路面材料道路鋪筑PPT課件

1、11. 古代的道路及其材料 大約到公元前公元前4000 4000 年左右年左右，在我國(guó)開始出現(xiàn)了畜力車作為交通工具，人們開始有開始有意識(shí)地修建道路意識(shí)地修建道路。到西周時(shí)期(公元前1066年公元前771年)專供畜力車行駛的道路就已初具規(guī)模。 戰(zhàn)國(guó)時(shí)期秦國(guó)修筑的褒斜棧道（現(xiàn)在陜西省漢中市北面 ），在峭巖陡壁上鑿孔架木、鋪板而成。 到公元200年，古羅馬道路總里程已達(dá)12000km，以羅馬為中心向四周放射，共有29條干線通路，因此有“條條大路通羅馬”之說。 第1頁/共41頁2褒斜棧道 長(zhǎng)235千米 第2頁/共41頁3古羅馬道路斷面結(jié)構(gòu)縫隙內(nèi)填充了砂漿的表面塊石火山灰混凝土由火山灰質(zhì)膠凝材料、礫石和

2、砂拌制而成與石灰混合的碎石平整的基石平整粘結(jié)與具有強(qiáng)度第3頁/共41頁42 近代道路的發(fā)展 到了16-17世紀(jì)，在歐洲形成了龐大的貴族階層，以馬車為主的交通工具越來越頻繁地使用，以卵石、碎石為主體材料，加入少量膠凝材料鋪筑的路面。 1886年，德國(guó)的卡爾奔馳制造出世界上第一輛汽車，標(biāo)志著人類社會(huì)開始邁入機(jī)動(dòng)化時(shí)代。要求路面具有良好的平整性、抗沖擊能力、防滑性、防水性和抗凍性。 隨著機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增多，工業(yè)化生產(chǎn)的興起和軍事目的的需要，20世紀(jì)的20-50年代，采用瀝青混凝土和水泥混凝土鋪裝路面的道路在歐美等國(guó)家得到迅速發(fā)展。 第4頁/共41頁54. 現(xiàn)代高速公路的發(fā)展 高速公路是為滿足機(jī)動(dòng)車快速

3、行駛和龐大的交通運(yùn)輸量而建造的一種全封閉、無信號(hào)的高標(biāo)準(zhǔn)道路。 1919年，德國(guó)最早建成了一條設(shè)上、下行車道、中間設(shè)分隔帶的公路。德國(guó)(1933)、美國(guó)(1937)、法國(guó)(1948)和日本(1958)開始修建高速公路。 美國(guó)是高速道路數(shù)量最多、路網(wǎng)最發(fā)達(dá)的國(guó)家，到1992年為止，已建成的高速道路總長(zhǎng)度達(dá)8.68萬km，占全世界高速道路總延長(zhǎng)里程的54。美國(guó)紐約至洛杉磯的高速公路全長(zhǎng)4556km，堪稱世界上最長(zhǎng)的高速公路。第5頁/共41頁6 日本后來居上，1950年，日本機(jī)動(dòng)車擁有量?jī)H僅33.7萬輛，到1994年機(jī)動(dòng)車擁有量多達(dá)6502萬輛，僅次于美國(guó)，居世界第二位，占世界機(jī)動(dòng)車總數(shù)的大約12。

4、 與此相應(yīng)，日本的高速道路建設(shè)也是在短時(shí)間內(nèi)快速發(fā)展。1965年開始修建第一條高速公路東名(東京至名古屋)高速公路，到1999年，日本的高速公路里程大約達(dá)到8000多km。第6頁/共41頁7我國(guó)高速道路的修建 1984年6月，我國(guó)開始動(dòng)工修建第一條全長(zhǎng)375km的沈大高速公路，并于1988年10月25日實(shí)現(xiàn)130km部分路段通車，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)大陸上高速道路零的突破。 至05年底4.1萬公里，世界第二，08年底6.04萬公里12年第7頁/共41頁89.2 路面材料與道路性能 采用不同的路面材料所鋪筑的道路，其性能、施工速度及行走舒適性等方面存在較大的差別。瀝青混凝土路面黑色路面柔性路面水泥混凝土路

