路基路面工程课件：第四章 路基路面材料组成及力学特性

1、 第四章 路基路面材料组成及力学特性路基路面材料： （1）土和颗粒材料 （2）沥青结合料类 （3）无机结合料稳定类 （4）水泥混凝土类按照嵌挤或密实，组成各种路面结构层4-1 块石路面与块石基层一. 块石路面路基基层整平层块料面层1. 结构形式2. 块石路面的受力特点3. 材料和结构要求块 料石料或混凝土预制块材料要求：强度、形状、尺寸、琢制程度整平层粗中砂、煤渣、水泥砂或沥青砂等作用：平整、减缓冲击、减振厚度：23 cm（高级路面）或510cm（次高级和中级路面）填缝料砂、石屑、水泥砂浆或沥青马蹄脂填塞等 作用：防水下渗、嵌挤、保护边角、加强整体性等基 层-石灰水泥稳定类材料、碎（砾）石类材

2、料、贫水泥混凝土等 作用：承重结构层（影响着路面的整体强度和稳定性）3. 材料和结构要求高级石块路面1级石料琢成顶面平整而边角方正的整齐石块，一般 基层为贫水泥混凝土，常用水泥砂浆做整平层，填缝 料 用水泥砂浆中级石块路面采用1-2级石料粗琢的半整齐石块，基层用石灰煤渣土或 碎石，整平层和填缝料宜用粗砂或石屑低级石料路面采用天然石料粗打而成的拳石和片弹石等不整齐石块，可 直接铺在厚10-20cm的砂或煤渣上4. 优缺点及其适用性 优点： 坚固耐久，清洁少尘，粗糙抗滑，养护修理方便，容易实现彩图路面； 缺点：路面整体性较差，平整度不易保证，难以实现机械化施工，铺筑慢，建筑费用高，精琢块石耗费劳动

3、力多。 适用性：适应重型汽车及履带车辆交通 适宜土基不稳定的桥头高填土路段 铁路平交道口以及有地下管线的城市道路 用于山区急弯、陡坡路段,防滑性能好 城市道路景观铺装的图案路面 二块石基层 1. 构造特点锥形块石及嵌缝料砂、砂砾或煤渣垫层碎石层面层2. 优缺点 强度高，水温稳定性好，整体性差，手摆方式施工，费工费时。3. 适用性一般适用于低等级道路，且地产石料丰富、劳动力廉价的地区。土基湿软或不均匀时，不宜采用，容易导致石块不均匀下沉，破坏路面。4-2 粒料类材料的组成 无结合料稳定的颗粒材料称为粒料，主要有嵌挤型碎石或碎石（砾石）混合料两种一、嵌挤型碎石 碎（砾）石路面是用天然砾石或经轧制的

4、碎（砾）石按嵌挤原理铺压而成的路面结构层。种类: 水结碎石、泥结碎石、泥灰结碎石、干压碎石等优缺点: 投资不高，但平整度差，易扬尘。适用: 常作路面结构的基层，可作中低级路面的面层，常用作过度期的简易路面一、水结碎石路面 以碎石作骨料，石粉与水形成的胶浆起粘结作用，压实而成为路面，一般厚为1016cm。 水结碎石作中低等级路面面层时，需加铺米石或石屑封层。二、干压碎石基层 采用干压法，不洒水或适当洒水铺压而成的路面，要求石屑填缝紧密，碾压坚实 。 软土地基上不宜直接铺筑，以防软土上挤和碎石下陷。三、泥结碎石路面 以碎石作骨料，粘土泥浆为填充料和粘结料，经压实而成的路面。 可通过灌浆法、拌合法、

5、层铺法施工。 可作沥青路面基层多用于干燥路段。四、泥灰结碎石路面 以碎石为骨料，用一定数量的石灰和土作粘结填缝料的碎石路面。因为掺入石灰，泥灰结碎石路面的水稳定性比泥结碎石好。其它方面与泥结碎石相似。二、碎石或砾石混合料 由粗、细碎石集料和石屑，粗、细砾石集料和砂组成的混合料，当混合料的颗粒组成符合密实级配要求时，称作级配碎石或级配砾石级配或天然级配碎（砾）石结构层 这一类结构层的结构强度受材料的级配影响较大，应严格按规范要求的级配范围选料。强度特点：依靠不同粒径的粒料逐级填充空隙而相互挤密，成为一个较稳定的结构层。作面层时需加铺封层（磨耗层和保护层）,以减轻行车磨耗较大，避免产生波浪、变形。

