第13章 沥青路面-第3节、第4节

1、第三节第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性稳定性稳定性高温稳定性高温稳定性低温抗开裂性低温抗开裂性水稳定性水稳定性抗疲劳性能抗疲劳性能抗老化性能抗老化性能耐久性耐久性第三节第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性高温稳定性不足：有车辙、推移、拥包、搓板、泛油等病害高温稳定性不足：有车辙、推移、拥包、搓板、泛油等病害1、沥青路面的高温稳定性、沥青路面的高温稳定性（1 1）车辙的类型）车辙的类型失稳性车辙结构性车辙磨耗性车辙（2 2）车辙的形成过程）车辙的形成过程初始阶段的压密过程沥青混合料的侧向流动集料的重新分布及集料骨架的破坏（3 3）影响车辙的主要因素）影

2、响车辙的主要因素路面结构顶层材料在车轮磨耗和自然环境路面结构顶层材料在车轮磨耗和自然环境因素作用下不断损失而形成的永久变形因素作用下不断损失而形成的永久变形沥青路面结构层在车轮荷载作用下，内部材料流动，产生横向位移，在轮迹处出现变形路面结构在交通荷载作用下产生整体路面结构在交通荷载作用下产生整体永久变形主要是由于路基变形传递到面层引起永久变形主要是由于路基变形传递到面层引起表处、贯入、路拌等次高级沥青路面的交叉口和边坡路段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

3、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空隙率空隙率增加增加增加增加间隙率间隙率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第三节第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性第三节第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性1、沥青路面的高温稳定性、沥青路面的高温稳定性评评价价方方法法单轴压缩试验单轴压缩试验马歇尔试验马歇尔试验蠕变试验蠕变试验车辙试验车辙试验简单剪切试验简单剪切

4、试验2060 C=oTTRKR单轴抗压强度软化系数常温单轴抗压强度围压=0、压头摩擦与实际存在一定误差与实际存在一定误差稳定度、流值马歇尔模数试件内部应力分布复杂难以实难以实际应用际应用静态蠕变试验静态蠕变试验动态蠕变试验动态蠕变试验连续动态加载试验连续动态加载试验间歇重复加载试验间歇重复加载试验结果较好结果较好126045(6045) 42 (/mm)DSC CDD动稳定度次结果比结果比较合理较合理ooo150mm (50 65)mmmm200mm 75mmmm4 CCC试件尺寸：，最大粒径19，最大粒径38温度：、20、40适合测定试件的回弹模量、适合测定试件的回弹模量、动剪切模量动剪切模

5、量沥青路面容许车辙深度：沥青路面容许车辙深度：第三节第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性1、沥青路面的高温稳定性、沥青路面的高温稳定性第三节第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性1、沥青路面的高温稳定性、沥青路面的高温稳定性提高沥青路面高温稳定性措施提高沥青路面高温稳定性措施我国一般采用半刚性基层沥青面层，基层强度高，一般不出现结结构性车辙构性车辙；面层集料一般采用玄武岩，因此磨耗性车辙磨耗性车辙也少见；所以一般为失稳性车辙失稳性车辙，因此必须提高沥青混合料高温稳定性，即提高粘结力和内摩阻力。$i)i)集料：集料：集料破碎面多，石质坚硬，具有良好的表面纹理

6、和粗糙度；集料级配良好，有足够数量粗集料形成空间骨架结构；配合比设计合理，注重压实；$ii)ii)沥青：沥青：用高黏度改性沥青或添加纤维提高沥青材料粘稠度；控制沥青与矿粉的比值，严格控制沥青用量。第三节第三节 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、沥青路面的低温抗裂性、沥青路面的低温抗裂性拉应力荷载拉应力荷载拉应力荷载拉应力荷载抗拉强度抗拉强度开裂本质开裂本质温度骤降裂缝温度骤降裂缝抗拉强度抗拉强度温度疲劳裂缝温度疲劳裂缝第三节第三节 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、沥青路面的低温抗裂性、沥青路面的低温抗裂性间接拉伸试验间接拉伸试验直接拉伸试验直接拉伸试验低温

7、低温抗裂抗裂性能性能评价评价方法方法蠕变试验蠕变试验受限试件的温受限试件的温度应力试验度应力试验应力松弛试验应力松弛试验弯曲破坏试验弯曲破坏试验巴西劈裂试验巴西劈裂试验?101.6mm63.5mm环氧树脂粘贴环氧树脂粘贴38.138.1101.6mm温度温度0oC3035250mm降温速率，降温速率，10 /h 5050250mm松弛模量松弛模量松弛模量松弛模量 收缩拉应力收缩拉应力2503035mm，跨径，跨径200mm，-10 ，加载速度：，加载速度：50mm/min梁底拉梁底拉应力应力第三节第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性 低温开裂影响因素低温开裂影响因素：沥青的

