳力学模型）沥青混合料疲劳力学模型沥青混合料的疲劳是材料在荷载重复作用下产生不可恢复的强度衰减积累所引起的一种沥青混合料的疲劳是材料

25、在荷载重复作用下产生不可恢复的强度衰减积累所引起的一种现象。重复作用次数越多，强度的损伤越烈，它所能承受的应力应变值越小。现象。重复作用次数越多，强度的损伤越烈，它所能承受的应力应变值越小。材料出现疲劳破坏的重复应力值称为材料出现疲劳破坏的重复应力值称为疲劳强度疲劳强度，相应的重复作用次数称为，相应的重复作用次数称为疲劳寿命疲劳寿命。一般以沥青混合料劲度下降到初始劲度一般以沥青混合料劲度下降到初始劲度50%或更低作为疲劳破坏的标准。采用式（或更低作为疲劳破坏的标准。采用式（10-3-1）表示。）表示。图图10-11 沥青路面水损害作用沥青路面水损害作用（10-3-1）10.3沥青路面的稳定性与

26、耐久性沥青路面的稳定性与耐久性式中：式中：混合料劲度下降到混合料劲度下降到50%或更低时的重复作用次数；或更低时的重复作用次数；对式件每次施加的常量应变最大幅度；对式件每次施加的常量应变最大幅度；取决于沥青混合料成分和特性的常数。取决于沥青混合料成分和特性的常数。材料在承受重复常量应力或应变条件下，施加的应力或应变与疲劳寿命之间的关系在双材料在承受重复常量应力或应变条件下，施加的应力或应变与疲劳寿命之间的关系在双对数坐标上呈线性反比关系，如图对数坐标上呈线性反比关系，如图10-12所示的疲劳试验曲线。所示的疲劳试验曲线。（2）影响沥青路面疲劳的因素）影响沥青路面疲劳的因素材料的性质：材料的性质

27、：u沥青混合料的劲度是影响疲劳寿命沥青混合料的劲度是影响疲劳寿命的重要因素，一切与劲度模量相关的重要因素，一切与劲度模量相关的因素度直接影响到沥青混合料的的因素度直接影响到沥青混合料的疲劳寿命，如沥青种类、用量、稠疲劳寿命，如沥青种类、用量、稠度。度。u混合料的空隙率、压实程度。混合料的空隙率、压实程度。u集料的级配、形状、表面纹理。集料的级配、形状、表面纹理。10.3沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性图图10-12 不同加载模式下的疲劳曲线不同加载模式下的疲劳曲线荷载条件：荷载条件：u全过程保持加载条件不变，称全过程保持加载条件不变，称简单荷载简单荷载；按某种预定形式重复改变荷

28、载条件，称按某种预定形式重复改变荷载条件，称复复合荷载合荷载。u在控制应力加载模式中，材料劲度随加载在控制应力加载模式中，材料劲度随加载次数的增加而减小，为了保持各次加载时次数的增加而减小，为了保持各次加载时的应力不变，实际作用于试件的变形就要的应力不变，实际作用于试件的变形就要增加。增加。u在控制应变加载模式中，为了保持每次加在控制应变加载模式中，为了保持每次加载时的应变不变，实际作用于试件的应力载时的应变不变，实际作用于试件的应力就要减小。就要减小。u分析发现：控制应变加载模式适合于沥青分析发现：控制应变加载模式适合于沥青混合料层厚较薄混合料层厚较薄(5cm)和模量较低的路和模量较低的路面

29、；控制应力加载模式适合于沥青混合料面；控制应力加载模式适合于沥青混合料层厚较大层厚较大(5cm)和模量较高的路面。和模量较高的路面。10.3沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性图图10-13 沥青混合料在不同加载模式下沥青混合料在不同加载模式下的疲劳反应图解的疲劳反应图解环境因素环境因素温度温度：温度在一定限度内下降时，沥青混合料劲度增加，在承受一定压力的条件：温度在一定限度内下降时，沥青混合料劲度增加，在承受一定压力的条件下所产生的变形小，因而在控制应力加载模式试验中具有较长的疲劳寿命；而在下所产生的变形小，因而在控制应力加载模式试验中具有较长的疲劳寿命；而在控制应变加载模式试验