6、磨耗层 磨耗层是碎砾石路面的表面部分，多用坚硬、耐磨、抗冻性强的级配小颗粒料铺筑而成。 用于抵抗车轮水平力和轮后吸力所引起的路面的磨损和松散，缓解大气温度和湿度变化等引起的路面破坏，并提高路面的平整度。保护层 在磨耗层上用粘土和砂土构成的土砂稳定的封面或粗细砂粒均匀撒铺而成松散保护层. 磨耗层与保护层以上这些路面共有的特点： 投资不高，低等级路可作为过度期的简易路面; 平整度差，易扬尘; 结构强度依靠碎（砾）颗粒压实嵌琐形成强度，部分用填缝料增加密实性和胶结稳定（粒料自身的强度、形状、尺寸、表面特性，压实紧密程度， 填缝料种类均是重要的影响因素）; 结构层的强度还与其下卧层的刚度有关。松散粒类

7、料结构的力学特征： 1、强度特性 2、应力应变特性 3、变形累计特性1、强度特性强度的构成：矿料颗粒本身的强度； 颗粒之间的联结强度抗剪强度理论：按摩尔-库仑原理进行分析。强度的影响因素： 单颗粒料的性质（如石料的强度、形状、尺寸、表面粗糙度等） 混合料的级配组成性质 压实的密实程度 受力状态等 2、应力-应变特性路面材料受力后产生的变形包括：弹性变形、塑性变形，粘弹及粘性变形； -应力-应变特性大部分都表现为非线性特性！ 式中: K1 、K2与材料有关的试验参数；为主应力之和。回弹模量随主应力和的变化 塑性变形的大小主要与材料的级配和初始密实程度以及荷载的大小及持续的时间等有关。级配不良或粒

8、径单一的材料容易产生塑性变形累积。 3、变形累计特性 细粒土、碎（砾）石 无机结合料和工业废渣常用的有： 石灰稳定土基（垫）层 水泥稳定土基层 石灰水泥综合稳定类 工业废渣基层 结构特点： 具有结构自身板体性好、强度高、稳定性好、抗冻性强等特点，广泛用于修筑路面结构的基层和底基层，以提高路面的整体刚度。4-3 无机结合料稳定土混合-拌和、摊铺、碾压、养生统称为半刚性基层组成: 石灰（616%） 、天然土、碎（砾）石特点: 后期强度高具有良好性能的原因:对土塑性的影响 土掺入石灰后，由于离子交换等作用，细颗粒结成团粒，使土的塑性指数降低。改变了土的压实性 对难以压实的湿度较大的细粒土掺入石灰后

9、掺入石灰后含水量明显下降，压实效果增强。形成生胶凝物质将松散的粒料结合成整体 一、石灰稳定土基（垫）层 影响石灰土强度的主要因素 （1）土质 （2）灰质和剂量 （3）含水量 （4）密实度 （5）养生条件 路用性能此类材料作基层，强度较高刚度较大；石灰稳定类基层材料强度生成较缓慢，不宜过早开放交通或受冰冻作用；石灰稳定细粒土抗水冲蚀能力差，不宜直接做高等级路面的基层 。 （1）种类 水泥稳定细粒土 水泥稳定碎（砾）石 （2）强度生成机理 土、水和水泥之间发生了复杂的物理、化学和物理-化学作用： * 水泥自身的水化作用产生水化胶凝物质-强度的重要来源 * 离子交换作用使粘土颗粒间引力增强土粒凝聚

10、* 碱性环境激发了粘土中原有矿物的活性，与钙离子反应生成水化胶凝物质； * 其中Ca(OH)2的碳酸化反应，生成碳酸钙晶体。二水泥稳定类路面材料（3）强度影响因素 * 土质 土的矿物成分、级配，有机质和硫酸盐含量不宜过高； 细粒土过多消耗水泥量多，塑性过高的土不宜用水泥稳定 （塑性指数12的土宜用水泥稳定，塑性指数17的土，宜用石灰预先处理后再用水泥进行综合稳定。） *水泥 水泥的矿物成分和分散度影响其活性和硬化稳定的效果； 不存在水泥最佳用量（越多越好）存在经济用量，48%为宜； *其他影响因素同石灰土 路用性能水泥稳定类较石灰稳定类强度生成快；结合料剂量相同时强度和刚度高于石灰稳定类；水泥

