《道路工程》讲义四

路面工程概述中南大学土木工程学院道路工程系主要内容第一节概述第二节沥青路面材料组成和基本性能

由于行车荷载、自然因素等对路面的影响随深度的增加而逐渐减弱，路面的强度、抗变形能力和稳定性也应随深度而逐渐降低要求，因此，路面的结构应分层铺筑、分为若干层次结构，并按各结构层次的特定状况进行相应的材料要求。◆1、路面结构组成第一节概述

路面结构按照使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不同分成若干层次，通常按照各个层位功能的不同划分为面层、基层和路基三个层次，基层中包括底基层在内。

面层：

直接同行车荷载、大气接触，承受较大的行车荷载作用（包括冲击），同时受到降水、气温等的影响。与其它层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应耐磨、不透水、抗滑、平整（另外还应能适应基层开裂对其影响或旧路面病害的反映）。材料的使用应能适应此功能要求。第一节概述◆2、路面的结构层次与材料要求

基层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层及土基，是路面结构的主要承重层（对于沥青路面）或重要功能层（对于水泥砼路面），因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能被面层渗入雨水浸湿或地下水影响，也可受温度影响变形，因此仍应具有足够的水温稳定性；同时，为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。

垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态；同时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形，并可阻止路基土挤入基层。一般垫层修于特定状况道路工程结构中，如防砂土基础挤入基层、软土地基扩散应力、冻土保温隔温等。◆2、路面的结构层次与材料要求第一节概述

面层：

用水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石、泥灰结石、块料等材料。

基层（包括底基层）：

材料主要有各种结合料稳定土或稳定碎石、贫水泥砼、天然砂砾、碎石/块石/片石/砾石、工业废渣结合混合料等。当用不同材料修筑基层时，最下层的统一材料层称为底基层，它可就近使用当地的材料或土。

路基及垫层：

材料主要有松散粒料类透水层或稳定土等稳定隔离层。第一节概述◆2、路面的结构层次与材料要求路面等级面层材料类型适用的技术等级高级沥青混凝土，水泥混凝土高速、一级、二级、三级、四级次高级沥青贯入式，沥青碎石，沥青表面处治，整齐石块或条石二级、三级、四级中级碎、砾石（泥结或级配），半整齐块石，其它粒料

三级、四级低级粒料加固土，其它当地材料加固或改善土，不整齐石块四级第一节概述◆3、路面等级与分类

路面类型可从不同角度来进行划分，一般常按照面层所用的材料来进行区分，如水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等等。但在工程设计中，则主要从路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发，将路面划分为柔性路面、刚性路面和半刚性路面三类。◆3、路面的分类第一节概述

柔性路面总体结构刚度较小，荷载作用下的弯沉变形较大，抗弯拉强度较低，传递给土基的单位压力也较大，它主要包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎（砾）石面层或块石面层组成的路面结构。

刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构，其强度高、弹性模量高、处于板体工作状态，传递给基础的单位压力小。

