路基路面工程-第10講-瀝青路面(上)

1、路基路面工程路基路面工程路基路面工程路基路面工程路基工程路基工程路面工程路面工程第第1 10 0講講 瀝青路面瀝青路面第一節(jié)概述第一節(jié)概述第二節(jié)瀝青路面材料的結構與力學特性第二節(jié)瀝青路面材料的結構與力學特性第三節(jié)瀝青路面的穩(wěn)定性與耐久性第三節(jié)瀝青路面的穩(wěn)定性與耐久性第四節(jié)第四節(jié) 瀝青混合料組成設計瀝青混合料組成設計第五節(jié)第五節(jié) 瀝青路面施工與質量控制瀝青路面施工與質量控制學習要點掌握瀝青路面的掌握瀝青路面的基本特性基本特性和和分類分類；掌握瀝青路面材料的掌握瀝青路面材料的結構力學特性結構力學特性與與溫溫度穩(wěn)定性度穩(wěn)定性；熟悉瀝青混合料熟悉瀝青混合料組成結構組成結構和和組成設計組成設計；了解路面

2、了解路面施工施工與與質量控制質量控制。第第1 1節(jié)節(jié) 概述基本特性概述基本特性定義：瀝青路面是定義：瀝青路面是用用瀝青材料瀝青材料作作結合料結合料粘結粘結礦料礦料修筑面層與各類基層和墊層所組成的修筑面層與各類基層和墊層所組成的路面結構路面結構。v組成成分：組成成分：瀝青瀝青、礦料礦料v作用關系：作用關系：礦料為骨架，礦料為骨架，瀝青瀝青粘結粘結礦料礦料第第1 1節(jié)節(jié) 概述概述基本特性基本特性 目前，瀝青路面廣泛用于我國公路與城市道路目前，瀝青路面廣泛用于我國公路與城市道路, ,成成為主要路面形式為主要路面形式。第第1 1節(jié)節(jié) 概述基本特性概述基本特性瀝青路面主要優(yōu)點瀝青路面主要優(yōu)點1.1.平整

3、性：表面平整性：表面平整平整（導致（導致振動振動小、小、噪聲噪聲低）；低）；2.2.接縫：接縫：無無接縫接縫（導致（導致行車行車舒適）；舒適）；3.3.施工與維護：施工與維護：施工期施工期短、短、養(yǎng)護維修養(yǎng)護維修簡便（例如局部罩簡便（例如局部罩面、重鋪）面、重鋪）4.4.適宜于適宜于分期修建分期修建（可以根據（可以根據交通量交通量成長情況予以逐步成長情況予以逐步拓寬拓寬）。第第1 1節(jié)節(jié) 概述基本特性概述基本特性1.1.強度強度：能承受車輛行駛而產生的各種作用力；：能承受車輛行駛而產生的各種作用力；2.2.變形能力變形能力：承受相當程度彈塑性變形而不發(fā)生破壞；：承受相當程度彈塑性變形而不發(fā)生破

4、壞；3.3.減振性減振性：減振性較高，保證行車平穩(wěn)；：減振性較高，保證行車平穩(wěn)；4.4.粘附能力粘附能力：與輪胎附著力高，保證行車安全；：與輪胎附著力高，保證行車安全；5.5.其它性能：其它性能：不揚塵；（瀝青路面）可再生利用等不揚塵；（瀝青路面）可再生利用等第第1 1節(jié)節(jié) 概述損壞類型及成因概述損壞類型及成因1.1.裂縫裂縫2.2.車轍車轍3.3.松散剝落松散剝落4.4.表面磨光表面磨光裂縫瀝青路面裂縫瀝青路面最最主要損害形式主要損害形式1.1.橫向裂縫橫向裂縫荷載型荷載型a.a.成因：成因：超載超載或或重載交通導致的疲勞開裂重載交通導致的疲勞開裂；b.b.典型情況：典型情況：基層基層反射裂

5、縫。反射裂縫。h h1 1h h2 2h hi ih hn n面層面層基層基層底基層底基層墊層墊層x xy yo路基路基m疲勞裂縫疲勞裂縫裂縫發(fā)展方向裂縫發(fā)展方向裂縫瀝青路面裂縫瀝青路面最最主要損害形式主要損害形式1.1.橫向裂縫非橫向裂縫非荷載型荷載型a.a.成因：成因：溫度溫度降低降低b.b.典型情況：沿道路縱向分布較典型情況：沿道路縱向分布較規(guī)則規(guī)則溫度坡差溫度坡差引起的引起的開開裂裂面層面層收縮收縮基層基層約束約束非均勻降溫非均勻降溫溫度坡差溫度坡差引起的引起的斷斷裂裂均勻降溫均勻降溫面層面層收縮收縮基層基層約束約束裂縫瀝青路面裂縫瀝青路面最最主要損害形式主要損害形式a.a.成因：成因