30、中，温度增加引起混合料劲度降低，使裂缝扩展速度减慢控制应变加载模式试验中，温度增加引起混合料劲度降低，使裂缝扩展速度减慢而导致疲劳寿命延长。低温、常温时表现为疲劳断裂，高温时表现为塑性变形累而导致疲劳寿命延长。低温、常温时表现为疲劳断裂，高温时表现为塑性变形累积，无明显疲劳极限。积，无明显疲劳极限。湿度湿度：湿度加大将导致沥青路面的水损害，缩短沥青路面的使用寿命。：湿度加大将导致沥青路面的水损害，缩短沥青路面的使用寿命。10.3沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性（3）沥青路面疲劳破坏机理沥青路面疲劳破坏机理在移动车轮荷载作用下，路面结构内各点所在移动车轮荷载作用下，路面结构内各点

31、所处的应力应变状态不同，如图处的应力应变状态不同，如图10-14。面层底面面层底面B点点：车轮作用其上时受到全拉应：车轮作用其上时受到全拉应力作用，车轮驶过后应力方向改变，量值变力作用，车轮驶过后应力方向改变，量值变小并有剪应力产生。当车轮驶过一定距离后，小并有剪应力产生。当车轮驶过一定距离后，B点则承受主压应力作用。点则承受主压应力作用。B点应力随时间的点应力随时间的变化曲线如图变化曲线如图10-15。图图10-14 路面面层在车轮下的受力状态路面面层在车轮下的受力状态面层面层顶面顶面A点点：车轮驶近时受拉，直接作用时：车轮驶近时受拉，直接作用时受压，车轮驶过后又受拉。车轮驶过一次就驶受压，

32、车轮驶过后又受拉。车轮驶过一次就驶A、B点出现一次拉压应力循环，因而路面长期处于应点出现一次拉压应力循环，因而路面长期处于应力循环变化状态。力循环变化状态。路面材料的抗压强度远大于抗拉强度，而面层路面材料的抗压强度远大于抗拉强度，而面层底部底部B点在车轮下所受的拉应力效之表面点在车轮下所受的拉应力效之表面A点在车点在车轮驶进或驶离后所产生的拉应力要大得多。轮驶进或驶离后所产生的拉应力要大得多。因此，因此，荷载重复作用下的路面裂缝通常是丛路面底荷载重复作用下的路面裂缝通常是丛路面底部开始的。部开始的。10.3.5 沥青路面的耐老化性能沥青路面的耐老化性能沥青的耐久性是影响沥青路面使用品质和寿沥青

33、的耐久性是影响沥青路面使用品质和寿命的最主要因素，受沥青老化的制约，沥青命的最主要因素，受沥青老化的制约，沥青混合料的技术性能随时间推移逐渐降低直至混合料的技术性能随时间推移逐渐降低直至满足不了交通荷载的要求。满足不了交通荷载的要求。老化过程的两个阶段老化过程的两个阶段:施工过程中的热老化施工过程中的热老化和路面使用过程中的长期老化和路面使用过程中的长期老化图图10-16 沥青老化示意图沥青老化示意图图图10-15 B点应力随时间的变化点应力随时间的变化10.3沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性10.4.1 沥青材料沥青材料（1）道路石油沥青）道路石油沥青 沥青路面一般采用道路石