11、稳定类抗冻性和抗水冲蚀能力优于石灰稳定类；水泥稳定类的缩裂较石灰稳定类严重。 即一定比例的水泥和石灰掺入土石混和而成。 与水泥或石灰稳定类相比有以下特点： 1、掺入的石灰改变了土的塑性，再用水泥稳定可节省水泥用量； 2、过湿土可先用石灰稳定，消耗土中的多余水分后再用水泥稳定效果更好； 3、因有水泥的掺入可加快材料强度生成的速度，赶工期时可采取此类稳定办法； 4、对酸性粘土、重压粘土不宜单独用水泥稳定，可先用石灰稳定后再掺入水泥。三石灰水泥综合稳定类 工业废渣是指：钢铁厂的矿渣和钢渣，化工厂的电石渣，漂白粉和硫铁矿渣，火力发电厂的粉煤灰和煤渣等。 （1）稳定土种类 石灰粉煤灰土（二灰土） 石灰粉

12、煤灰砂砾（二灰砂砾） 石灰粉煤灰碎石（二灰碎石）等等 四工业废渣稳定类基层（2）强度生成机理 （3）基本性能 *石灰稳定工业废渣早期强度较低而后期强度较高，是很好的基层材料； * 粗骨料加强嵌挤骨架-提高初期的承重能力。 （对施工季节及早期开放交通有要求）工业废渣饱和的氢氧化钙、氢氧化铝溶液火山灰反应氧化钙结晶硅酸钙、铝酸钙结晶 开裂现象及对路用性能的影响 破坏了半刚性基层的整体性，荷载扩散能力大大减弱； 使沥青面层产生反射裂缝，使结构的整体承载能力下降； 路面渗水, 耐用性下降。 影响半刚性材料缩裂的因素 稳定土中细料含量多 土的粘性大 结合料的问缩合干缩敏感和剂量大 施工含水量偏大 施工温

13、度、风力等五、石灰、水泥稳定类基层开裂问题 * 减少沥青路面半刚性基层反射裂缝的措施*改善土质（塑性高的土收缩性大）控制压实时的含水量（多余水分的散失会增加收缩）混合料中掺加一定比例粗集料（相对减少细料用量，可以降低结合料的用量）半刚性基层上铺筑碎石类的过渡层（吸收裂缝，缓解反射）分期修建（初期缩裂严重，待缩裂稳定不再发展，经处理后再铺筑沥青结构层）半刚性基层上设置收缩缝（控制裂缝开裂的位置）加快早期强度的生成，提高基层自身抗裂能力（添加剂、施工温度、养生保湿措施、越冬问题等） 六、无机结合料稳定土材料的力学特性 与原材料的性质、结合料的性质和剂量、密实度、养生条件、龄期等有关。* 应力应变特

14、征（刚性性质）抗压性质抗拉性质（弯拉、劈裂）* 疲劳特性 与反复施加的弯拉应力f和一次荷载作用下的极限弯拉强度s的比值（称作应力水平）有关 。在f 18%，主要由粗集料组成，矿料相互拨开）D. 按公称最大粒径大小分类特粗式：公称最大粒径等于或大于31.5mm粗粒式：公称最大粒径26.5mm中粒式：公称最大粒径16或19mm细粒式：公称最大粒径9.5或13.2mm砂粒式：公称最大粒径小于9.5mmE. 按施工工艺分类* 层铺法 分层洒布沥青，分成铺撒矿料和碾压的方法修筑而成。厂拌法 将规定级配的矿料和沥青材料在拌合场用专用的设备加工拌和，然后送到工地摊铺和碾压而成型的沥青结构层。* 路拌法 在路

15、边用机械将矿料和沥青拌和、摊铺、碾压形成沥青结构层。例如：路拌沥青碎(砾)石，路拌沥青混凝土。 特点：沥青在矿料中分布均匀性差，因矿料为冷料，所以需使用粘稠度较低的沥青，故混合料的强度较低。适用于: 缺乏拌合设备的低等级道路的路面基层和低等级道路的沥青路面和水泥混凝土路面的坑槽修补; 沥青稳定土还用以改善土基的水温稳定性。F.按混合料摊铺时的温度分类* 热拌热铺 特点：沥青较粘稠，矿料精选，混合料质量高，使用寿命长，但修筑费用高。* 热拌冷铺 特点：沥青的稠度不高，热拌使沥青和矿料间粘接很好，为保证常温下不硬结，可在混合料中掺入煤油、汽油、植物油等，性能不及热拌热铺的沥青混凝土。（二）常用沥青