6、：路基路基不均勻沉降不均勻沉降；分路幅攤鋪；分路幅攤鋪b.b.典型情況：裂縫典型情況：裂縫長短不一長短不一。面層面層基層基層土基土基不均勻沉降不均勻沉降Sz層底拉應力層底拉應力R2.2.縱向裂縫縱向裂縫裂縫瀝青路面裂縫瀝青路面最最主要損害形式主要損害形式成因成因：（：（1 1）路面整體強度不足；（路面整體強度不足；（2 2）橫或縱裂縫滲）橫或縱裂縫滲水后續(xù)發(fā)展；（水后續(xù)發(fā)展；（3 3）瀝青老化；）瀝青老化；3.3.網狀裂縫網狀裂縫車轍瀝青路面車轍瀝青路面主要主要損害形式損害形式成因：渠化交通成因：渠化交通行車荷載反復作用；行車荷載反復作用；路基路基面層永久變形面層永久變形隆起隆起橫向粘性流動橫

7、向粘性流動下陷下陷隆起隆起面層面層基層基層底基層底基層A.A.柔性基層柔性基層（如無粘結碎、礫石基層如無粘結碎、礫石基層）永久變形永久變形B.B.荷載與高溫共同作用下荷載與高溫共同作用下瀝青面層瀝青面層橫向塑性流動；橫向塑性流動；松散剝落瀝青路面松散剝落瀝青路面其它其它損害形式損害形式a.a.成因：成因：瀝青瀝青粘附性粘附性差，差，水入滲水入滲造成瀝青與礦料剝離。造成瀝青與礦料剝離。b.b.典型情況：表面典型情況：表面松散松散行車行車經過經過帶離帶離松散顆粒松散顆粒形形成表面成表面坑槽坑槽表面磨光瀝青路面表面磨光瀝青路面其它其它破損形式破損形式成因：成因：車輪反復滾動摩擦。車輪反復滾動摩擦。危

8、害：表面危害：表面抗滑性能抗滑性能降低降低，雨季雨季容易造成容易造成車禍車禍第第1 1節(jié)節(jié) 概述瀝青路面基本要求概述瀝青路面基本要求1.1.高溫穩(wěn)定性高溫穩(wěn)定性：高溫期保持足夠強度和剛度。：高溫期保持足夠強度和剛度。2.2.低溫抗裂性低溫抗裂性：低溫期保持較低勁度和較大抗變形能力。：低溫期保持較低勁度和較大抗變形能力。3.3.耐久性耐久性：抵抗環(huán)境因素作用下材料劣化的性能。：抵抗環(huán)境因素作用下材料劣化的性能。4.4.抗滑能力抗滑能力：最不利情況下提供足夠摩阻力的性能。：最不利情況下提供足夠摩阻力的性能。5.5.防滲能力：防滲能力：抵抗降雨等水流入滲的能力。抵抗降雨等水流入滲的能力。第第1 1節(jié)

9、節(jié) 概述瀝青路面分類概述瀝青路面分類1 1、按強度的構成原理分類、按強度的構成原理分類 密實類密實類和和嵌擠類嵌擠類嵌擠嵌擠型：型：級配設計原則：均勻礦料原則級配設計原則：均勻礦料原則強度主要來源：集料嵌擠摩擦強度主要來源：集料嵌擠摩擦密實密實型：型：級配設計原則：最大密實原則級配設計原則：最大密實原則強度主要來源：瀝青與集料粘結力強度主要來源：瀝青與集料粘結力第第1 1節(jié)節(jié) 概述瀝青路面分類概述瀝青路面分類2 2、按施工工藝分類、按施工工藝分類分為分為層鋪法層鋪法，路拌法路拌法和和廠拌法廠拌法三類。三類。 層鋪法：分層灑布瀝青、礦料和碾壓。層鋪法：分層灑布瀝青、礦料和碾壓。 瀝青深入礦料，成

10、型時間長。瀝青表處和瀝青貫入瀝青深入礦料，成型時間長。瀝青表處和瀝青貫入路拌法：現(xiàn)場拌和瀝青與礦料攤鋪碾壓成型。路拌法：現(xiàn)場拌和瀝青與礦料攤鋪碾壓成型。 瀝青均勻分布于礦料，縮短成型時間。瀝青均勻分布于礦料，縮短成型時間。廠拌法：工廠拌和瀝青與礦料，運輸現(xiàn)場攤鋪碾壓。廠拌法：工廠拌和瀝青與礦料，運輸現(xiàn)場攤鋪碾壓。 瀝青混合料質量高。瀝青混合料質量高。第第1 1節(jié)節(jié) 概述瀝青路面分類概述瀝青路面分類3 3、按瀝青路面技術特性分類、按瀝青路面技術特性分類瀝青貫入式路面：瀝青貫入式路面：瀝青瀝青貫入碎貫入碎( (礫礫) )石經壓實而成的瀝青石經壓實而成的瀝青面層。貫入深度：面層。貫入深度：4-84-

