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1、第十三章 沥青路面 13-1 概述一、沥青路面及结构组合形式1、沥青路面：由沥青作为结合料，粘结矿料修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构。2、沥青路面结构组合 松散粒料做基层（面层薄时易疲劳破坏，可有效控制松散料下半刚性层反射裂缝）无机结合料稳定材料做基层（易出现基层及面层收缩裂缝，及基层裂缝反射裂缝）沥青类材料做基层（耐久性好，对裂缝防治效果好）水泥砼板做基层（新建水泥路面+沥青面层，易出现反射裂缝，旧路面则旧板的病害很容易反映到面层）,根据不同基层材料结构沥青路面可组合成三种典型路面结构类型。1）半刚性基层沥青路面半刚性基层或底基层沥青路面结构。2）柔性路面各结构层由沥青混合料，或沥青
2、贯入碎石、或冷拌沥青混合料、级配碎石、砂砾等柔性材料组成的结构。3）复合式路面采用贫混凝土、混凝土等刚性基层的沥青路面结构。,路面各结构层的功能,二、沥青路面的工程特点优良的力学性能变形性能与强度；良好的抗滑性雨天行驶安全性；施工方便强度形成速度快和便于维修；经济耐久使用寿命；有利于分期修建；,三、沥青路面的优缺点（与普通水泥路面相比）（1）表面平整无接缝、行车较舒适；（2）结构较柔，振动小，行车稳定性好；（3）路面视觉效果好；（4）施工期短、施工成型快，能够迅速交付使用（在机场跑道、高速公路上尤其需要）；（5）易于维修，可再利用；（6）强度和稳定性受基层、土基影响较大；（7）沥青混合料力学性
3、能受温度影响大；（8）沥青会老化，沥青结构层易出现老化破坏。,1）裂缝,四、沥青路面损坏类型及成因,横向裂缝：荷载型和非荷载型两类，非荷载型又分为沥青面层缩裂和基层反射裂缝。荷载型因拉应力超过材料疲劳极限引起，从下向上发展；非荷载型沥青面层缩裂因冬季沥青材料收缩产生的应力大于材料强度引起，反射裂缝因基层收缩开裂向面层延伸引起。纵向裂缝：路面分幅摊铺时，接缝未处理好；路基原因等引起失稳。网裂：上述裂缝未及时处理，水渗入所致；结构强度不足；沥青老化等。,纵向裂缝 longitudinal cracking,纵向裂缝图,纵向裂缝龟裂,横向裂缝Transverse cracking,横向裂缝,块裂及网
4、裂Net Cracking,龟裂,2）车辙 rut,定义：路面结构及路基在行车荷载作用下的补充压实，或结构层及路基中材料的侧向位移产生的累积永久变形。车辙还包括轮胎磨耗引起材料缺省。车辙是高级沥青路面主要破坏型式，对于半刚性基层沥青路面，车辙主要发生在中上面层或沥青表层。原因：1）沥青混合料高温稳定性不足，塑性变形累积；2）路面结构及路基材料变形累积；3）车辆渠化交通轮胎磨耗磨耗型车辙。,危害：当车辙达到一定深度后，辙槽积水，影响行车安全，易导致交通事故；辙槽位置处会出现微裂缝，随着辙槽发展裂缝会越来越大，并向下发展。,车辙图片,车辙图片,3）松散剥落定义：沥青从矿料表面脱落，在荷载作用下面层
5、呈现松散现象。沥青层出现松散剥落将会继而出现坑槽破坏。原因：1）沥青与矿料黏附性差（沥青粘性差、集料粘附等级低、集料潮湿、沥青老化后性能下降、冻融等）；2）水的作用；3）沥青在施工中过度加热老化。,松散剥落图片,4）表面抗滑不足定义：沥青路面在使用过程中，表面集料被逐渐磨光，或者出现沥青层泛油，使沥青层表现出光滑。原因：1）集料软弱，宏观纹理和微观构造小；2）粗集料抵抗磨光的能力差；3）级配不当，粗料少、细料多；4）用油量偏大，或出现水损害；5）沥青稠度太低；6）车轮磨耗太严重。,表面抗滑不足及泛油图片,5）其它病害包括泛油、坑洞、波浪、拥包、啃边等。,五、沥青路面的基本要求1、高温稳定性：保
6、证沥青路面高温季节在行车荷载反复作用下不致产生诸如波浪、推移、车辙、泛油、粘轮等病害，确保高温期有足够强度与刚度。2、低温抗裂性：低温时沥青路面变形能力差。所以要求沥青路面在低温时劲度模量低，抗变性能力好。3、耐久性：抵抗温度、阳光、空气和水的作用。4、抗滑性能：保证道路行车安全。5、防渗能力：会影响沥青与集料的粘附性，影响基层甚至土基强度与稳定性，渗透性与空隙率有关。,六、沥青路面使用性能的气候分区分区目的：全国各地区气候条件差异很大，对沥青提出的要求也不尽相同，为保证沥青路面对气候的适应性，提出了沥青及沥青路面的气候分区。分区方法：根据高温-低温-雨量三个主要因素30年气象统计资料来划分。