16、路面材料的路用特性 * 沥青混凝土 * 热拌沥青碎石 * 乳化沥青碎石混合料 * 沥青灌入式 * 沥青表面处治 * 沥青玛蹄脂碎石 以上各类型的混合料可作沥青路面的面层(单层、双层或三层)和路面的基层，各层材料的组成设计应根据其层位、层厚、气温、降雨量、交通量和交通组成及施工条件等因素综合选用，以满足对路面使用功能的要求。1、热拌沥青混合料（HMA）路面和基层沥青混凝土-将各种不同大小颗粒的矿料和沥青按适当比例 配合，在规定温度下拌和成混合料，经摊铺压实成型。 经标准压实后的空隙率在10%以下，称为沥青混凝土。 型：空隙率为3%-6% 型：空隙率为6%-10% 常用于高等级公路的面层。* 沥青

17、混凝土的基本特性：矿质混合料是按密实级配原理严格配制的；含有较多的细料和一定数量的矿粉，粘聚力在混合料的强度构成中 占有很重要的地位；粘聚力受温度影响大，若级配不当或沥青用量偏多时，热稳定性较差；空隙率较小，受水和空气等的侵蚀作用小，使用寿命较长；自身强度高，若基层坚强，路面结构合理，可以承受繁重的交通； 沥青碎石-将各种不同大小颗粒的矿料和沥青按适当比例 配合，在规定温度下拌和成混合料，经摊铺压实成型。 经标准压实后的空隙率在10%-15%时，称为沥青碎石。 乳化沥青碎石-适用于做三、四级公路的沥青面层、二级公路养护罩面以及各级公路的调平层。* 沥青碎石的基本特性：基本上属于嵌挤型结构；细料

18、含量少，只有少量矿粉或不掺矿粉，沥青用量较少，空隙较大；热稳定性好，抗低温开裂，透水性大，强度和耐久性较沥青混凝土差；作高等级公路路面的基层或调平层。沥青玛蹄脂碎石路面（SMA）-用沥青玛蹄脂碎石混合料做面层或抗滑层的路面，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混合料，经拌和、摊铺、压实而形成的一种构造深度较大的抗滑面层。 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。*沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA） SMA是一种沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成

19、的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料。 特点：抗车辙能力、低温抗裂性、耐疲劳性能、水稳定性等各种 路用性能均较普通沥青混凝土有大幅度提高。* 热拌沥青混合料(HMA)适用于各种等级公路的沥青路面 2、沥青表面处治-是在路面表面分层浇洒沥青、撒铺石料和压实而成厚度不超过3cm的薄层，按浇洒沥青及撒铺石料 的层数可分为： 单层：1.0-1.5cm 双层：1.5-2.5cm 三层：2.5-3.0cm 适用于三、四级公路的面层、旧沥青面层上加铺罩面或抗滑层、磨耗层等。基本特性： # 拌合法施工容易控制用油量，结构稳定，且可缩短成型期； # 强度构成为嵌挤原则； # 结构层薄，一般

20、不起提高路面结构整体强度的作用。沥青表面处治厚度不超过3cm的薄层 * 层铺法（单层） * 拌和法 从作用功能上划分：上封层铺筑在沥青面层表面的薄层；下封层铺筑在沥青面层下面、基层表面的薄层。 多用于如下的场合： 中等交通（30200辆标准车/天）的碎（砾）石路面上加铺表处，改善行车条件，减少养护工作量；预防性养护罩面层以恢复面层的使用品质（抗松散、抗滑、平整等）； 作为多雨地区沥青路面的防水层和密水层；做水泥混凝土路面旧路与沥青加铺层及半刚性基层以沥青面层之间需设置应力缓冲层，缓解反射裂缝。 层铺法表处 按浇洒沥青和铺撒矿料的次数可分为: 单层（1.01.5cm）做下封层 双层（2.02.5

21、cm）做上封层 三层（2.53.0cm）做上封层微表处 用适当级配的石屑或砂、填料（水泥、石灰、粉煤灰、石粉等）采用聚合物改性乳化沥青、外掺剂和水，按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料，将其均匀地摊铺在路面上形成的沥青封层。 主要用于高速公路及一级公路的预防性养护以及填补轻度车辙,也适用于新建公路的抗滑磨耗层。稀浆封层 用适当级配的石屑或砂、填料（水泥、石灰、粉煤灰、石粉等）与乳化沥青、外掺剂和水，按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料（液体石油沥青、乳化沥青、煤沥青等），将其均匀地摊铺在路面上形成的沥青封层。 一般用于二级及二级以下公路的预防性养护，也适用于新建公路的下封层。 拌合法表

