《道路工程》講義四

路面工程概述中南大學(xué)土木工程學(xué)院道路工程系主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)瀝青路面材料組成和基本性能

由于行車荷載、自然因素等對(duì)路面的影響隨深度的增加而逐漸減弱，路面的強(qiáng)度、抗變形能力和穩(wěn)定性也應(yīng)隨深度而逐漸降低要求，因此，路面的結(jié)構(gòu)應(yīng)分層鋪筑、分為若干層次結(jié)構(gòu)，并按各結(jié)構(gòu)層次的特定狀況進(jìn)行相應(yīng)的材料要求?！?、路面結(jié)構(gòu)組成第一節(jié)概述

路面結(jié)構(gòu)按照使用要求、受力狀況、土基支承條件和自然因素影響程度的不同分成若干層次，通常按照各個(gè)層位功能的不同劃分為面層、基層和路基三個(gè)層次，基層中包括底基層在內(nèi)。

面層：

直接同行車荷載、大氣接觸，承受較大的行車荷載作用（包括沖擊），同時(shí)受到降水、氣溫等的影響。與其它層次相比，它應(yīng)具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗變形能力，較好的水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，而且應(yīng)耐磨、不透水、抗滑、平整（另外還應(yīng)能適應(yīng)基層開裂對(duì)其影響或舊路面病害的反映）。材料的使用應(yīng)能適應(yīng)此功能要求。第一節(jié)概述◆2、路面的結(jié)構(gòu)層次與材料要求

基層：主要承受由面層傳來(lái)的車輛荷載垂直力并將其擴(kuò)散到下面的墊層及土基，是路面結(jié)構(gòu)的主要承重層（對(duì)于瀝青路面）或重要功能層（對(duì)于水泥砼路面），因此，它也應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度與剛度，并應(yīng)具有良好的擴(kuò)散應(yīng)力的能力；基層受大氣影響較面層小，但仍可能被面層滲入雨水浸濕或地下水影響，也可受溫度影響變形，因此仍應(yīng)具有足夠的水溫穩(wěn)定性；同時(shí)，為保證面層平整，它還應(yīng)具有較好的平整度。

墊層：墊層介于基層和土基之間，它可改善土基的濕度和溫度狀況、使面層與基層免受土基水溫狀況變化的不良影響或保護(hù)土基處于穩(wěn)定狀態(tài)；同時(shí)，也可擴(kuò)散基層傳遞的荷載應(yīng)力、減小土基的應(yīng)力與變形，并可阻止路基土擠入基層。一般墊層修于特定狀況道路工程結(jié)構(gòu)中，如防砂土基礎(chǔ)擠入基層、軟土地基擴(kuò)散應(yīng)力、凍土保溫隔溫等?！?、路面的結(jié)構(gòu)層次與材料要求第一節(jié)概述

面層：

用水泥混凝土、瀝青混凝土、瀝青碎石、泥灰結(jié)石、塊料等材料。

基層（包括底基層）：

材料主要有各種結(jié)合料穩(wěn)定土或穩(wěn)定碎石、貧水泥砼、天然砂礫、碎石/塊石/片石/礫石、工業(yè)廢渣結(jié)合混合料等。當(dāng)用不同材料修筑基層時(shí)，最下層的統(tǒng)一材料層稱為底基層，它可就近使用當(dāng)?shù)氐牟牧匣蛲痢?/p>

路基及墊層：

材料主要有松散粒料類透水層或穩(wěn)定土等穩(wěn)定隔離層。第一節(jié)概述◆2、路面的結(jié)構(gòu)層次與材料要求路面等級(jí)面層材料類型適用的技術(shù)等級(jí)高級(jí)瀝青混凝土，水泥混凝土高速、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)次高級(jí)瀝青貫入式，瀝青碎石，瀝青表面處治，整齊石塊或條石二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)中級(jí)碎、礫石（泥結(jié)或級(jí)配），半整齊塊石，其它粒料

三級(jí)、四級(jí)低級(jí)粒料加固土，其它當(dāng)?shù)夭牧霞庸袒蚋纳仆?，不整齊石塊四級(jí)第一節(jié)概述◆3、路面等級(jí)與分類

路面類型可從不同角度來(lái)進(jìn)行劃分，一般常按照面層所用的材料來(lái)進(jìn)行區(qū)分，如水泥混凝土路面、瀝青路面、砂石路面等等。但在工程設(shè)計(jì)中，則主要從路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和設(shè)計(jì)方法的相似性出發(fā)，將路面劃分為柔性路面、剛性路面和半剛性路面三類?！?、路面的分類第一節(jié)概述

柔性路面總體結(jié)構(gòu)剛度較小，荷載作用下的彎沉變形較大，抗彎拉強(qiáng)度較低，傳遞給土基的單位壓力也較大，它主要包括各種未經(jīng)處理的粒料基層和各類瀝青面層、碎（礫）石面層或塊石面層組成的路面結(jié)構(gòu)。

剛性路面主要指用水泥混凝土作面層或基層的路面結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度高、彈性模量高、處于板體工作狀態(tài)，傳遞給基礎(chǔ)的單位壓力小。

