《沥青路面》PPT课件.ppt

第十二章 沥青路面,第一节 沥青路面的特点与分类 第二节 沥青路面的稳定性和耐久性 第三节 沥青面层材料设计 第四节 沥青混合料路面的施工技术,第一节 概述,一、沥青路面的基本特性,沥青路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。 （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、噪音低 、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点。 （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 ，低温抗变形能力低。,层铺法:分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑; 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而成的沥青面层; 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，然后送到工地摊铺碾压而成的沥青路面。,二、沥青路面的分类 1.按施工工艺的不同,2.按沥青路面的技术特性,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 度不超过3cm的沥青路面； 沥青贯入：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 乳化/溶剂沥青碎石：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； 热拌沥青碎石：以沥青和嵌挤结构集料热拌铺筑的路面； 沥青混凝土：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：简称OGFC,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,沥青玛蹄脂碎石路面：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（简称SMA）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。 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。,SMA路面结构特点,三、沥青路面类型的选择 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、使用年限、修建费用等）和工程特点（施工季节、施工期限、基层状况等）， 2：考虑材料供应情况、施工机具、劳力和施工技术条件等因素，可参照下表选定。,第二节 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，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）、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：抗压强度、抗剪强度和抗拉（包括抗弯拉）强度。沥青混合料一般抗压强度较高，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。 蠕变现象：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。 应力松弛：变形物体在恒定应变下应力随时间而自动降低的过程。 劲度模量：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,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。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。,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0.60.8MPa），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。因此提高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。,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，对沥青混合料高温稳定性的分析，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。 沥青混合料高温稳定性影响因素： 1. 沥青和矿料的性质 2. 沥青和矿料相互作用的特性 3. 矿料级配组成,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法： 1. 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。 2. 提高粘结力：适当的提高沥青材料的粘稠度，控制沥青与矿粉的比值，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。 3. 使用改性沥青。,车辙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。沥青混凝土的热稳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45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、60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。 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。,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。,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，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。 影响低温开裂的主要因素： 1. 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) 2. 当地的气温状况 3. 沥青老化程度 4. 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） 5. 面层与基层的粘着状况 6. 基层所用材料的特性 7. 行车状况,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，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。 开裂温度：累计温度应力与极限抗拉强度相等时的温度，即为开裂温度。,降温 30时,沥青面层的温度应力,沥青混合料的温度应力,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，还应增加沥青混合料冻融劈裂残留强度试验。,混合料松散,坑槽,影响水稳定性的因素： 1.混合料空隙率 2. 矿料与沥青的黏附性 3.下层排水情况,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。 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，应采取以下措施加以预防： 1.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 3.适当增加沥青层厚度,五、沥青路面的耐老化性能,一、沥青路面的气候分区,第三节 沥青面层材料设计,二、沥青路面材料要求,1.