22、处处理前后上封层： 1裂缝较细、较密的可采用涂洒类密封剂、软化再生剂等涂刷罩面； 2 对二级及二级以下公路的旧沥青路面可以采用普通的乳化沥青稀浆封层，也可在喷洒道路石油沥青后撒布石屑(砂)后碾压作封层； 3 对高速公路、一级公路有轻微损坏的宜铺筑微表处； 4 对用于改善抗滑性能的上封层可采用稀浆封层、微表处或改性沥青集料封层。 下封层 ：1多雨潮湿地区的高速公路、一级公路的沥青面层空隙率较大，有严重渗水可能，或铺筑基层不能及时铺筑沥青面层而需通行车辆时，宜在喷洒透层油后铺筑下封层。2下封层宜采用层铺法表面处治或稀浆封层法施工。稀浆封层可采用乳化沥青或改性乳化沥青作结合料。下封层的厚度不宜小于6

23、mm，且做到完全密水。3 以层铺法沥青表面处治铺筑下封层时，通常采用单层式，控制好矿料及沥青用量。沥青贯入式-在初步压实的碎石层上再分层浇洒沥青、撒铺嵌 缝料（或封面料）和压实而成，厚度一般4-8cm。沥青上拌下贯式-沥青贯入式的封面材料改用沥青混合料时 总厚度：7-10cm，沥青混合料厚3-4cm.沥青贯入式碎石路面适用于二级及二级以下公路的面层。3、沥青贯入式层铺法施工-层厚一般为48cm ;*当交通量较大，对路面有较高要求,不宜使用；上拌下贯法施工-上面34cm 拌和，下面贯入，总厚一般为710cm *上拌下贯法施工具有成型快、质量易控制、平整度好等优点。沥青混合料拌和设备能力不足时考虑

24、采用此法。适用于三级及三级以下公路的路面，也可作为沥青路面的联结层或基层；乳化沥青贯入式路面的厚度不宜超过5cm；最上层应撒布封层料或加铺拌和层。作为联结层时，可不撒表面封层料；施工季节干燥，且宜在日最高温度降低至l5；通过开放交通碾压成型。 基本特性：主要靠嵌挤原则生成强度, 多空隙，强度和温度稳定性较好；沥青贯入式作面层时，为防止路面水浸入，应进行封面。当作沥青混凝土路面的基层时，需要时应设下封层；为缓解半刚性基层的反射裂缝，也可在沥青面层和半刚性基层间增设一层沥青贯入式。4、路拌沥青碎(砾)石混合料 是在路边用拌合设备将矿料与沥青就地拌和而成的材料，混合料强度较低 ，多采用乳化沥青、液体

25、沥青、改性乳化沥青。适用性：* 适用于三级及三级以下的公路的沥青面层；*二级公路的罩面层施工；*各级公路沥青路面的基层、联接层或整平层；*冷拌改性沥青混合料可用于沥青路面的坑槽冷补。*宜采用密级配沥青混合料，铺筑上封层可采用半开级配的冷拌沥青碎石混合料。（三）其他沥青层材料粘层：为加强路面沥青层与沥青层之间、沥青层与水泥混凝土路面之间的粘结而洒布的沥青材料薄层。 透层 ：为使沥青面层与非沥青材料基层结合良好，在基层上喷洒液体石油沥青、乳化沥青、煤沥青而形成的透入基层表面一定深度的薄层水泥混凝土桥面的沥青铺装层：大中型水泥混凝土桥桥面铺筑的沥青铺装层，应满足与混凝土桥面的粘结、防止渗水、抗滑及有

26、较高抵抗振动变形的能力等功能性要求。公路隧道沥青路面：隧道内铺筑沥青路面时应充分考虑隧道沥青路面施工和维修养护工作困难，隧道内外光线变化显著，隧道有可能漏水、冒水，隧道防火安全等特点选择适宜的材料与结构。钢桥面铺装：必须具有能与钢板紧密结合、变形协调、防水，足够的耐久性，较小的温度敏感性，抗疲劳性能、表面抗滑的要求。 多采用聚合物或天然沥青改性沥青混凝土、环氧沥青混凝土、浇注式沥青混凝土、SMA等。公路等级路面等级面层类型设计年限高速公路、一级公路高级路面沥青混凝土沥青玛蹄脂碎石15二级公路高级路面沥青混凝土12次高级路面热拌沥青碎石混合料、沥青贯入式10三级公路次高级路面乳化沥青碎石混合料沥