半剛性路面通過改善瀝青混凝土性能使其呈半剛性特性，其剛度介于瀝青混凝土和水泥混凝土之間。第一節(jié)概述◆3、路面的分類4、瀝青路面(AsphaltPavement)柔性基層瀝青路面(Asphaltpavementwithflexiblebase)半剛性基層瀝青路面(Asphaltpavementwithsemi-rigidbase)剛性基層瀝青路面(Asphaltpavementwithrigidbase)全厚式瀝青路面(FullDepthasphaltpavement)第一節(jié)概述5、水泥混凝凝土路面面（水泥泥路面））普通混凝凝土（JPCP）鋼筋混凝凝土（JRCP）連續(xù)配筋筋混凝土土（CRCP）鋼纖維混混凝土(SFCP)預(yù)應(yīng)力混混凝土、、裝配式式混凝土土、碾壓壓混凝土土第一節(jié)概概述第一節(jié)概述6、行車荷荷載及其其對(duì)路面面的影響響汽車荷載載既是路路基路面面的服務(wù)務(wù)對(duì)象，，又是造造成路基基路面結(jié)結(jié)構(gòu)損傷傷的主要要原因；；它是不不斷移移動(dòng)著著的、、具有有振動(dòng)動(dòng)和沖沖擊影影響的的動(dòng)荷載載；汽車荷荷載的的特性性包括括汽車輪輪重與與軸重重的大大小與與特性性、車軸的的布置置、汽車軸軸載的的時(shí)間間分布布特性性、以及汽汽車靜靜態(tài)與與動(dòng)態(tài)態(tài)荷載載的特特性比比較等不同同方面面。第一節(jié)概述輪壓與壓壓圓：：輪胎對(duì)對(duì)路面面的靜靜態(tài)壓壓力大大小與與胎內(nèi)內(nèi)壓相相接近近，壓壓面近近似為為圓形。輪壓的的影響響因素素（1）汽車車輪胎胎的壓壓力（2）輪載載大小?。?）輪胎胎的剛剛度、、輪胎胎與路路面的的接觸觸形態(tài)態(tài)接觸壓壓力受受接觸觸面的的形態(tài)態(tài)和輪輪胎花花紋的的影響響，一一般情情況下下接觸觸面上上的壓壓力分分布是是不均均勻的的。6、行車車荷載載及其其對(duì)路路面的的影響響運(yùn)動(dòng)車車輛對(duì)對(duì)路面面的作作用力力道路上上行駛駛的汽汽車除除給路路面施施加垂直靜靜壓力力外，還還施加加水平力力和振動(dòng)力力，對(duì)路路面固固定點(diǎn)點(diǎn)而言言，這這種影影響又又具有有瞬時(shí)性性和重重復(fù)性性。車輪作作用于于路面面的垂垂直壓壓力與與水平平壓力力a)停駐；；b)啟動(dòng)、、一般般行駛駛、加加速；；c)減速、、制動(dòng)動(dòng)；d)轉(zhuǎn)向PPPPVQQa)b)c)d)第一節(jié)概述1）水平平力：：行車安安全要要求qmax≤p?，其中中為為路路表與與車輪輪的附附著系系數(shù)，，它同同路面面類型型與濕濕度（（路面面狀態(tài)態(tài)）以以及行行車速速度有有關(guān)。。路表表層水水平力力過大大易導(dǎo)導(dǎo)致推推擠、、擁包包、波波浪及及車轍轍等病病害。2）振動(dòng)動(dòng)力：：振動(dòng)輪輪載最最大峰峰值與與靜載載之比比稱為為沖擊擊系數(shù)數(shù)，設(shè)設(shè)計(jì)路路面時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)以靜靜輪載載乘以以沖擊擊系數(shù)數(shù)作為為設(shè)計(jì)計(jì)荷載載。3）瞬時(shí)時(shí)作用用及重重復(fù)：：路面點(diǎn)點(diǎn)的車車輪作作用時(shí)時(shí)間約約為0.01~0.10s，結(jié)構(gòu)構(gòu)變形形來(lái)不不及呈呈現(xiàn)，，瞬時(shí)時(shí)作用用利于于結(jié)構(gòu)構(gòu)，但但多次次重復(fù)復(fù)作用用又易易使其其疲勞勞。第一節(jié)概述什么是是瀝青青混合合料？？瀝青混混合料料是由由礦質(zhì)混混合料料(包括粗粗集料料、細(xì)細(xì)集料料和礦礦物填填料等等）與與瀝青結(jié)結(jié)合料料拌和而而成的的混合合物，，也可可以稱稱為瀝青混混凝土土。將這種種混合合料加加以攤攤鋪、、碾壓壓成型型，即即成為為各種種類型型的瀝瀝青混混凝土土路面面。在在這種種結(jié)構(gòu)構(gòu)中，，粗骨料料起骨架作用，，瀝青與填料起膠結(jié)和填充的作用用。第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)瀝青混混合料料的主主要組組成材材料：：1.瀝青有機(jī)結(jié)結(jié)合料料（膠結(jié)結(jié)作用用）2.粗集料料礫石、、卵石石等（骨架架支撐撐作用用）3.細(xì)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觸觸點(diǎn)））4.填料礦物填填料，，水泥泥，細(xì)細(xì)粉等等（填充充密實(shí)實(shí)、增增強(qiáng)瀝瀝青的的粘結(jié)結(jié)作用用）主要組組成材材料瀝青混混合料料與水泥混混凝土土的工程程性質(zhì)質(zhì)和制制備工工藝截截然不不同，，但是是在組組成材材料上上卻有有相似似之處處。