8、性质、气温状况、沥青老化程度、路基的种类和路面层次的厚度、面层与基层的粘结状况、基层所用材料的特性、行车的状况等 可采取的预防措施：可采取的预防措施：1）使用稠度较低、温度敏感性低的沥青；2）使用含腊量低的沥青，使用应力松弛性能好的改性沥青，掺加纤维；3）使用较细的混合料类型，设置应力吸收层。2、沥青路面的低温抗裂性、沥青路面的低温抗裂性第三节第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性1）水稳定性作用机理：）水稳定性作用机理：水降低了沥青的粘附性、对沥青形成冲刷，水进入沥青与集料间、隔离了沥青与集料的粘结；3、沥青路面的水稳定性、沥青路面的水稳定性混合料松散混合料松散坑槽坑槽剥离

9、剥离评评价价方方法法煮沸试验煮沸试验浸水马歇尔试验浸水马歇尔试验浸水轮辙试验浸水轮辙试验冻融台座试验冻融台座试验第三节第三节 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、沥青路面的水稳定性、沥青路面的水稳定性浸水直接拉伸试验浸水直接拉伸试验冻融劈裂试验冻融劈裂试验思想一：思想一：沥青裹覆标准集料，在水中煮沸，观察剥落情况。思想二：思想二：路 面 取 芯 （ 击 实 试验），在浸水条件下进行试验评估。影影响响因因素素混合料空隙率混合料空隙率下层排水情况下层排水情况第三节第三节 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、沥青路面的水稳定性、沥青路面的水稳定性混合料中矿料与混合料中

10、矿料与沥青的黏附性沥青的黏附性控控制制技技术术完善路面结构排完善路面结构排水系统水系统尽量选择碱性集料，尽量选择碱性集料，必要时添加外掺剂必要时添加外掺剂选择高黏度沥青和选择高黏度沥青和表面活性成分高的表面活性成分高的沥青。沥青。施工时保持集料干施工时保持集料干燥，无杂质，摊铺燥，无杂质，摊铺不离析，碾压密实。不离析，碾压密实。第三节第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性1）概念）概念材料在低于极限抗拉强度低于极限抗拉强度下经受重复拉应力或拉应变而最终导致破坏，称为疲劳破坏疲劳破坏。导致路面材料最终破坏（即开始疲劳开裂）的荷载作用次数，称为疲劳寿命疲劳寿命。2）沥青混合料疲劳

11、力学模型）沥青混合料疲劳力学模型现象学模型：现象学模型：重复荷载作用下沥青混合料强度衰减累积引起的破坏（传统疲劳理论）；可建立沥青路面层底拉应力与重复荷载作用次数的关系；断裂力学模型：断裂力学模型：认为疲劳是材料初始裂缝在荷载作用下扩展至破坏的过程；研究了材料开裂机理及扩散规律；能耗模型：能耗模型：混合料在应力应变作用下吸收能量引起的疲劳损伤；可建立能量与重复荷载作用次数的关系；4、沥青路面的抗疲劳性能、沥青路面的抗疲劳性能3）影响沥青混合料疲劳特性的因素：）影响沥青混合料疲劳特性的因素：材料的性质（种类、组成等）、环境因素（温度、湿度等）、加荷方式、沥青混合料的劲度（矿料级配、沥青种类和用量

12、、混合料的压实程度和空隙率、试验的温度、加荷速度和应力级等）第三节第三节 沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性4、沥青路面的抗疲劳性能、沥青路面的抗疲劳性能第三节沥青路面的稳定性与耐久性第三节沥青路面的稳定性与耐久性4）沥青混合料疲劳试验方法）沥青混合料疲劳试验方法现场疲劳破坏试验：AASHTO、WESTTRACK试验路；足尺结构模拟破坏试验：大型环道、直道试验；试板试验法：室内小型试件试验：三分点小梁试验、中点加载小梁试验、悬臂梯形梁试验等。5）控制方式）控制方式应力控制：每次对试件施加的荷载为常量，随着荷载作用次数增多，试件不断受到损伤，劲度随之而降低，实际的弯曲应变则不断增大

13、；应变控制：测试过程中保持每次荷载下应变值不变，则应力随施加荷载次数的增加而不断减小。4、沥青路面的抗疲劳性能、沥青路面的抗疲劳性能沥青的老化过程图沥青的老化过程图第三节沥青路面的稳定性与耐久性第三节沥青路面的稳定性与耐久性1）沥青老化）沥青老化沥青老化沥青老化是指沥青在储存、运输、加工、施工及使用过程中在空气、热、光照和碾压作用下产生性能下降的现象。分施工中的短期老化和使用中的长期老化。5、沥青路面的耐老化性能、沥青路面的耐老化性能第三节沥青路面的稳定性与耐久性第三节沥青路面的稳定性与耐久性2）老化原因：）老化原因： 胶质、芳香分和饱和分（挥发）含量减小，沥青质含量增加； 空气的氧化作用，使