5、面白色路面剛性路面第8頁/共41頁9第9頁/共41頁1021 瀝青混凝土路面 1 瀝青混凝土道路的結(jié)構(gòu)與受力特征瀝青混凝土以瀝青(主要是石油瀝青)為膠結(jié)材料，與粗、細(xì)骨料和礦粉適量配合，拌制成混合料后鋪壓而成面層，瀝青混凝土，15厘米基層墊層路基第10頁/共41頁11路面的上層以滿足道路所希望的抗滑、耐磨、防噪聲、排水和抗剪切滑移等性能為主，中層以抗車轍、抗低溫縮裂和抗?jié)B為主，而下層則以抗疲勞和抗?jié)B為主。中層和下層是路面的主要結(jié)構(gòu)單元，它的作用是把來自車輛的集中荷載分散到足夠大面積的基層和墊層上去，提高道路的整體受力性。第11頁/共41頁122瀝青混凝土路面的性能 柔韌性、變形性能良好，可不設(shè)

6、伸縮縫和工作縫，路面連續(xù)性和平整度好，行車舒適； 路面具有較好的減震吸聲性能，可使汽車快速行駛，平穩(wěn)而低噪音； 有一定粗糙度，與汽車輪胎的附著力好 呈黑色無強(qiáng)烈反光，可做到晴天不起塵，雨天不泥濘，夜間不反光，有利于安全行車； 施工快速，不需要很長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，能及時(shí)開放交通，也利于維修和修補(bǔ)； 瀝青混凝土中膠結(jié)材料用量比較小，僅占混合料總量的7一8，且屬于工業(yè)副產(chǎn)品加工利用，舊路面還可實(shí)現(xiàn)再生利用，環(huán)保和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益較高。優(yōu)點(diǎn)第12頁/共41頁13主要弱點(diǎn) 溫度敏感性：夏季易發(fā)生流淌、軟化，從而產(chǎn)生車轍、縱向波浪和橫向推移等現(xiàn)象；而冬季低溫時(shí)期，瀝青變脆變硬，在沖擊荷載作用下容易開裂。 自然老化

7、的特性，瀝青材料性能取決于內(nèi)部組成的分子量分布。小分子量的組分越多，塑性、韌性越好，長(zhǎng)期在大氣因素作用下，小分子量的組分將被氧化、揮發(fā)或發(fā)生聚合、縮合等化學(xué)反應(yīng)而變成大分子組分，使瀝青材料的塑性、韌性下降，脆性增加，容易發(fā)生脆裂而使結(jié)構(gòu)物破壞。對(duì)于瀝青混凝土路面應(yīng)重點(diǎn)考慮的技術(shù)性質(zhì)有高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、擁包、推移、車轍等永久性變形、抗老化性、防滑性和抗?jié)B性等。其中高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性是重點(diǎn)要改善的技術(shù)性質(zhì)。第13頁/共41頁143瀝青及瀝青混凝土的改性 采取物理改性技術(shù)，采用塑料格柵、土工布等加固路面，提高路面的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能等方法 使用化學(xué)改性劑：聚合物（橡膠類和熱塑性樹脂類）、抗剝落劑

8、和抗老化劑三大類。 第14頁/共41頁15(1)聚合物改性劑 通常聚合物具有比瀝青高得多的粘度，從而獲得較高的變形能力和抗高溫流動(dòng)的能力。 橡膠類或橡膠樹脂類材料與瀝青的互溶性良好，形成橡膠瀝青膠結(jié)料，提高了膠結(jié)料與礦料之間的粘結(jié)力，并且與礦料之間的化學(xué)吸附作用增強(qiáng)，從而提高抗水剝離性、力學(xué)強(qiáng)度和耐久性； 同時(shí)，分散在瀝青中的橡膠粒子在低溫時(shí)起到橡膠增塑的作用，提高瀝青膠結(jié)料的變形能力，從而達(dá)到提高低溫抗裂性的目的。 目前我國(guó)用于鋪筑高等級(jí)公路路面、機(jī)場(chǎng)地道以及特殊工程的面層，多采用橡膠改性的瀝青混凝土。 第15頁/共41頁16（2）抗老化劑 自然老化現(xiàn)象的原因是瀝青在光的作用下因吸收光量子而