半刚性路面通过改善沥青混凝土性能使其呈半刚性特性，其刚度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。第一节概述◆3、路面的分类4、沥青路面(AsphaltPavement)柔性基层沥青路面(Asphaltpavementwithflexiblebase)半刚性基层沥青路面(Asphaltpavementwithsemi-rigidbase)刚性基层沥青路面(Asphaltpavementwithrigidbase)全厚式沥青路面(FullDepthasphaltpavement)第一节概述5、水泥混凝凝土路面面（水泥泥路面））普通混凝凝土（JPCP）钢筋混凝凝土（JRCP）连续配筋筋混凝土土（CRCP）钢纤维混混凝土(SFCP)预应力混混凝土、、装配式式混凝土土、碾压压混凝土土第一节概概述第一节概述6、行车荷荷载及其其对路面面的影响响汽车荷载载既是路路基路面面的服务务对象，，又是造造成路基基路面结结构损伤伤的主要要原因；；它是不不断移移动着着的、、具有有振动动和冲冲击影影响的的动荷载载；汽车荷荷载的的特性性包括括汽车轮轮重与与轴重重的大大小与与特性性、车轴的的布置置、汽车轴轴载的的时间间分布布特性性、以及汽汽车静静态与与动态态荷载载的特特性比比较等不同同方面面。第一节概述轮压与压压圆：：轮胎对对路面面的静静态压压力大大小与与胎内内压相相接近近，压压面近近似为为圆形。轮压的的影响响因素素（1）汽车车轮胎胎的压压力（2）轮载载大小小（3）轮胎胎的刚刚度、、轮胎胎与路路面的的接触触形态态接触压压力受受接触触面的的形态态和轮轮胎花花纹的的影响响，一一般情情况下下接触触面上上的压压力分分布是是不均均匀的的。6、行车车荷载载及其其对路路面的的影响响运动车车辆对对路面面的作作用力力道路上上行驶驶的汽汽车除除给路路面施施加垂直静静压力力外，还还施加加水平力力和振动力力，对路路面固固定点点而言言，这这种影影响又又具有有瞬时性性和重重复性性。车轮作作用于于路面面的垂垂直压压力与与水平平压力力a)停驻；；b)启动、、一般般行驶驶、加加速；；c)减速、、制动动；d)转向PPPPVQQa)b)c)d)第一节概述1）水平平力：：行车安安全要要求qmax≤p⋅，其中中为为路路表与与车轮轮的附附着系系数，，它同同路面面类型型与湿湿度（（路面面状态态）以以及行行车速速度有有关。。路表表层水水平力力过大大易导导致推推挤、、拥包包、波波浪及及车辙辙等病病害。2）振动动力：：振动轮轮载最最大峰峰值与与静载载之比比称为为冲击击系数数，设设计路路面时时，应应以静静轮载载乘以以冲击击系数数作为为设计计荷载载。3）瞬时时作用用及重重复：：路面点点的车车轮作作用时时间约约为0.01~0.10s，结构构变形形来不不及呈呈现，，瞬时时作用用利于于结构构，但但多次次重复复作用用又易易使其其疲劳劳。第一节概述什么是是沥青青混合合料？？沥青混混合料料是由由矿质混混合料料(包括粗粗集料料、细细集料料和矿矿物填填料等等）与与沥青结结合料料拌和而而成的的混合合物，，也可可以称称为沥青混混凝土土。将这种种混合合料加加以摊摊铺、、碾压压成型型，即即成为为各种种类型型的沥沥青混混凝土土路面面。在在这种种结构构中，，粗骨料料起骨架作用，，沥青与填料起胶结和填充的作用用。第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质沥青混混合料料的主主要组组成材材料：：1.沥青有机结结合料料（胶结结作用用）2.粗集料料砾石、、卵石石等（骨架架支撑撑作用用）3.细集料料天然砂砂、人人造砂砂、石石屑等等（填充充，增增加粗粗集料料接触触点））4.填料矿物填填料，，水泥泥，细细粉等等（填充充密实实、增增强沥沥青的的粘结结作用用）主要组组成材材料沥青混混合料料与水泥混混凝土土的工程程性质质和制制备工工艺截截然不不同，，但是是在组组成材材料上上却有有相似似之处处。所所以在在学习习沥青青混合合料的的过程程中可可以与与水泥泥混凝凝土进进行对对比。。第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质沥青材材料是是由高高分子子碳氢氢化合合物及及其衍衍生物物组成成的、、黑色色或深深褐色色的固体、、半固固体或或粘稠稠状物物、不溶溶于水水而几几乎全全溶于于二硫硫化碳碳的非晶态态有机机材料料（有有机胶胶凝材材料））。沥青无机胶凝材料是？第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质沥青有有什么么特点点?热塑性性材料料，加热就就软化化；憎水性性材料料，耐耐水、、不溶溶于水水；不导电电；良好的的粘结结性和和粘弹弹性；；60C25C1hour1hour10hours第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质沥青有有哪些些种类类?