27、青表面处治8四级公路中级路面水结碎石、泥结碎石、级配碎（砾）石、半整齐石块路面5低级路面粒料改善土5路面类型的选择 二、 沥青路面材料的力学特性 主要研究： 材料的强度特性 应力-应变关系 变形累计特性 重复荷载作用下的疲劳特性 研究路面材料力学特性的目的：正确判别路面各种病害的成因。（一）强度特性路面出现的强度破坏： 剪切类的破坏（路基的滑坍、沥青路面面层的推移、拥抱等） 过大的拉应力或弯拉应力造成的破坏。主要研究：抗压强度、抗剪强度、抗拉强度（包括弯拉强度） 1剪切强度 （高温状态下） =+tan 测定方法：直剪 三轴试验影响沥青路面材料抗剪强度的因素： 黏结力的因素（沥青品种、沥青膜厚度

28、、沥青与集料的粘附等） 集料组成性质 （矿料单颗粒的性质、级配的性质、密实等） 试验条件 （温度、加荷特性等） 沥青的粘温特性 松散集料特性2、抗拉强度（低温状态下）测定方法： 直接拉伸 间接拉伸（劈裂试验）劈裂试验较纯拉试验条件容易控制且试件制备简单 影响抗拉强度的因素沥青沥青的性质、沥青的含量、分散程度矿料细料的含量、混合料的均匀性等实验条件试验温度、受荷状态3、抗弯拉强度（低温状态下）测定方法： 梁式试验弯拉强度有时间接用劈裂强度评价影响抗弯拉强度的因素沥青沥青的性质、沥青的含量、分散程度矿料矿料的性质、混合料的均匀性等实验条件试验温度、受荷状态（二）沥青混合料应力-应变关系 沥青粘-弹

29、-塑性 沥青混合料粘-弹-塑性 不同结构类型的混合料 不同的温度条件荷载条件PP变形特性各有不同多数情况下应力-应变关系呈现出粘-弹-塑性综合的性质！ 分析目的不同时，应变可以取总应变或回弹应变等,即得到相应的变形模量或回弹模量等! a）静态加载 b）动态加载 c）重复加载蠕变试验应变中包含大量塑性应变，因而反映了沥青混合料抗塑性变形的能力用于分析沥青路面车辙问题的分析！ （三）沥青 路面材料的变形累积特性 （研究沥青路面高温下的永久变形）路面的永久变形是路基路面各结构层材料塑性变形的综合累积的结果。永久变形的大小相关于车辆荷载的大小、作用次数路基的变形特性路面各结构层材料的变形特性d=550

30、kPa3=200kPa沥青 路面材料的变形累积特性温度、荷载的大小、加荷时间、荷载作用次数、混合料的类型、侧向约束等等。加荷时间长或温度较高时（在道路交叉口、分道行驶的道路以及高速公路上坡段）累积塑性变形较大。影响变性累积的主要因素： 路面上的车辆荷载是典型的重复荷载，因此必须研究路面材料的疲劳特性。疲 劳：材料在重复荷载(应力)（低于一次破坏静载或极限应力）的反复作用下，材料强度降低并产生破坏的现象。疲劳强度：造成材料疲劳破坏的重复应力的大小。疲劳极限：当重复应力降低到某一数值时，其反复作用也不会造成疲劳破坏的应力值。疲劳寿命：重复应力作用下，达到疲劳破坏时所能承受的应力作用次数。（四） 路

31、面材料的疲劳特性 （研究疲劳极限和疲劳寿命）疲劳方程：重复应力的大小与达到破坏时的作用次数之间的关系 （疲劳强度与疲劳寿命的关系）1、疲劳试验方法及疲劳方程 室内疲劳试验方法： 简支小梁弯曲疲劳试验 圆柱体劈裂（间接拉伸）拉裂疲劳试验 两种研究方法： 控制应力式疲劳试验 控制应变式疲劳试验 室内对沥青混合料进行疲劳试验的研究可以通过： （1）简支小梁 进行弯曲疲劳试验 （2）圆柱体劈裂（间接拉伸） 进行拉裂疲劳试验 由于沥青混合料的劲度模量较低，反复加荷过程中，试件的应力状态和应变量在不断发生变化。所以，对于沥青混合料常采用以下两种方法进行疲劳试验研究：（1）控制应力式，（2）控制应变式。 控