9、發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，而使原子或分子處于高能激發(fā)狀態(tài)而產(chǎn)生自由基。 當(dāng)有氧存在時(shí)，自由基可作為引發(fā)劑進(jìn)行自動(dòng)氧化反應(yīng)，使分子斷鏈、交聯(lián)，即進(jìn)行鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，從而老化，使瀝青逐漸硬化變脆開裂，不能繼續(xù)發(fā)揮其粘結(jié)或密封作用。 在瀝青中加入抗老化劑，就是要打斷自動(dòng)氧化的連鎖過程，促使上述自由基進(jìn)行鏈終止反應(yīng)，生成穩(wěn)定性產(chǎn)物，大大降低光熱氧化老化速度，以起到防止老化的作用。第16頁/共41頁17(3)抗剝落劑 目的是提高瀝青的水穩(wěn)定性，防止瀝青膠結(jié)料在水力作用下從礦料表面剝落下來，從而使瀝青混凝土失去整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 常用的抗剝落劑有表面活性劑和石灰外摻劑兩種。 另外，還可以從骨料、礦粉填料以及施工方法骨料、礦

10、粉填料以及施工方法等方面提高瀝青混凝土路面的性能。第17頁/共41頁1822 水泥混凝土路面 水泥混凝土道路的斷面由面層、基層、墊層和路基構(gòu)成。 其中的面層是由水泥、水、粗、細(xì)骨料，以及礦物外加劑和少量的化學(xué)外加劑拌合而成的混凝土混合料，經(jīng)澆注或碾壓成型，通過水泥的水化、硬化，形成具有一定強(qiáng)度的混凝土板構(gòu)成。 面層混凝土板的厚度一般為1825cm，主要有素混凝土和鋼筋混凝土兩種。1，組成與性能第18頁/共41頁19優(yōu)點(diǎn)： 水泥混凝土路面具有較高的承載能力和擴(kuò)散荷載的能力，適合于重載、交通量大的道路； 水泥混凝土路面的水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性均優(yōu)于瀝青混凝土，耐久性好，使用壽命長(zhǎng)，特別在水侵蝕環(huán)境中

11、能保持良好的通行能力，適用于氣候條件差或路基軟弱的地區(qū)。第19頁/共41頁20缺點(diǎn) 水泥混凝土路面水泥混凝土路面呈脆性，剛度大，變形性能差，不能吸收由于溫度等因素引起呈脆性，剛度大，變形性能差，不能吸收由于溫度等因素引起的變形。的變形。所以水泥混凝土路面需要在橫向、縱向設(shè)置伸縮縫和施工縫，所以水泥混凝土路面需要在橫向、縱向設(shè)置伸縮縫和施工縫， 剛性的路面剛性的路面吸收震動(dòng)和噪音的能力低吸收震動(dòng)和噪音的能力低，影響行車舒適性；，影響行車舒適性； 同時(shí)水泥混凝土路面同時(shí)水泥混凝土路面對(duì)超載比較敏感對(duì)超載比較敏感，一旦外荷載超過設(shè)計(jì)的極限強(qiáng)度，混凝，一旦外荷載超過設(shè)計(jì)的極限強(qiáng)度，混凝土板便會(huì)出現(xiàn)斷裂