7、即：（1）沥青路面分区：高、低温指标及降雨指标。（2）沥青及沥青混合料分区：高、低温及降雨指标。,高温指标：最近30年设计周期的最热月平均日最高温度平均值。,低温指标：最近30年的极端最低气温的最小值,分区指标：,降雨指标：最近30年平均降雨量平均值,沥青路面气候分区（P308-309）,七、沥青路面的分类（一）按强度构成原理1、密实类：矿料按照最大密度原则设计（即矿料即有粗集料，也有细集料），其强度和稳定性取决于混合料粘聚力和内摩阻力。2、嵌挤类：采用颗粒尺寸较为均一矿料；强度和稳定性主要依靠内摩阻力，粘聚力次要；热稳定性好，不宜出现车辙；孔隙率较大，易渗水，耐久性差。,（二）按施工工艺1、
8、层铺法：、定义：用分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑。、特点：优点：工艺和设备简便、功效较高、施工进度快、造价较低；缺点：路面成型期较长。、路面类型：沥青表面处治和沥青贯入式。2、路拌法：、定义：是在路上用机械将矿料和沥青材料就地拌和摊铺碾压密实而成型的沥青面层。、路面类型：沥青碎石；沥青土3、厂拌法：、定义：将规定级配矿料和沥青材料在工厂用专用设备加热拌和，然后到工地摊铺碾压而成的沥青路面。,、路面类型：厂拌沥青碎石（没有矿粉）和沥青混凝土。、按铺筑温度分类：按铺筑温度不同分为热拌热铺和热拌冷铺。、特点：优点：采用的是较粘稠的沥青材料，矿料精选，混合料质量高，使用寿命长。缺点：修建费
9、用较高。（三）按沥青路面技术特性1、沥青表面处治路面、定义：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。、厚度：1.0-3.0cm。、施工方法：层铺法施工，可分为单层、双层、三层。,、用途：适用于三级、四级公路面层、旧沥青面层上加铺罩面或抗滑层、磨耗层等。2、沥青贯入式路面、定义：用沥青贯入碎(砾)石作面层的路面。、厚度：4-8cm。、用途：二级及二级以下公路沥青面层。3、沥青碎石路面：用沥青碎石做路面道路；沥青碎石也可用作联结层。4、沥青混凝土路面：单层或双层或三层沥青混合料组成；作高等级公路面层。5、乳化沥青碎石：三级、四级公路的沥青面层、二级公路养护罩面以及各级公路
10、的调平层。,6、沥青玛蹄脂碎石路面（SMA）、定义：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。、特点：抗滑耐磨、孔隙率小、抗疲劳、高温抗车辙、低温抗开裂的优点；缺点是造价高。、用途：高速公路、一级公路和其他重要公路表面层。,八、沥青路面类型选择 一方面要根据任务要求（道路等级、交通量、使用年限、修建费用、环境状况）和工程特点（施工季节、施工期限、路基及基层状况）；另一方面应考虑材料供应情况、施工机具、劳力和施工技术条件等因素。,13-2 沥青路面材料的结构与力学特性一、三项体系
11、与压实功能1、沥青混合料的体积参数关系,2、沥青混合料的压实性能1）沥青混合料压实度及其控制：沥青混合料压实度直接决定着其成型后的强度，在一定范围之内（没有出现过压时），压实度越大越好。2）压实度表征的三种方式与实际控制方法：（1）理论密度的压实度；（2）马歇尔密度的压实度；（3）试验段密度的压实度。区别：分母不一样，分别是：真密度、马歇尔试件密度和试验段取芯试件密度。,3）沥青混合料压实影响因素：压实温度、压实速度、压实应力（功）、沥青用量等。,沥青混合料压实可行性区域,二、沥青混合料力学特性（一）沥青混合料结构形态1、密实悬浮结构（1）级配：采用连续型密级配。含有大量细集料，而粗颗粒数量较