32、制应变方式： 即重复施加荷载，但使得每次产生的应变量保持不变。由于重复加荷过程中材料的劲度是在不断下降的，所以，试验过程中要不断减小所施加的荷载或应力。这样的试验方式试件不会有明显的破裂，最终以重复作用应力或混合料的劲度降到初始值的某一程度（通常为加荷200次时对应的荷载或应力值的50%或40%）作为破坏的统一标准。 控制应力式： 试验过程中保持每次施加的荷载或应力值不变随着试件不断地受到损伤，材料劲度在不断下降，施加的应力大小尽管不变，而应变量的增长速度却随加荷次数在不断增大试件断裂或变形过大而破坏。 通过试验数据建立疲劳方程： 其中：Nf 疲劳寿命；r 、 r 疲劳应力、应变；A、C、b、

33、d 同沥青混合料组成和试验条件有关 的系数。 研究材料疲劳特性的目的： 了解影响材料疲劳特性的因素，以便改进材料的组成，提高其使用寿命； 寻找材料的疲劳强度同反复应力作用次数之间的定量关系（疲劳方程），预估材料的使用寿命。2、影响沥青混合料疲劳性能的因素分析 重复应力的每次作用，材料的劲度都在发生变化。所以，任何影响混合料劲度的因素同样影响材料的疲劳性能：（1）材料的组成及内部构造 沥青含量、沥青针入度、集料的形状和粗糙度、 集料的级配、空隙率等 （2）荷载（荷载大小、加荷速率、加荷时间）（3）环境（温度）三、沥青混合料材料组成 1、沥青材料沥青路面采用的沥青材料有：(1)道路石油沥青（A)(

34、2)软煤沥青(T)：煤沥青是由煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的沥青。煤沥青与石油沥青相比，在技术性质上有下列差异：温度稳定性较低，与矿质集料的粘附性较好，气候稳定性较差，以及含对人体有害成分较多、臭味较重。（3）液体石油沥青：用汽油、煤油、柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品，也称轻制沥青或稀释沥青。 AL（R）：快凝液体石油沥青 AL（M）：中凝液体石油沥青 AL（S）：慢凝液体石油沥青三、沥青混合料材料组成 1、沥青材料沥青路面采用的沥青材料有：（4）乳化沥青：石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下经乳化加工制得的均匀的沥青产品，也称沥青乳液。 PC：喷洒型阳离子乳化沥青 BC：拌和

35、型阳离子乳化沥青 PA：喷洒型阴离子乳化沥青 BA：拌和型阴离子乳化沥青（5）改性沥青： 掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其他材料等外掺剂（改性剂），使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。（6）改性乳化沥青： 在制作乳化沥青的过程中同时加入聚合物胶乳，或将聚合物胶乳与乳化沥青成品混合，或对聚合物改性沥青进行乳化加工得到的乳化沥青产品。 （1）道路石油沥青 道路石油沥青的适用范围 沥青路面所使用的沥青品种和等级应符合下表规定，沥青路面采用的沥青标号，宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的层位、施工方法等，结合当地使用经验，经技术论证后确定

36、。沥青等级适用范围A级沥青各个等级的公路，适用于任何场合和层次B级沥青高速公路、一级公路沥青下面层及以下的层次，二级及二级以下公路的各个层次；用作改性沥青、乳化沥青、改性乳化沥青、稀释沥青的基质沥青。C级沥青三级及三级以下公路的各个层次（1）道路石油沥青 道路石油沥青的适用范围 对高速公路、一级公路，夏季温度高、高温持续时间长、重载交通、山区及丘陵区上坡路段、服务区、停车场等行车速度慢的路段，尤其是汽车荷载剪应力大的层次，宜采用稠度大、60粘度大的沥青，也可提高高温气候分区的温度水平选用沥青等级； 对冬季寒冷的地区或交通量小的公路、旅游公路宜选用稠度小、低温延度大的沥青； 对温度日温差、年温差

37、大的地区宜注意选用针入度指数大的沥青。 （1）道路石油沥青 道路石油沥青的适用范围 当高温要求与低温要求发生矛盾时应优先考虑满足高温性能的要求。 当缺乏所需标号的沥青时，可采用不同标号掺配的调和沥青，其掺配比例由试验决定。 沥青必须按品种、标号分开存放。除长期不使用的沥青可放在自然温度下存储外，沥青在储罐中的贮存温度不宜低于130 ，并不得高于170 ，桶装沥青应直立存放，加盖苫布。 道路石油沥青在贮运，使用及存放过程中应有良好的防水措施，避免雨水或加热管道蒸汽进入沥青中。（2）乳化沥青 乳化沥青的适用范围 乳化沥青适用于沥青表面处治路面、沥青贯入式路面、冷拌沥青混合料路面，修补裂缝，喷洒透层