地沥青沥青分类：*石油沥青：地壳中的原油，经开采加工得到的沥青。可以从生产工艺中考虑。天然沥青：当地下原油通过岩石裂缝渗透到地表后并长期暴露在大气中时，其中所含轻质部分蒸发，而残留物经氧化后成为天然沥青，一般存在于岩石裂缝中（岩沥青）、地面上或形成湖泊（湖沥青、海底沥青）。焦油沥青：是煤、木材、页岩等有机物经干馏加工而得到的焦油再加工所得的产物。第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质石油沥沥青Petroleumasphalt认识石石油沥沥青第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质石油沥沥青生生产工工艺：：原油在在提取取了汽汽油、、煤油油、柴柴油和和润滑滑油等等石油油产品品后，，其残渣再经氧氧化装装置、、溶剂剂脱沥沥青装装置或或深拔拔装置置等处理，即可可制成成石油油沥青青。石油沥青是怎么生产出来的？汽油煤油轻质柴油柴油机油沥青第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质化学成成分：：83%碳；10%氢；7%氧,氮和和硫；；微量的的钒、、镍、、铝和和硅。。石油沥沥青含含哪些些化学学成分分？第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质沥青是沥青青混合合料中中最重重要的的材料料，其其性能能直接接影响响沥青青混合合料的的各项项技术术性质（（今后专专门学学习）；沥青路路面在在选择择沥青青标号号时，，必须须考虑虑环境境对沥沥青混混合料料的作作用：公路等等级荷载等等级&重要性性气候条条件温度交通条条件交通量量路面类类型路面结结构和和设计计的需需求沥青的的选择择第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质粒径大大于2.36mm的集料料为粗粗集料料，起骨架作作用。高速速公路路和一一级公公路宜宜选用用坚硬硬、耐耐磨性性好的的碎石石和破破碎砾砾石。。粗集料料应该该洁净净、干干燥、、表面面粗糙糙，符符合一一定的的级配配要求求，具具有足足够的的力学学性能能，与与沥青青有较较好的的粘附附性等等。粗集料料第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质粗集料料对强强度的的影响响第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质粒径小小于2.36mm的集料料为细细集料：增增加密密实度度和耐耐久性性沥青路路面的的细集集料包包括天天然砂砂、机机制砂砂、石石屑。。细集集料应应洁净净、干干燥、、无风风化、、无杂杂质，，并有有适当当的颗颗粒级级配；细集料料也要要富有有棱角角，应应尽可可能采采用机机制砂砂。天天然砂砂的棱棱角已已被磨磨去，，如果果用量量过多多，会会引起起混合合料稳稳定性性明显显下降降。细集料料天然砂砂机制砂砂第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质在沥青青混合合料中中起填充作用的的粒径小小于0.075mm的矿质质粉末末称为填填料；；通常常采用用矿粉粉。沥青混混合料料的矿矿粉必必须采采用石石灰岩岩或岩岩浆岩岩中的的强基基性岩岩石等等憎水性性石料经经磨细细得到到的矿矿粉（（碱性)，原石石料中中的泥泥土杂杂质应应除净净。填料料第二节节沥沥青路路面材材料组组成及及性质质按结合料料分类石油沥青青混合料煤沥青青混合料料按生产产工艺艺分类类：热拌沥青混混合料料温拌沥青混混合料料冷拌沥青混混合料料再生沥青混混合料料按矿料料级配配组成成及空空隙率率大小小分类类密级配配沥青混混合料料（设设计空空隙率率为3-5%）半开级级配沥青混混合料料（设设计空空隙率率为6-12%）开级配沥青混合料料（设计空空隙率大于于18%）沥青混合料料的种类按照公称最最大粒径分分类特粗式＞31.5mm粗粒式≥26.5mm中粗式16mm或19mm细粒式9.5mm或13.2mm砂粒式＜9.5mm第二节沥沥青路面材材料组成及及性质沥青混合料料的抗剪强强度的决定定因素：内因：内摩摩擦角和粘粘聚力，其其值越大，，抗剪强度度越大；外因：决定定于温度等等环境因素素。(1)影响沥青混混合料内摩摩擦角的因因素矿质集料：：矿料尺寸较较大、颗料料均匀、有有棱角、表表面粗糙时时，所组成成的混合料料具有较大大嵌挤力与与内摩阻力力。沥青含量：：含量越少，，则矿料表表面形成的的沥青膜越越薄，内摩摩擦角越大大。沥青混合料料的抗剪强度度沥青混合料料的抗剪强度度(2)影响沥青混混合料粘聚聚力的因素素沥青材料的的粘结性沥青的粘度度越大，混合料的粘粘滞阻力也也越大，抵抵抗剪切变