12、少，且相互之间没有接触，不能形成骨架，粗颗粒犹如“悬浮”在细颗粒中。（2）特点：粘结力高，内摩阻力小。这种混合料修筑路面，稳定性差。,2、骨架空隙结构（1）级配：采用间断开级配。粗集料较多，而细集料少，因此，混合料虽然能形成骨架，但残余空隙很大。（2）特点：内摩阻力较大，粘结力较小。稳定性好，但易透水，耐久性差。3、密实骨架结构（1）级配：是综合以上两种类型组成结构。混合料即有一定数量粗集料形成骨架，又根据残余空隙多少加入细料，从而形成较高密实度。（2）特点：具有较高粘聚力和内摩擦力。强度来源两个方面，沥青胶浆提供粘结力，集料产生摩擦力。,（二）沥青混合料力学参数试验1）三轴试验（摩尔库仑理论
13、）,如何求沥青混合料的粘结力C和内摩擦角？,建立极限平衡条件,采用圆柱形试件，试件直径应大于矿料最大粒径的4倍，试件高与直径比大于2；矿料最大粒径小于25mm时，试件直径10cm，高20cm；将一组试件分别在不同侧压力下以一定加载速度施加垂直压力到试件破坏，此时该垂直压力为最大主应力，侧压力为最小主应力。,三轴压缩试验原理,3）直剪试验确定：通过测定不同正压力下的抗剪强度确定,2）简单拉压试验确定：通过简单抗拉强度试验和间接抗拉试验确定,三、沥青混合料的粘弹性性质与力学模型1、粘弹性材料的基本性质:（1）应力-应变曲线性及其不可逆性；（2）对加载速度和试验温度的依赖性；（3）具有十分明显的蠕变
14、和应力松弛特性；（4）服从线性叠加原理和复数模量原理。常温下的应力应变曲线如下图所示。2、蠕变与松弛特性（1）蠕变：当应力为一恒定值，应变随时间逐渐增加的现象，如下图所示。（2）应力松弛：当应变为一恒定值，应力随时间而衰减的过程，如下图所示。,常温下的应力应变曲线,应力蠕变与应力恢复图,应力松弛与应力消除图,四、沥青与沥青混合料的劲度模量 沥青与沥青混合料兼有虎克弹性与牛顿粘性的双重性质、力学性质均应作为温度与时间函数。1、沥青劲度模量,劲度模量是一定时间和温度下，应力与总应变的比值。总应变包括弹性应变、延迟弹性应变与残余应变。在施加荷载的瞬间，产生弹性应变，随时间增长，延迟弹性变形与粘塑性变
15、形增大，变形速率逐渐趋于稳定。卸载后，弹性变形瞬间恢复，延迟弹性变形逐渐恢复。沥青劲度是温度与时间函数。当温度降低，荷载作用下，劲度模量趋于弹性模量；长期荷载作用时，劲度随时间急剧下降。随着温度上升，沥青稠度降低，劲度模量随之减小。2、沥青混合料的劲度模量：研究表明，沥青中随着集料掺入，沥青混合料劲度模量不断增大。,五、沥青混合料的强度 强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大荷载（或应力）。构成公路路面各结构层的材料，一般都具有较高的抗压强度，而抗拉或抗剪强度较弱（这在颗粒材料中或结合料粘结力较低的结构中尤为突出）。控制路面材料极限破坏状态的往往不是抗压强度，可能出现的强度破坏通常
16、为：（1）因剪切应力过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑移或相对变位；（2）因拉应力或弯拉应力过大而引起的断裂。,1）抗剪强度影响沥青混合料抗剪强度的因素：矿料特性酸碱性：决定了石料与沥青的粘附性，由差到好：花岗岩、片麻岩、玄武岩、安山岩、砂岩、石英岩、石灰岩的粘结力由小到大。比表面积：能与沥青相互作用面积越大则粘结力越大。颗粒越小，比表面积越大，所以决定于混合料的矿粉含量。级配、颗粒形状：决定内摩阻力大小。沥青特性用油量：决定沥青膜厚度及自由沥青含量，存在最佳含量。粘滞度：越大，粘结力也越大。,2）抗拉强度：在气候寒冷地区，冬季气温下降，特别是急骤降温时，沥青混合料发生收缩，如果收缩受阻，
17、就会产生拉应力；车辆紧急制动后轮下混合料表面出现拉应力；沥青混合料底面由于车辆荷载、基层裂缝导致的拉应力。当拉应力超过沥青混合料抗拉强度时，路面就会产生抗拉不足开裂。抗拉强度主要由混合料中结合料粘结力提供，其大小可采用直接拉伸或间接拉伸试验确定。劈裂试验传递荷载的两端垫条，对试件中的应力分布和极限强度有显著影响，通常垫条宽为12.7mm，大试件为19mm。,直接拉伸,间接拉伸试验,3）影响沥青混合料抗拉强度因素沥青混合料的抗拉强度同沥青的性质、沥青含量、矿质混合料级配、测试时的温度、加载速度等因素有关。试验表明：1）沥青的粘滞度大，或沥青含量较大，沥青混合料具有较高的抗拉强度；2）密级配混合料