12、，其土板便會(huì)出現(xiàn)斷裂，其修補(bǔ)工作修補(bǔ)工作也較瀝青混凝土路面也較瀝青混凝土路面困難困難。 從施工性能來看，水泥混凝土需要較長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，除碾壓混凝土之外，不能從施工性能來看，水泥混凝土需要較長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，除碾壓混凝土之外，不能立即開放交通，一般立即開放交通，一般鋪筑后要經(jīng)過鋪筑后要經(jīng)過14142121天才能使用。天才能使用。 第20頁/共41頁21變形性能和抗凍性的改性方法 目前較多采用的方法是加入引氣劑，使混凝土中微小的、獨(dú)立的、封閉孔隙含量大約達(dá)到46，可在某種程度上降低混凝土的脆性。 在路面混凝土中大多摻入粉煤灰，摻量為膠結(jié)材料的2040，優(yōu)質(zhì)的粉煤灰是球形的微粒，可改善泥凝土的和易性，減

13、少用水量，使混凝土干燥收縮小，并可降低早期水化熱，減少溫度裂縫，有抑制堿骨料反應(yīng)的效果。 第21頁/共41頁22水泥混凝土路面破損的主要因素有水的滲透、凍融循環(huán)造成的表面剝落、收縮開裂、堿骨料反應(yīng)引起的裂縫以及鋼筋混凝土中的鋼筋生銹造成的表面剝落、開裂等破壞形式。而混凝土本身是一種多孔、多相、非均質(zhì)復(fù)合材料，內(nèi)部存在著許多連通孔隙、微裂縫等結(jié)構(gòu)缺陷，因此提高水泥混凝提高水泥混凝土的密實(shí)程度土的密實(shí)程度是提高耐久性的重要措施。 第22頁/共41頁232碾壓混凝土路面(RCCP) 普通澆注的混凝土由于水灰比較大，在水泥水化過程中將有大量游離水蒸發(fā)或泌水，而在混凝土內(nèi)部留下大量連通的孔隙，同時(shí)混凝土

14、的干燥收縮量也大。 碾壓混凝土路面(RCCP)，可用高密度瀝青攤鋪機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)進(jìn)行施工第23頁/共41頁2423 新型路面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 1透水性路面材料 2低噪音、柔性路面材料 3含紙漿的高粘附性路面 4半剛性瀝青混凝土路面第24頁/共41頁25第25頁/共41頁26第26頁/共41頁27第27頁/共41頁289.3 路面材料對(duì)城市景觀及環(huán)境的影響 城市的路面乃至地面的色彩、材質(zhì)、花紋等外觀特性構(gòu)成了城市景觀的底色和基調(diào)；地面的透氣性、透水性對(duì)城市空間的生態(tài)環(huán)境影響很大；地面的行走效果和視覺效果對(duì)人們的精神狀態(tài)也將帶來很大的影響1 天然石塊路面、2 天然碎石或卵石 3 水泥混凝土路面

15、、4 燒土制品類路面材料 5 木磚路面材料、6 合成樹脂彩色鋪裝 7 彈性路面第28頁/共41頁29 采用大塊的天然花崗石鋪筑的北京天安門廣場(chǎng)是世界上最大的廣場(chǎng)，給人一種平整、莊重第29頁/共41頁30 利用不同顏色的小料石鋪筑而成的彩帶形路面，給人以波浪起伏的視覺效果，與澳門臨海的自然環(huán)境十分相稱澳門街區(qū)第30頁/共41頁31卵石第31頁/共41頁32第32頁/共41頁33 廈門沿海濱道路的人行道路，采用磚紅色水泥混凝土進(jìn)行整體鋪裝，與黑色的機(jī)動(dòng)車道、藍(lán)色的海灣形成協(xié)調(diào)的景觀。 第33頁/共41頁34 日本居民區(qū)內(nèi)用彩色連鎖磚鋪筑的街路，營(yíng)造出一種寧?kù)o、祥和的住區(qū)氛圍 水泥混凝土仿天然石材第34頁/共41頁35燒土制品類路面材料第35頁/共41頁36 用粘土磚鋪筑的路面，線條整齊，行走腳感舒適，性能穩(wěn)定，使用年限越長(zhǎng)，越能顯現(xiàn)出古樸的風(fēng)格