11、8cmcm。二級及以下公路路面二級及以下公路路面瀝青表面處治：瀝青表面處治：用瀝青和集料鋪筑成的厚度用瀝青和集料鋪筑成的厚度33cmcm的的薄薄面層。施工方法：層鋪法和拌和法。面層。施工方法：層鋪法和拌和法?？够?、磨耗或罩面抗滑、磨耗或罩面磨耗層磨耗層碎礫石面層碎礫石面層砂石基層砂石基層抗滑層抗滑層瀝青面層瀝青面層 半剛性基層半剛性基層碎礫石層碎礫石層瀝青面層瀝青面層 半剛性基層半剛性基層瀝青瀝青貫入貫入瀝青貫入瀝青貫入瀝青面層瀝青面層 半剛性基層半剛性基層第第1 1節(jié)節(jié) 概述瀝青路面分類概述瀝青路面分類3 3、按瀝青路面技術特性分類、按瀝青路面技術特性分類瀝青混凝土路面：瀝青混凝土路面：不同

12、顆粒尺寸的礦料（碎石、石屑、不同顆粒尺寸的礦料（碎石、石屑、砂、礦粉）按砂、礦粉）按最佳級配原則最佳級配原則選配。特點：選配。特點：密實度密實度大，大，強強度度高、高、整體性整體性好。好。高等級公路面層高等級公路面層瀝青碎石路面：瀝青碎石路面：粗粒粗粒含量較含量較多多，不摻不摻礦粉礦粉，瀝青瀝青用量用量少少，因此因此熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性好好。面層、基層或聯(lián)結層。面層、基層或聯(lián)結層細粒式瀝青混凝土細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土6cm瀝青碎石瀝青碎石上基層上基層10cm二灰穩(wěn)定碎石下基層二灰穩(wěn)定碎石下基層36cm半剛性基層瀝青路面結構半剛性基層瀝青路面結構細粒式瀝青混凝土4cm

13、中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩(wěn)定碎石24cm？水泥穩(wěn)定碎石63cm 水泥穩(wěn)定碎石63cm 級配碎石15cm土 基細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm粗粒式瀝青混凝土8cm？水泥穩(wěn)定碎石34cm 水泥穩(wěn)定碎石34cm 二灰土20cm土 基細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩(wěn)定碎石12cm級配碎石15cm？水泥穩(wěn)定碎石32cm 水泥穩(wěn)定碎石32cm 水泥穩(wěn)定碎石20cm細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩(wěn)定碎石10cm？水泥穩(wěn)定碎石35cm 水泥穩(wěn)定碎石35cm 級配碎石20cm土 基土 基柔性路面柔性路面半剛性基層瀝青路面半剛性基層瀝青路面夾層式組合基層瀝青路面

14、夾層式組合基層瀝青路面組合基層瀝青路面組合基層瀝青路面土土 基基底基層底基層第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝青路面材料結構力學特性一、一、三相體系三相體系與壓實性能與壓實性能微細觀微細觀內在尺度劃分內在尺度劃分第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝青路面材料結構力學特性一、一、三相體系三相體系與壓實性能與壓實性能集料顆粒運動模式集料顆粒運動模式第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝青路面材料結構力學特性一、一、三相體系三相體系與壓實性能與壓實性能三相體系描述變量三相體系描述變量VaVcVvVeVgVve空氣空氣瀝青瀝青Pe集料集料Pg第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝

15、青路面材料結構力學特性一、三相體系與一、三相體系與壓實性能組成成分及壓實性能壓實性能組成成分及壓實性能瀝青混合料組成：瀝青混合料組成：影響壓實的主要因素：影響壓實的主要因素：集料（石質集料集料（石質集料+ +礦粉）、瀝青膠結料、殘余空隙礦粉）、瀝青膠結料、殘余空隙瀝青用量、集料級配；壓實溫度、壓實速度和壓實應力瀝青用量、集料級配；壓實溫度、壓實速度和壓實應力第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝青路面材料結構力學特性二二、瀝青混合料、瀝青混合料結構力學特性結構力學特性根據根據嵌擠結構嵌擠結構和和密實結構密實結構所占所占比例比例不同，瀝青混合料結不同，瀝青混合料結構分為：構分為：密實懸浮結構