18、抗拉强度较开级配混合料高；3）随施荷速率增大而增加，随温度增加而下降；,4）抗弯拉强度试验方法小梁弯曲试验：梁式试件的高和宽应不小于矿料最大粒径的四倍，梁的跨径为高的三倍。最大粒径达3.5cm的粗粒式沥青混合料、稳定类材料和水泥混凝土的试验：150150550mm的大梁，跨径为450mm；最大粒径为2.5cm的稳定类材料或者中、细粒式沥青混合料：100100400mm的中梁，跨径为300mm；石灰(或水泥)稳定土或者砂质沥青混合料：5050240mm的小梁，跨径为150mm；,影响沥青混合料抗弯拉强度的因素：沥青的性质、沥青用量、矿料性质、混合料均匀性、荷载重复次数、加载速度、温度状况等。,4
19、）抗弯拉强度：沥青及沥青混合料试验规程JTJ053-2000标准弯曲实验试件为250mm30mm35mm棱柱体小梁，跨径2000.5mm。试验温度采用150.5，评价低温拉伸性能时，宜采用-100.5。,弯曲实验,有切口的弯曲实验,1、沥青路面的高温稳定性,高温稳定性不足有车辙、推移、拥包、搓板、泛油等病害,（1）车辙的类型,失稳性车辙结构性车辙磨耗性车辙,（2）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）影响车辙的主要因素,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永久变形主要
20、是由于路基变形传递到面层引起,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,13-3 沥青路面的稳定性与耐久性,（4）沥青混合料高温评价方法现场试验路试验：AASHTO试验路，WestTrack环道试验大型足尺试验：室内环道、室内直道、重复加载试验（ALF）、重车加载试验等；室内小型试验：单轴压缩试验测定高温抗压强度及软化系数；马歇尔试验：马歇尔稳定度、流值；,轮辙试验：模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的试验方法，室内代表性试验为车辙试验。车辙试验是在规定尺寸的板块状压实沥青混合料试件上，用固定荷载的橡胶轮反复行走后，测定其在变形稳定期每增加变形1mm的碾压次数
21、，即动稳定度，以次/mm表示。我国规范规定，一般情况下，试验温度为60，轮压为0.7MPa；计算动稳定度的时间原则上为试验开始后4560min之间；板试件尺寸为300mm，宽300mm，厚50mm。试验可以三大指标：任意时刻总变形即车辙深度；动稳定度DS；变形速率RD；,简单剪切试验：试件尺寸根据混合料最大粒径选定；试验温度为4，20，40。,（5）高温稳定性技术标准,1）沥青路面容许车辙深度,2）轮辙试验动稳定度标准,（6）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，一般不出现结构性车辙；面层集料一般采用玄武岩，因此磨耗性车辙也少见；所以一般为失稳性车辙，因此必须提
22、高沥青混合料高温稳定性，即提高粘结力和内摩阻力。i)集料：集料破碎面多，石质坚硬，具有良好的表面纹理和粗糙度；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)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。,2、沥青路面低温抗裂性 沥青路面低温时强度增大，但变形能力降低。急骤降温产生温度梯度，面层受到下部约束产生拉应力，降温也使得沥青混合料劲度增加，导致混合料拉应力大于抗拉强度而开裂。沥青路面存在两类低温开裂形式：（1）低温缩裂：降温时沥青混合料体积收缩，温度应力超过混合料极限抗拉强度，裂缝由上而下发展；（2）温度疲劳
23、裂缝：路面在低于极限抗拉强度温度应力反复作用下开裂，发生在温度频繁变化的地区；,1）低温开裂机理 把沥青混合料假设为一根弹性梁，由于降温而产生的累计应力为：累计温度应力与极限抗拉强度相等时温度，为开裂温度。,2）沥青混合料低温抗裂评价间接拉伸试验低温劈裂试验：试件（101.60.25mm、高63.5 1.3mm），0 或更低，加载速率1mm/min。直接拉伸试验：试件38.1mm38.1mm101.6mm，T可变，缓慢拉伸速率；,弯曲实验,约束试件应力试验仪TSRST试验：50mm50mm250mm试件，降温速率10/h，是SHRP推荐的评价沥青混合料低温抗裂性能方法。应力松弛试验：直接应力松