14、沥青组分发生变化； 沥青分子结构的硬化（聚合作用）。导致沥青使用性能变坏，从而影响了路面的耐久性。5、沥青路面的耐老化性能、沥青路面的耐老化性能3）主要影响因素）主要影响因素 沥青性能 环境情况（光，氧，水，荷载） 混合料形态（空隙率等）第三节沥青路面的稳定性与耐久性第三节沥青路面的稳定性与耐久性4）老化试验及评价）老化试验及评价沥青老化沥青老化：旋转薄膜烘箱试验(RTFOT) （短期）、压力容器老化试验(PAV)（长期）；沥青混合料短期老化沥青混合料短期老化：针对松散混合料，采取烘箱老化法、延时拌和法、微波加热法；沥青混合料长期老化沥青混合料长期老化：针对压实成型试件，采取加压氧化法、延时烘

15、箱法、红外/紫外线处理。5、沥青路面的耐老化性能、沥青路面的耐老化性能第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求1、沥青种类、沥青种类沥沥青青煤焦沥青煤焦沥青天然沥青天然沥青石油沥青石油沥青原油蒸馏后的残渣原油蒸馏后的残渣 焦油蒸馏后残留的黑色物质焦油蒸馏后残留的黑色物质自然形成自然形成第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求2、石油沥青参数、石油沥青参数 以以B B级级90#90#沥青为例：沥青为例： 针入度针入度8080100100（0.1mm0.1mm）（25C,0.1mm，5s）， 针入度指数：针入度指数：1.81.8+1.0+1.0， 软化点：软化点：4242434

16、3， 6060动力粘度动力粘度Pa.sPa.s：不要求，：不要求， 延度延度1010：151530cm30cm，1515：100cm100cm， 蜡含量：蒸馏法蜡含量：蒸馏法33， 闪点：闪点：245245， 溶解度：溶解度：99.5%99.5%（三氯乙烯），（三氯乙烯），1515密度：实测，密度：实测， TFOTTFOT或或RTFOTRTFOT后质量变化后质量变化0.80.8（163163，5h5h，3.2mm3.2mm），）， 残留针入度比：残留针入度比：5454， 残留延度残留延度106cm106cm，1515残留延度：残留延度：20cm20cm。第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面

17、的材料要求SYD2801D型沥青针入度仪 针入度针入度是在25和5秒时间内，在100克的荷重下，标准会垂直穿入沥青试样的深度为针入度，以1/10毫米为单位。针入度是反映特定温度下沥青的粘度指标。 2、石油沥青参数、石油沥青参数针入度指数针入度指数是一种沥青结合料的温度感应性指标，反映针入度随温度而变化的程度，由不同温度的针入度按规定方法计算得到。第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求软化点软化点是沥青试样在规定尺寸和质量的钢球（直径为9.5 mm重为3.5g，），放于水或苷油中，以规定的速度（起始温度5C或32C,以5C/min）加热至钢球下沉达到规定距离时的温度，以C表示。软化点

18、既是反映沥青材料感温性的一个指标，也是沥青粘度的一种量度。 2、石油沥青参数、石油沥青参数SYD2806E型电脑沥青软化点侧定仪 第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求动力粘度动力粘度是沥青试样处于牛顿粘性体的流动状态时，试样内部层与层之间产生的阻力（剪应力）与层间相互离开的速度（剪变率）的比例，以pa.s表示。 2、石油沥青参数、石油沥青参数SYD0620沥青动力粘度计(真空减压毛细管法) SYD0621沥青标准粘度计 第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求延度延度是规定形态的沥青试样，在规定温度下以一定速度受拉伸至断开时的长度，以cm表示。延度表示沥青的塑性。 2、

19、石油沥青参数、石油沥青参数SY1.5(2)B型低温双数显沥青延度仪 （齿条式） SY1.5(2)C型低温双数显沥青延度仪 (双丝杆式) 第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求石油沥青中的蜡含量蜡含量的测定是个比较复杂的问题，它是以蒸馏法馏出油分后，在规定的溶剂及低温下结晶析出的蜡含量，以质量%表示。最新的论点认为蜡对沥青质量的影响不仅决定于蜡的数量，而且更重要的是决定于蜡在沥青中的存在状态。 2、石油沥青参数、石油沥青参数WSY10型石油沥青蜡含量测定仪 第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求闪点闪点是沥青试样在规定的盛样器内按规定的升温速度受热时所蒸发的气体以规定的方