34、油沥青或经过乳化、稀释、调和、改沥青路面一般采用道路石油沥青或经过乳化、稀释、调和、改性等工艺加工处理作为结合料。我国道路石油沥青以针入度为指标性等工艺加工处理作为结合料。我国道路石油沥青以针入度为指标划分为划分为7个标号，每一种标号的石油沥青分为个标号，每一种标号的石油沥青分为A、B、C三个等级，分三个等级，分别适用于不同等级的公路和不同的结构层次，见表别适用于不同等级的公路和不同的结构层次，见表10-3。沥沥青等青等级级适适 用用 范范 围围A A级沥级沥青青各个等各个等级级的公路，适用于任何的公路，适用于任何场场合和路面合和路面结结构构层层次次B B级沥级沥青青高速公路、一高速公路、一级

35、级公路公路沥沥青下面青下面层层及以下的及以下的层层次，二次，二级级及二及二级级以下以下公路的各个公路的各个层层次；次；用作改性用作改性沥沥青、乳化青、乳化沥沥青、改乳化性青、改乳化性沥沥青、稀青、稀释沥释沥青的基青的基质沥质沥青青C C级沥级沥青青三三级级及三及三级级以下公路的各个路面以下公路的各个路面结结构构层层次次道路石油沥青的适用范围道路石油沥青的适用范围 表表10-310.4 沥青路面的原材料沥青路面的原材料（2）煤沥青）煤沥青 由于煤沥青对人体健康有害，已很少使用，一般仅作为透层沥青使用。由于煤沥青对人体健康有害，已很少使用，一般仅作为透层沥青使用。（3）乳化沥青）乳化沥青 酸性、潮

36、湿的石料，以及低温季节施工宜选用阳离子乳化沥青；碱性石料或与掺入的酸性、潮湿的石料，以及低温季节施工宜选用阳离子乳化沥青；碱性石料或与掺入的水泥、石灰、粉煤灰共同使用时，宜选用阴离子乳化沥青。水泥、石灰、粉煤灰共同使用时，宜选用阴离子乳化沥青。（4）改性沥青）改性沥青 使用改性沥青对改善沥青路面的高温及低温稳定性有显著效果。一般采用聚合物、使用改性沥青对改善沥青路面的高温及低温稳定性有显著效果。一般采用聚合物、天然沥青、或其他改性剂对基质石油进行改性。聚合物改性剂分为三类：天然沥青、或其他改性剂对基质石油进行改性。聚合物改性剂分为三类：热塑性橡胶类：苯乙烯热塑性橡胶类：苯乙烯-丁二烯丁二烯-苯

37、乙烯苯乙烯(SBS)、苯乙烯、苯乙烯-异戊二烯异戊二烯-苯乙烯（苯乙烯（SIS)等等橡胶类：天然橡胶橡胶类：天然橡胶(NR)、丁苯橡胶、丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶、氯丁橡胶(CR)、丁二烯橡胶、丁二烯橡胶(BR)等等树脂类树脂类:乙烯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯、聚乙烯(PE、无规聚丙烯、无规聚丙烯(APP),聚氧乙烯聚氧乙烯(PVC)、聚苯乙烯、聚苯乙烯(PS）等。）等。10.4.2 粗集料粗集料 指粒径大于大于指粒径大于大于2.36mm粒径的材料，粗集料有碎石、筛选砾石、破碎砾石、钢渣、粒径的材料，粗集料有碎石、筛选砾石、破碎砾石、钢渣、矿渣等矿渣等。高速公路

38、和一级公路必须使用碎石或破碎砾石。粗集料应该洁净、。高速公路和一级公路必须使用碎石或破碎砾石。粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙、近立方体、无风化、无杂质，并具有足够的强度和耐磨性能。干燥、表面粗糙、近立方体、无风化、无杂质，并具有足够的强度和耐磨性能。10.4 沥青路面的原材料沥青路面的原材料10.4 沥青路面的原材料沥青路面的原材料 粗集料的质量应符合表粗集料的质量应符合表10-4的规定。粗集料应具有良好的磨光值的规定。粗集料应具有良好的磨光值PSV，与沥青之间具有良好的粘附性，其值应符合表与沥青之间具有良好的粘附性，其值应符合表10-5的要求。的要求。沥青混合料用粗集料质量技术要求沥青混合料