38、、粘层与封层。其品种和适用范围见下表分类品种及代号适用范围阳离子乳化沥青PC-1表处、贯入式路面及下封层用PC-2透层油及基层养生用PC-3粘层油用BC-1稀浆封层或冷拌沥青混合料用阴离子乳化沥青PA-1表处、贯入式路面及下封层用PA-2透层油及基层养生用PA-3粘层油用BA-4稀浆封层或冷拌沥青混合料用非离子乳化沥青PN-2透层油用BN-1与水泥稳定集料同时使用（基层路拌或再生）（2）乳化沥青 乳化沥青的适用范围 乳化沥青的质量应符合规范规定，在高温条件下宜采用粘度较大的乳化沥青，寒冷条件下宜使用粘度较小的乳化沥青。乳化沥青类型根据集料品种及使用条件选择。阳离子乳化沥青可适用于各种集料品种，

39、阴离子乳化沥青适用于碱性石料。制备乳化沥青的基质沥青，对高速公路和一级公里宜符合道路石油沥青A、B级沥青要求，其他情况可采用C级沥青。乳化沥青宜存放在立式罐中，并保持适当搅拌。贮存期以不离析、不冻结、不破乳为度。（3）液体石油沥青 液体石油沥青适用于透层、粘层及拌制冷拌沥青混合料。根据使用目的与场所，可选用快凝、中凝、慢凝的液体石油沥青。液体石油沥青宜采用针入度较大的石油沥青，使用前按先加热沥青后加稀释剂的顺序，掺配煤油或轻柴油，经适当搅拌、稀释制成，掺配比例由试验确定。液体石油沥青在制作、贮存、使用全过程中必须通风良好，并有专人负责，确保安全。基质沥青加热温度严禁超多140 ，液体沥青的贮存

40、温度不得高于50 。（4）煤沥青 道路用煤沥青标号根据气候条件、施工温度、使用目的选用，质量符合规范规定。道路用煤沥青适用于下列情况： 各种等级公路的各种基层上的透层，宜采用T-1或T-2级，其他等级不合喷洒要求时可适当稀释使用； 三级及以下公路铺筑表面处治或贯入式沥青路面，宜采用T-5、T-6或T-7级； 与道路石油沥青、乳化沥青混合使用，以改善渗透性。道路用煤沥青严禁用于热拌热铺的沥青混合料，作其他用途时的贮存温度为70 -90 ，且不得长时间贮存。三、沥青混合料材料组成2、矿质材料 沥青路面所用的矿料包括粗集料（碎石和砾石）、细集料（石屑和砂）及矿粉等。(1）粗集料 沥青层用粗集料包括碎

41、石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣、矿渣等，但高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和矿渣。粗集料必须由具有生产许可证的采石场生产或施工单位自行加工。 粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙，质量应符合规范的规定。当单一规格集料的质量指标达不到表中要求，而按照集料配比计算的质量指标符合要求时，工程上允许使用。对受热易变质的集料，宜采用经拌和机烘干后的集料进行检验。 三、沥青混合料材料组成(1）粗集料 采石场在生产过程中必须彻底清除覆盖层及泥土夹层。生产碎石用的原石不得含有土块、杂物，集料成品不得堆放在泥土地上。 高速公路、一级公路沥青路面的表面层(或磨耗层)的粗集料的磨光值应符合规范的要求。除SMA、OGFC路

42、面外，允许在硬质粗集料中掺加部分较小粒径的磨光值达不到要求的粗集料，其最大掺加比例由磨光值试验确定。 粗集料与沥青的粘附性应符合规范要求，当使用不符要求的粗集料时，宜掺加消石灰、水泥或用饱和石灰水处理后使用，必要时可同时在沥青中掺加耐热、耐水、长期性能好的抗剥落剂，也可采用改性沥青的措施，使沥青混合料的水稳定性检验达到要求。掺加外加剂的剂量由沥青混合料的水稳定性检验确定。三、沥青混合料材料组成(1）粗集料 破碎砾石应采用粒径大于50mm、含泥量不大于1的砾石轧制，破碎砾石的破碎面应符合规范要求。 筛选砾石仅适用于三级及三级以下公路的沥青表面处治路面。 经过破碎且存放期超过6个月以上的钢渣可作为粗集料使用。除吸水率允许适当放宽外，各项质量指标应符合规范要求。钢渣在使用前应进行活性检验，要求钢渣中的游离氧化钙含量不大于3，浸水膨胀率不大于2。 粗集料按粒径大小，分为S1-S14，共14种。三、沥青混合料材料组成(2）细集料 沥青路面的细集料包括天然砂、