20、法与试焰接触，初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度，以C表示。 2、石油沥青参数、石油沥青参数SYD-3536克利夫兰开口闪点仪 SYD-3536 克利夫兰开口闪点试验器 溶解度溶解度是沥青试验在规定溶剂中可溶物的含量，以质是沥青试验在规定溶剂中可溶物的含量，以质量百分率表示。量百分率表示。 第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求我国石油沥青以针入度为指标分为7个标号，每一个标号的沥青分为A、B、C3个级别，分别适用于不同地区、不同等级、不同路面结构层次。见表13-10。3、石油沥青标号与等级、石油沥青标号与等级第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求4、石油沥青标号与等级

21、选择考虑因素：、石油沥青标号与等级选择考虑因素：、夏季温度高、高温持续时间长地区，宜用稠度大沥青；、冬季寒冷地区，宜选用稠度低，低温延度大的沥青；、日温差、年温差大的地区宜选用针入度指数大的沥青；、重交通路段、山区及丘陵上坡路段、停车场等行车速度低的地方，宜用稠度大的沥青；、交通量小的公路用稠度低的沥青；、根据路面类型与施工工艺选择沥青标号与等级。第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求5、乳化石油沥青、乳化石油沥青乳化沥青乳化沥青是沥青和乳化剂在一定工艺作用下，生成水包油或油包水（具体谁包谁要看乳化剂的种类）的液态沥青。$（1 1）特点：）特点：可以在常温下施工（节约能源、保护环境

22、、简化施工工艺）；流动性好；粘度小。$（2 2）用途：）用途：主要用做透层、粘层、稀浆封层，表面处治、沥青贯入式、冷拌沥青混合料等面层；也可用于修补裂缝。 第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求6、改性沥青、改性沥青改性沥青改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。 改性沥青其机理有两种机理有两种，一是改变沥青化学组成，二是使改性剂均匀分布于沥青中形成一定的空间网络结构。第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求6、改性沥青、改性沥青改改性性沥沥青青热塑

23、性橡胶类热塑性橡胶类热塑性树脂类热塑性树脂类橡胶类橡胶类SBS改性沥青改性沥青(使用最为广泛使用最为广泛)天然橡胶改性沥青天然橡胶改性沥青丁苯橡胶改性沥青丁苯橡胶改性沥青氯丁橡胶改性沥青氯丁橡胶改性沥青顺丁橡胶改性沥青顺丁橡胶改性沥青丁基橡胶改性沥青丁基橡胶改性沥青聚乙烯改性沥青聚乙烯改性沥青乙烯乙烯-乙酸乙烯聚合物改性沥青乙酸乙烯聚合物改性沥青第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求6、改性沥青、改性沥青改性沥青选用：改性沥青选用：1）用道路石油沥青拌制的沥青混合料技术指标达不到高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性能指标要求时；2）对交通量繁重、重载车较多公路，表面层宜选用改性沥青；并

24、视实际情况中面层也可选用改性沥青或稠度低一号的沥青；3）温差变化较大，高温或低温持续时间较长的严酷气候条件的公路；4）铺筑特殊结构的表面层，如开级配抗滑层，沥青玛蹄脂碎石，超薄罩面层，排水路面，彩色路面等；5）路线线形处于连续长纵坡、陡坡及半径较小匝道，制动、起动频繁、停车场等路段以及有特殊要求的公路。第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求7、粗集料、粗集料定义：定义：指集料中粒径大于4.75mm（方孔）或2.36mm（圆孔）的材料，包括碎石、筛选砾石、破碎砾石、矿渣等。要求：要求： （1）碎石匀质、洁净、坚硬、无风化，碎石具有足够的强度和耐磨性能，质量要求见表13-17； （2）

25、磨光值满足表13-18的要求； （3）具有良好的粘附性，见表13-18。第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求8、细集料、细集料定义：定义：细集料是指集料中粒径小于4.75mm（方孔）或2.36mm（圆孔）的材料， 细集料可采用天然砂、机制砂及石屑。要求：要求： （1）细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配，其质量符合表13-20的要求。 （2）对于高等级公路最好采用机制砂。天然砂 机制砂 石屑第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求9、填料、填料定义：定义：粒径小于0.075mm。是沥青胶浆主要组成部分。所以填料必须采用石灰岩或岩浆岩中强基性基岩等憎水性石料经磨细而成，要求干燥、洁净。第四节第四节 沥青路面的材料要求沥青路面的材料要求9、填料、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 。 指指 标标高速公路、一级公路高速公路、一级公路其它等级公路其它等级公路 视密度视密度 不小于不小于(t/m3)2.502.45 含水量含水量 不大于不大于(%)11 粒度范围粒度范围 0.6mm (%) 0.15mm(%) 0.075mm(