39、用粗集料质量技术要求 表表10-410.4.3细集料细集料u指集料中粒径指集料中粒径0.36mm的部分，细集料有机制砂、天然砂、石屑。细集料应洁净、的部分，细集料有机制砂、天然砂、石屑。细集料应洁净、干燥、无风化、无泥、无杂质，并有适当的颗粒级配。干燥、无风化、无泥、无杂质，并有适当的颗粒级配。u热拌沥青混合料的细集料宜采用优质的天然砂或机制砂，在缺砂地区也可以用石屑热拌沥青混合料的细集料宜采用优质的天然砂或机制砂，在缺砂地区也可以用石屑u与沥青粘结性能很差的天然砂及用花岗岩、石英岩等酸性石料破碎的机制砂或石屑不与沥青粘结性能很差的天然砂及用花岗岩、石英岩等酸性石料破碎的机制砂或石屑不宜用于高

40、速公路、一级公路沥青面层。宜用于高速公路、一级公路沥青面层。10.4 沥青路面的原材料沥青路面的原材料粗集料与沥青的粘附性、磨光值的的技术要求粗集料与沥青的粘附性、磨光值的的技术要求 表表10-5项项 目目单单位位高速、一高速、一级级公路公路其他等其他等级级公路公路表表观观相相对对密度密度 不小于不小于t/m32.502.45坚坚固性（固性（0.3mm部分）部分）不小于不小于%12_含泥量（小于含泥量（小于0.075mm的含量）的含量）不大于不大于%35砂当量砂当量 不小于不小于%6050亚亚甲甲蓝值蓝值 不大于不大于g/kg25_棱角性（流棱角性（流动时间动时间）不小于不小于s30_沥青混合

41、料用细集料质量要求沥青混合料用细集料质量要求 表表10-610.4 沥青路面的原材料沥青路面的原材料10.4.4 填料填料 指采用石灰岩或岩浆岩中的超基性岩石等憎水性石料经磨细得到指采用石灰岩或岩浆岩中的超基性岩石等憎水性石料经磨细得到0.075mm的矿粉的矿粉。必须干燥、洁净、能自由从矿粉仓流出。为提高矿。必须干燥、洁净、能自由从矿粉仓流出。为提高矿料粘附性，可掺入部分消石灰粉、水泥或磨细粉煤灰。料粘附性，可掺入部分消石灰粉、水泥或磨细粉煤灰。指指 标标单位单位高速公路、一高速公路、一级级公路公路其它等其它等级级公路公路表表观观相相对对密度密度 不小于不小于t/m32.502.45 含水量含

42、水量 不大于不大于%11 粒度范粒度范围围 0.6mm 0.15mm 0.075mm%10090100751001009010070100 外外观观 无无团团粒粒结块结块 亲亲水系数水系数1塑性指数塑性指数4沥青混合料用矿粉质量要求沥青混合料用矿粉质量要求 表表10-710.4 沥青路面的原材料沥青路面的原材料10.5 沥青混合料组成设计沥青混合料组成设计10.5.1沥青混合料的分类沥青混合料的分类（1）密级配沥青混凝土密级配沥青混凝土混合料混合料（AC）。适用于各级公路沥青面层的任。适用于各级公路沥青面层的任何层次。何层次。（2）沥青玛蹄脂碎石沥青玛蹄脂碎石混合料混合料（SMA）。适用于表面

43、层、中面层或加铺。适用于表面层、中面层或加铺磨耗层。磨耗层。（3）半开级配沥青碎石半开级配沥青碎石混合料，设计空隙率为混合料，设计空隙率为6%12%（AM）。适用）。适用于三级及三级以下公路，表面应设置防水上封层。于三级及三级以下公路，表面应设置防水上封层。（4）密级配沥青稳定碎石密级配沥青稳定碎石混合料，设计空隙率为混合料，设计空隙率为3%6%（ATB）。亦）。亦称大粒径沥青碎石混合料，适用于基层。称大粒径沥青碎石混合料，适用于基层。（5）排水式沥青稳定碎石排水式沥青稳定碎石混合料，设计空隙率大于混合料，设计空隙率大于18%（ATBP）。适）。适合作排水基层。合作排水基层。（6）排水式开级配