24、弛试验；弯曲应力松弛试验等。,3）沥青路面低温开裂的预防措施 影响因素：沥青的性质、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：1）使用稠度较低、温度敏感性低的沥青；2）使用含腊量低应力松弛性能好的改性沥青；3）掺加纤维；4）使用较细混合料类型，设置应力吸收层。,3、沥青路面水稳定性 水损害是沥青路面在水或冻融循环作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水份逐渐进入沥青与集料界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从集料表面剥离，沥青混合料松散导
25、致路面松散、剥落、坑槽病害。1）水稳定性作用机理粘附理论：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；,沥青与集料剥离示意图,2）沥青路面水稳定性评价方法煮沸试验：评价沥青与粗集料的粘附性；浸水马歇尔试验：两组马歇尔试件，一组在60恒温水槽中保养30min40min，另一组在60恒温水槽中保温48h，测马歇尔稳定度的比值。冻融劈裂试验：将马歇尔试件以标准的饱水试验方法真空饱水，放入塑料袋中加入约10ml水，扎紧袋口，将试件放入-18的冰箱保持16h，后撤去塑料袋，放入60恒温水槽中保持24h，再将试件浸入温度25恒温水槽中至少2h，测试劈裂强度比。（最低气
26、温低于-21.5寒冷地区）,浸水车辙试验：浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验的水稳定性标准,4、沥青路面抗疲劳性能：沥青路面的变形和破坏，不仅与荷载应力大小有关，而且同荷载作用次数有很大关系。1）沥青混合料疲劳力学模型现象学模型：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：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：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。,2）沥青混合料疲劳试验方法现场疲劳破坏试验：AASHTO、WESTTRACK
27、试验路；足尺结构模拟破坏试验：大型环道、直道试验；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、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；、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。,3）沥青混合料疲劳方程,英国诺丁汉大学疲劳方程,SHRP疲劳方程,4）沥青路面疲劳性能影响因素1）加载条件：加载大小、加载方式、加载速度、加载间隔、加载波形；2）材料性质：影响沥青混合料劲度的因素（沥青种类、沥青用量，集料级配类型、性质），混合料孔隙率、压实度等；3）环境
28、温度：,5、沥青路面的耐老化性能1）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）。2）沥青的老化过程：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。3）老化原因：胶质、芳香芬和饱和芬（挥发）含量减小，沥青质含量增加；空气的氧化作用，使沥青组分发生变化；沥青分子结构硬化。,4）老化试验及评价沥青：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：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：针对压实