沥青,1）道路石油沥青,2）煤沥青,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。,不宜作沥青面层用，一般仅作为透层沥青使用,3）乳化沥青,4）改性沥青,热塑性橡胶类：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯( SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（SIS)等,橡胶类：天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、丁二烯橡胶(BR)等,树脂类:乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯( PE 、无规聚丙烯(APP) ,聚氧乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS）等。,2.粗集料（大于2.36mm粒径）,1）沥青路面可用的粗集料有碎石、筛选砾石、破碎砾石、矿渣等,2）粗集料基本技术要求,3.细集料（小于2.36mm粒径）,1）沥青面层的细集料可采用天然砂、机制砂及石屑；,2）细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒组成；,3）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；,4）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速公路、一级公路沥青面层。,4.填料,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,三、沥青混合料分类,按照矿料级配组成及孔隙率大小将沥青混合料分为：密级配（3%-6%）沥青混合料、半开级配（6%-12%）沥青混合料、开级配（18%-24%）沥青混合料。,四、普通密集配沥青混合料组成配合比设计 热拌沥青混合料的配合比设计包括目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段及生产配合比验证阶段。通过配合比设计决定沥青混合料的材料品种、矿料级配及沥青用量。 沥青混合料的配合比设计采用马歇尔试验设计方法，并对设计的沥青混合料进行浸水马歇尔试验、水稳定性检验及车辙试验进行抗车辙能力检验。,目标配合比设计阶段 用工程实际使用的材料计算各种材料的用量比例。 见下表，然后确定最佳沥青用量。 生产配合比设计阶段 生产配合比设计阶段，对间歇式拌和机，必须从二次筛分后进入各热料仓的材料取样进行筛分，以确定各热料仓的材料比例，同时反复调整冷料仓进料比例以达到供料均衡，并取目标配合比设计的最佳沥青用量、最佳沥青用量0.3%等三个沥青用量进行马歇尔试验，确定生产配合比的最佳沥青用量。 生产配合比验证阶段 拌和机采用生产配合比进行试拌、铺筑试验段，并用拌和的沥青混合料及路上钻取的芯样进行马歇尔试验检验，由此确定生产用的标准配合比。标准配合比应作为生产上控制的依据和质量检验的标准。,确定最佳沥青用量,沥青混合料的最佳沥青用量多用试验方法求得。 我国现行标准（JTG F40-2004）规定采用马歇尔稳定度试验方法确定。,密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准,马歇尔试验结果分析 根据上述试验与计算结果绘制各项技术指标与沥青用量关系曲线,配合比设计的检验 高温稳定性检验 水稳定性检验 低温抗裂性能检验 渗水系数检验,第四节 沥青路面的施工与质量控制,一、洒铺法沥青路面面层的施工 1. 沥青表面处治 可采用拌和法或层铺法施工。 层铺法施工工序： 1）清理基层 2）洒布沥青 3）铺洒矿料 4）碾压 5）初期养护,2. 沥青贯入式路面 沥青贯入式面层的施工程序如下： 1） 整修和清扫基层; 2） 浇洒透层或粘层沥青； 3） 铺洒主层矿料； 4） 第一次碾压； 5） 撒布第一次沥青 6） 铺撒第一次嵌缝料； 7） 第二次碾压； 8） 洒布第二次沥青； 9） 铺撒第二次嵌缝料； 10）第三次碾压； 11）洒布第三次沥青； 12）铺撒封面矿料； 13）最后碾压； 14）初期养护；,二、路拌沥青碎石路面的施工 路拌沥青碎石路面的施工程序为： 1）清扫基层； 2）铺撒矿料； 3）洒布沥青材料; 4）拌和； 5）整形； 6）碾压； 7）初期养护； 8）封层。,三、热拌沥青混合料路面的施工,施工准备 沥青混合料拌和 沥青混合料运输 沥青混合料摊铺 沥青混合料压实,1.基层准备和放样,1）面层铺筑前，应对基层或旧路面的厚度、密实度、平整度、路拱等进行检查； 2）为使面层与基层粘结好，在面层铺筑前48h，在粒料类的基层洒布透层沥青； 透层沥青用油AL(M)1、2或油AL(S)1、2标号的液体石油沥青，或用T1标号的煤沥青。透层沥青的洒布量：液体石油沥青为0.81.0kg/m2；煤沥青为1.01.2kg/m2。 3）若基层为旧沥青路面或水泥混凝土路面或无机结合料稳定类，则在面层铺筑之前，在旧路面上洒布一层粘层沥青； 粘层沥青用油AL(M)3、4、5标号的液体石油沥青，或用T4、5标号的软煤沥青。粘层沥青的洒布量：液体石油沥青为0.40.6 kg/m2；煤沥青为0.50.8 kg/m2。,4）若基层为灰土类基层或有抗冲刷要求，为加强面层与基层的粘结，减少水分浸入基层，可在面层铺筑前铺下封闭层 在灰土基层上洒布0.70.9 kg/m2的液体石油沥青或0.81.0 kg/m2的煤沥青后，随即撒铺38mm颗粒的石屑，用量为5m3/1000 m2，并用轻型压路机压实 5）为控制摊铺厚度，沿路面中心线和四分之一路面宽处设置样桩，标出混合料的松铺厚度。采用自动调平摊铺机摊铺时，还应放出引导摊铺机运行走向和标高的控制基准线。,2沥青混合料的拌制,1）间歇式拌和设备,拌和设备：间歇式,2）连续式拌和设备,拌和设备：连续式,3.,3.热拌沥青混合料的摊铺,1）人工摊铺 将汽车运来的沥青混合料先卸在铁板上，随即用人工铲运，以扣铲方式均匀摊铺在路上，摊铺时不得扬铲远甩，以免造成粗细粒料分离，一边摊铺一边用刮板刮平。刮平时做到轻重一致，往返刮23次达到平整即可，防止反复多刮使粗粒料刮出表面。摊铺过程中要随时检查摊铺厚度、平整度和路拱，如发现有不妥之处应及时修整沥青混合料的摊铺顺序，应从进料方向由远而近逐步后退进行。 应尽可能在全幅路面上摊铺，以避免产生纵向接缝。如路面较宽不能全幅摊铺，可按车道宽度分成两幅或数幅分别摊铺，但接缝必须平行路中心线，纵缝搭接要密切，以免产生凹槽。操作过程应满足施工规范的要求。,人工摊铺时，沥青混凝土松铺系数混合料为1.251.50，沥青碎石为1.201.45,2）机械摊铺,自动倾卸汽车将沥青混合料卸到摊铺机料斗后，经链式传送器将混合料往后传到螺旋摊铺器，随着摊铺机向前行使，螺旋摊铺器即在摊铺带宽度上均匀地摊铺混合料，随后由振捣板捣实，并由摊平板整平,摊铺做业温度控制,混合料摊铺,4.热拌沥青混合料的碾压,初压使混合料得以初步稳定。 复压是碾压过程最重要的阶段，混合料能否达到规定的密实度，关键全在于这阶段的碾压。 终压是消除碾压过程中产生的轮迹，并确保路面表面的平整。 初压（稳压）：用6080KN双轮压路机以1.52.0 km/h的速度先碾压2遍，使混合料得以初步稳定 复压：用100120KN三轮压路机或轮胎式压路机碾压46遍。碾压速度：三轮压路机为3 km/h；轮胎式压路机为5 km/h。复压阶段碾压至稳定无显著轮迹为止 终压：是在复压之后用6080KN双轮压路机以3 km/h的碾压速度横向碾压24遍，以消除碾压过程中产生的轮迹，并确保路面表面的平整。,一般碾压时压路机开行的方向应平行于路中心线，并由一侧路边缘压向路中。用三轮压路机碾压时，每次应重叠后轮宽的1/2；双轮压路机则每次重叠大于30cm；轮胎式压路机亦应重叠碾压。沥青混合料的分层压实厚度不得大于10cm,5.接缝施工 沥青路面的各种施工缝（包括纵缝、横缝、新旧路面的接缝等）处，往往由于压实不足，容易产生台阶、裂缝、松散等病害，影响路面的平整度和耐久性，施工时必须十分注意。,纵缝施工 对当日先后修筑的两个车道，摊铺宽度应与已铺车道重叠35cm，所摊铺的混合料应高出相邻已压实的路面，以便压实到相同