44、磨耗层排水式开级配磨耗层，设计空隙率大于，设计空隙率大于18%（OGFC）。适合作）。适合作高速公路排水式沥青路面磨耗层。高速公路排水式沥青路面磨耗层。10.5 沥青混合料组成设计沥青混合料组成设计10.5.2沥青混合料的选用沥青混合料的选用 应根据公路等级、交通负荷、当地气候、路基状况及怀境条件等选应根据公路等级、交通负荷、当地气候、路基状况及怀境条件等选用沥青混合料。遵循以下原则：用沥青混合料。遵循以下原则：（1）沥青面层与沥青碎石基层通常采用双层或三层结构，层间喷洒粘）沥青面层与沥青碎石基层通常采用双层或三层结构，层间喷洒粘层沥青，以加强层间联接。层沥青，以加强层间联接。（2）满足耐久、

45、稳定、密实、安全等功能性要求，且便于施工。）满足耐久、稳定、密实、安全等功能性要求，且便于施工。（3）路表面应具有良好的表面功能：抗滑、密水、耐久、抗车辙、）路表面应具有良好的表面功能：抗滑、密水、耐久、抗车辙、抗裂等性能。抗裂等性能。10.5.3沥青混合料配合比设计沥青混合料配合比设计 确定沥青混合料各种原材料的品种及配比、矿料级配、最佳沥青确定沥青混合料各种原材料的品种及配比、矿料级配、最佳沥青用量。沥青混合料配合比设计包括目标配合比设计、生产配合比用量。沥青混合料配合比设计包括目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证等三个阶段。设计、生产配合比验证等三个阶段。（1）目标配合比设计阶

46、段目标配合比设计阶段 用工程实际使用的材料通过试验和计算所得的矿料级配及沥用工程实际使用的材料通过试验和计算所得的矿料级配及沥青用量为目标配合比。主要用于工程青用量为目标配合比。主要用于工程 制定工程材料供应计划，确制定工程材料供应计划，确定拌和机各冷料仓的供料比例、进料速度并试拌。定拌和机各冷料仓的供料比例、进料速度并试拌。10.5 沥青混合料组成设计沥青混合料组成设计（2）生产配合比设计阶段生产配合比设计阶段 在目标配合比的基础上进行直接为生产服务的配合比设计，以目标在目标配合比的基础上进行直接为生产服务的配合比设计，以目标配合比的最佳沥青用量配合比的最佳沥青用量0.3%，取此三个沥青用量

47、进行马歇尔试验，通，取此三个沥青用量进行马歇尔试验，通过室内试验和拌和机试验以确定生产配合比的最佳沥青用量。并根据生过室内试验和拌和机试验以确定生产配合比的最佳沥青用量。并根据生产配合比调整冷料仓和热料仓的进出料比例和速度。产配合比调整冷料仓和热料仓的进出料比例和速度。（3）生产配合比验证阶段生产配合比验证阶段 拌和机按生产配合比配料进行试拌并铺筑试验路段，同时做马歇尔拌和机按生产配合比配料进行试拌并铺筑试验路段，同时做马歇尔试验；在试验路上钻孔取样，检验混合料的集料综合配比和沥青用量是试验；在试验路上钻孔取样，检验混合料的集料综合配比和沥青用量是否在经过选优的生产配合比设计范围之内，力求接近中值。否在经过选优的生产配合比设计范围之内，力求接近中值。10.5 沥青混合料组成设计沥青混合料组成设计10.5 沥青混合料组成设计沥青混合料组成设计图图10-17 密级配沥青混合料目标配合比设计流程图密级配沥青混合料目标配合比设计流程图谢谢大家！