16、密實懸浮結構、骨架空隙結構骨架空隙結構、骨架密實結構骨架密實結構。細細料多，料多，粗粗料少，料少，級級配配連續(xù)，連續(xù)，粘結力粘結力高，高，穩(wěn)定性差穩(wěn)定性差粗粗料多，料多，細細料少連續(xù)料少連續(xù)開開級配，級配，內摩擦內摩擦力高，力高，穩(wěn)定性較好穩(wěn)定性較好粗粗、細細料搭配得當，料搭配得當，間斷間斷級配，級配，內摩擦內摩擦力力和和粘結力粘結力較高較高第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝青路面材料結構力學特性三三、瀝青混合料、瀝青混合料粘彈性性質粘彈性性質與與力學模型力學模型1.粘彈性材料基本性質粘彈性材料基本性質主要性質主要性質（1 1）對對加載速度加載速度（時間效應）和（時間效應）和試驗溫度試

17、驗溫度（溫度效應）（溫度效應）的依賴性，并服從的依賴性，并服從時間溫度換算時間溫度換算法則法則OSBC：彈性區(qū)：彈性區(qū)：粘彈性區(qū)：粘彈性區(qū)：粘塑性區(qū)：粘塑性區(qū)（2 2）具有十分明顯的具有十分明顯的蠕變蠕變與與應力松馳應力松馳特性特性第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝青路面材料結構力學特性三三、瀝青混合料、瀝青混合料粘彈性性質粘彈性性質與與力學模型力學模型2.蠕變與松弛蠕變與松弛蠕變蠕變：應力恒定時應變隨時間增長的現(xiàn)象：應力恒定時應變隨時間增長的現(xiàn)象應變應變時間時間時間時間應力應力UTMUTM三軸試驗儀三軸試驗儀第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝青路面材料結構力學特性三三、瀝青混

18、合料、瀝青混合料粘彈性性質粘彈性性質與與力學模型力學模型2.蠕變與松弛蠕變與松弛應力松弛應力松弛：應變恒定時應力隨時間衰減的現(xiàn)象。：應變恒定時應力隨時間衰減的現(xiàn)象。時間時間應變應變應力應力時間時間tUTMUTM三軸試驗儀三軸試驗儀第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝青路面材料結構力學特性三三、瀝青混合料、瀝青混合料粘彈性性質粘彈性性質與與力學模型力學模型3.基本流變模型元器件模型基本流變模型元器件模型E E 虎克彈簧虎克彈簧彈性彈性，可可恢恢復性，復性，瞬時瞬時性，速率性，速率無無關特性關特性牛頓粘壺牛頓粘壺粘性粘性，可可恢恢復性，時間復性，時間延遲延遲性，速性，速率率相關相關特性特性f

19、f0圣維南剛塑性體圣維南剛塑性體剛塑性剛塑性，不不可可恢復性，恢復性，瞬時瞬時性，速性，速率率無關無關特性特性瀝青混合料瀝青混合料：低溫（：低溫（ 0 0C C左右）線彈性左右）線彈性瀝青混合料瀝青混合料：常溫（：常溫（20203030C C左右）粘彈性左右）粘彈性瀝青混合料瀝青混合料：高溫（：高溫（4040C C以上）粘塑性以上）粘塑性第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝青路面材料結構力學特性三三、瀝青混合料、瀝青混合料粘彈性性質粘彈性性質與與力學模型力學模型3.基本流變模型元器件模型基本流變模型元器件模型MaxwellMaxwell模型模型E)/exp(00ttdtEdEEEKelv

20、inKelvin模型模型E11E0ZenerZener模型模型第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝青路面材料結構力學特性三三、瀝青混合料、瀝青混合料粘彈性性質粘彈性性質與與力學模型力學模型3.基本流變模型元器件模型基本流變模型元器件模型瀝青混合料的力學模型瀝青混合料的力學模型（1 1）BurgersBurgers模型模型澤納澤納與與牛頓粘壺牛頓粘壺串連串連（2 2）修正的）修正的BurgersBurgers模型模型修正粘壺修正粘壺本構關系本構關系（3 3）Delft-XahuDelft-Xahu模型：模型：DelftDelft技術大學研究提出技術大學研究提出E12E01修正修正BurgersBurgers: :1AeBtBurgers:Burgers:1const第第2 2節(jié)節(jié) 瀝青路面材料結構力學特性瀝青路面材料結構力學特性四四、瀝青混合料強度特性、瀝青混合料強度特性1.受力特性受力特性A點點:剪應力反向剪應力反向VT=t1VT=t2A點點:主應力旋轉主應力旋轉T=t1T=t2T=t3VT=t3A動三軸試驗資料分析動三軸試驗資料分析1 13 31 1t t(1)(1)三向（三向（維維）受力狀態(tài)，承受）受力狀態(tài)，承受剪切剪切、拉伸拉伸和和壓縮壓縮作用作用(2)(2)應力狀態(tài)是