29、成型试件，采取加压氧化法、延时烘箱法、红外/紫外线处理。,13-4 沥青路面的材料要求,一、沥青材料1、石油沥青：沥青路面一般采用道路石油沥青，或经过乳化、稀释、调和、改性等工艺处理石油沥青作为结合料。（1）我国石油沥青标号与等级：以针入度为指标分为7个标号，每一个标号的沥青分为3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1311。（2）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
30、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。2、乳化石油沥青（1）特点：可以在常温下施工（节约能源、保护环境、简化施工工艺）；流动性好；粘度小。（2）用途：主要用做透层、粘层、稀浆封层；改性乳化沥青适用于交通量较大或重要道路、桥面铺装的粘层，表面处治，冷拌沥青混合料，改性稀浆封层等。,3、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
31、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。二、粗集料1、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。2、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13-18；（2）磨光值满足表13-19的要求；（3）具有良好的粘附性，见表13-19。,三、细集料1、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
32、砂、机制砂及石屑。2、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。四、填料1、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，质量符合表13-23的要求。,13-5 沥青混合料组成设计,一、沥青混合料分类1、密级配沥青混凝土（AC），各级公路沥青面层。2、沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）：是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉以及少量细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配粗集料骨架间隙组成混合料。特点是：矿料是间断级配；粗集料占的比例大，
33、70以上，粗集料有良好的嵌挤作用；使用矿粉较多，812；沥青较多，5.76.5；还有纤维做稳定剂。适合于表面层、中面层与加铺磨耗层。3、AM：半开级配沥青碎石混合料。不宜做面层，主要用于调平层。,5、ATB：密级配沥青稳定碎石混合料，设计孔隙率36。也称为大粒径沥青碎石混合料，适用于基层。6、ATPB：排水式沥青稳定碎石混合料，设计孔隙率大于18。适用于排水基层。7、OGFC：排水式开级配磨耗层，设计孔隙率1824。适用于降雨量大于800mm的地区，可显著提高雨天行车安全性，也适用于减少噪音影响的路段。二、沥青混合料选用遵循的原则1、沥青面层与沥青碎石基层为多层结构时，层间应喷洒粘层油，以加强
34、层间联接。2、满足耐久、稳定、密实、安全等功能要求，且便于施工。3、上面层应具有良好表面功能、密水、耐久、抗车辙、抗裂、抗滑。,4、矿料选择当地经验：参考同类公路配合比设计借鉴成功经验，选用符合要求的材料，进行配合比设计。密级配沥青混合料级配范围见（表13-27，p356）；设计级配范围（通常情况不宜超出规范级配范围）；其他类型的混合料宜直接以表13-28表13-32，p356作为工程设计级配范围。,5、公称最大粒径与厚度的关系1）沥青面层集料最大粒径宜从上至下逐渐增大，并应与压实层厚度相匹配。2）对热拌热铺密级配沥青混合料，沥青层一层的压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.53倍，对SMA和
35、OGFC等嵌挤型混合料不宜小于公称最大粒径的22.5倍，以减少离析，便于压实。Super pave提出沥青层厚度宜为公称最大粒径的3倍。3）对SMA、OGFC等以嵌挤为主的沥青混合料，由于相对来说容易碾压，且不容易造成离析，此标准都作了放宽。4）澳大利亚规定沥青层厚度宜为公称最大粒径的2.5倍。对SMA，公称最大粒径为7、10、14mm的适宜层厚分别定为2030、2535、3550mm。,6、级配 1）对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算3组粗细不同的配比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.3mm0.6mm范围
36、内不出现“驼峰”。2）根据当地的实践经验选择适宜的沥青用量，分别制作几组级配的马歇尔试件，测定VMA，初选一组满足或接近设计要求的级配作为设计级配。,3）采用马歇尔试验配合比设计方法4）沥青混合料技术要求应符合表13-2713-32的规定，并有良好的施工性能。5）当采用其他方法设计沥青混合料时，应按本规范规定进行马歇尔试验及各项配合比设计检验，并报告不同设计方法各自的试验结果。6）长大坡度的路段按重载交通路段考虑。,三、沥青混合料的配合比设计 热拌沥青混合料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品种、矿料级配及沥青用量。沥青混合料
37、配合比设计采用马歇尔试验设计方法。（一）沥青混合料试验室配合比设计阶段：矿质混合料组成设计、沥青用量。1、矿质集料混合料组成设计：选配具有足够密实度并且具有较高内摩阻力集料混合料，根据级配理论，计算出需要矿质混合料的级配范围。,矿质混合料组成设计步骤：1）确定沥青混合料类型：道路等级、路面类型、所处结构层位，确定沥青混合料类型。2）确定矿料最大粒径：Dmax/h(厚度)0.53）矿质混合料级配范围按表13-27表13-32选择。4）矿质混合料配合比计算组成材料原始数据测定。根据现场取样，对粗集料、细集料和矿粉进行筛分试验，按筛分结果分别给出各组成材料的筛分曲线。,计算组成材料的配合比：采用图解
38、法或电算法，计算符合要求级配范围的各组成材料用量比例。调整配合比：计算得合成级配应根据要求作必要的配合比调整。2、确定沥青混合料最佳沥青用量制备试样：按确定的矿质混合料配合比，计算各种矿质材料的用量。估计适宜的沥青用量(或油石比)，一般5左右。测定物理、力学指标,以估计沥青用量为中值，0.5间隔上下变化沥青用量制备5组试件，在规定试验温度及试验时间内用马歇尔仪测定稳定度和流值，同时计算毛体积密度、空隙率、饱和度及矿料间隙率。马歇尔试验结果分析a绘制沥青用量与毛体积密度、空隙率、沥青饱和度、稳定度、流值和矿料间隙率物理与力学指标关系图（如下图）。b.求取相应于孔隙率要求范围中值或目标空隙率沥青用
39、量a3，密度最大沥青用量a1及稳定度最大值对应沥青用量a2，求平均值作为最佳沥青用量初始值沥青用量OAC1。OAC1（a1+a2+a3）/3,若在选择沥青用量时，考虑沥青饱和度，则取沥青饱和度中值为a4，OAC1按下式计算。OAC1（a1+a2+a3+a4）/4c各项指标均符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围OACmin OACmax（查表确定满足要求的范围），其中值为OAC2 OAC2（OACmin+OACmax）/2d.沥青最佳用量取OAC1与OAC2的平均值 OAC（OAC1+OAC2）/2,根据OAC1和OAC2综合确定沥青最佳用量(OAC)，按最佳沥青用量的初始值OAC1在图中求取相
40、应的各项指标值，检查其是否符合表13-1313-36规定的马歇尔设计配合比技术标准。e根据气候条件和交通特性调整最佳沥青用量，由OAC1和OAC2综合决定最佳沥青用量OAC时，还应根据实践经验和道路等级、气候条件进行调整。,3、混合料检验：1）用于高速公路和一级公路；2）车辙试验：符合表13-38的要求。公称最大粒径等于或小于19mm的密级配沥青混合料(AC)及SMA、OGFC，不符要求沥青混合料，必须更换材料或重新进行配合比设计。3）浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验：同时符合表13-39中的两个要求。达不到要求时必须采取抗剥落措施，调整最佳沥青用量后再次试验。4）弯曲试验：密级配沥青混合料在温度
41、-10、加载速率50mm/min的条件下进行，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。破坏应变宜不小于表13-40的要求。,5）轮碾机成型试件渗水试验：符合表13-41的要求。6）改性沥青混合料性能检验：（1）以提高高温抗车辙性能为主要目的时，低温性能可按普通沥青混合料的要求执行；（2）以提高低温抗裂性能为主要目的时，高温稳定性可按普通沥青混合料的要求执行。,（二）生产配合比设计阶段：按试验室设计的配合比上料、烘干、筛分，然后取样筛分，与试验室配合比设计一样进行矿料级配计算。得出不同料仓及矿料用量比例，按此比例进行马歇尔试验，规范规定试
42、验油石比可取试验室配合比得出的最佳油石比及其0.3三档试验，从而得出最佳油石比，供试拌试铺使用。（三）生产配合比验证阶段（试拌试铺阶段）施工单位进行试拌试铺时，应报告监理部门及业主，工程指挥部会同设计、监理、施工人员一起进行鉴别。拌和机按照生产配合比结果进行试拌，用此混合料在试验段上试铺，进一步观察摊铺、碾压过程和成型混合料的表面状况，判断混合料的级配和油石比。试铺时，实验室应在现场取样进行抽提试验，再次检验实际油石比是否合格。同时按照规范规定的试验段铺设要求，进行试验，当全部满足要求时，便可进入正常生产阶段。,1、准备工作1）检查与清理基层：保证基层坚实、平整、洁净干燥；2）准备和检查施工机
43、具；3）落实材料：施工前应对各种材料进行调查试验，经选择确定材料在施工过程中应保持稳定，不得随意变更；4）备齐仪器用具：制定施工计划，安排好劳动力，进行施工放样等各项工作。5)确定施工温度,并进行混合料组成设计。,13-6 沥青路面的施工与质量控制,普通沥青热拌混合料的施工温度,改性沥青热拌混合料的施工温度,2、施工程序1）安装路缘石：沥青路面的路缘石可根据要求和条件选用沥青混凝土或水泥混凝土预制块、条石、砖等。2）清扫基层：对有坑槽、不平整的路段应先修补和整平。整体强度不足时，应给以补强。3）浇洒粘层或透层沥青。4）拌合与运输。5）摊铺：沥青混合料可用人工或机械摊铺，热拌沥青混合料应采用机械
44、摊铺，摊铺必须均匀、缓慢、连续不断地进行。,沥青路面的摊铺温度,6）碾压：沥青混合料的碾压应按初压、复压、终压（包括成型）三个阶段进行。碾压时应将驱动轮面向摊铺机。在整个压实过程，压路机应以慢而均匀的速度碾压，压路机的碾压速度应符合下表要求。初压：使混合料初步成型，使用较轻型光轮压路机；复压：主要压实阶段，使初步密实混合料逐步压密到要求密实度，一般采用胶轮压路机或吨位较大的压路机；终压：消除碾压轮迹阶段，保证表面平整，采用轻型压路机。*碾压组合各阶段遍数根据压实度调整。,沥青路面的碾压速度要求,7）接缝处理：纵向接缝施工：采用梯队作业纵缝采用热接缝；半幅施工不能采用热接缝，宜加设挡板或采用切刀
45、切齐，铺另半幅前必须将缝边缘清扫干净，并涂洒少量粘层沥青。横向接缝的施工：对高速公路和一级公路，中下层横向接缝可采用斜接缝，在上面层应采用垂直平接缝。其他等级公路各层均可采用斜接缝。平接缝应做到紧密粘结，充分压实，连接平顺。（覆盖预热摊铺碾压）8）开放交通：热拌沥青混合料路面应待摊铺层完全自然冷却，混合料表面温度低于50(石油沥青)或45(煤沥青)后开放交通。,2）清扫基层,1）安装路缘石,3）浇洒粘层或透层沥青,4）拌合与运输,5）沥青混合料摊铺,5）沥青混合料摊铺,6）碾压：,沥青摊铺机,沥青摊铺机,几种不同类型的振动式压路机,静力作用压实机械是利用机械自身重力产生的静滚压力作用，迫使被压实材料产生永久性变形而达到压实的目的。,静力式光面滚压路机,轮胎式压路机是利用充气轮胎的特性来进行压实的机械。它除有垂直压实力外，还有水平压实力，这些水平压实力，不但沿行驶方有压实力的作用，而且沿机械的横向也有压实力的作用。由于这些压实力能沿各个方向移动材料粒子，所以可得到最大的密实度。,碾压的方向和顺序,6）碾压：,7）接缝处理,