所所以在在學(xué)習(xí)習(xí)瀝青青混合合料的的過程程中可可以與與水泥泥混凝凝土進(jìn)進(jìn)行對(duì)對(duì)比。。第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)瀝青材材料是是由高高分子子碳?xì)錃浠虾衔锛凹捌溲苎苌镂锝M成成的、、黑色色或深深褐色色的固體、、半固固體或或粘稠稠狀物物、不溶溶于水水而幾幾乎全全溶于于二硫硫化碳碳的非晶態(tài)態(tài)有機(jī)機(jī)材料料（有有機(jī)膠膠凝材材料））。瀝青無(wú)機(jī)膠凝材料是？第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)瀝青有有什么么特點(diǎn)點(diǎn)?熱塑性性材料料，加熱就就軟化化；憎水性性材料料，耐耐水、、不溶溶于水水；不導(dǎo)電電；良好的的粘結(jié)結(jié)性和和粘彈彈性；；60C25C1hour1hour10hours第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)瀝青有有哪些些種類類?地瀝青瀝青分類：*石油瀝青：地殼中的原油，經(jīng)開采加工得到的瀝青。可以從生產(chǎn)工藝中考慮。天然瀝青：當(dāng)?shù)叵略屯ㄟ^巖石裂縫滲透到地表后并長(zhǎng)期暴露在大氣中時(shí)，其中所含輕質(zhì)部分蒸發(fā)，而殘留物經(jīng)氧化后成為天然瀝青，一般存在于巖石裂縫中（巖瀝青）、地面上或形成湖泊（湖瀝青、海底瀝青）。焦油瀝青：是煤、木材、頁(yè)巖等有機(jī)物經(jīng)干餾加工而得到的焦油再加工所得的產(chǎn)物。第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)石油瀝瀝青Petroleumasphalt認(rèn)識(shí)石石油瀝瀝青第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)石油瀝瀝青生生產(chǎn)工工藝：：原油在在提取取了汽汽油、、煤油油、柴柴油和和潤(rùn)滑滑油等等石油油產(chǎn)品品后，，其殘?jiān)俳?jīng)氧氧化裝裝置、、溶劑劑脫瀝瀝青裝裝置或或深拔拔裝置置等處理，即可可制成成石油油瀝青青。石油瀝青是怎么生產(chǎn)出來(lái)的？汽油煤油輕質(zhì)柴油柴油機(jī)油瀝青第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)化學(xué)成成分：：83%碳；10%氫；7%氧,氮和和硫；；微量的的釩、、鎳、、鋁和和硅。。石油瀝瀝青含含哪些些化學(xué)學(xué)成分分？第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)瀝青是瀝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響響瀝青青混合合料的的各項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)術(shù)性質(zhì)（（今后專專門學(xué)學(xué)習(xí)）；瀝青路路面在在選擇擇瀝青青標(biāo)號(hào)號(hào)時(shí)，，必須須考慮慮環(huán)境境對(duì)瀝瀝青混混合料料的作作用：公路等等級(jí)荷載等等級(jí)&重要性性氣候條條件溫度交通條條件交通量量路面類類型路面結(jié)結(jié)構(gòu)和和設(shè)計(jì)計(jì)的需需求瀝青的的選擇擇第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)粒徑大大于2.36mm的集料料為粗粗集料料，起骨架作作用。高速速公路路和一一級(jí)公公路宜宜選用用堅(jiān)硬硬、耐耐磨性性好的的碎石石和破破碎礫礫石。。粗集料料應(yīng)該該潔凈凈、干干燥、、表面面粗糙糙，符符合一一定的的級(jí)配配要求求，具具有足足夠的的力學(xué)學(xué)性能能，與與瀝青青有較較好的的粘附附性等等。粗集料料第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)粗集料料對(duì)強(qiáng)強(qiáng)度的的影響響第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)粒徑小小于2.36mm的集料料為細(xì)細(xì)集料：增增加密密實(shí)度度和耐耐久性性瀝青路路面的的細(xì)集集料包包括天天然砂砂、機(jī)機(jī)制砂砂、石石屑。。細(xì)集集料應(yīng)應(yīng)潔凈凈、干干燥、、無(wú)風(fēng)風(fēng)化、、無(wú)雜雜質(zhì)，，并有有適當(dāng)當(dāng)?shù)念w顆粒級(jí)級(jí)配；細(xì)集料料也要要富有有棱角角，應(yīng)應(yīng)盡可可能采采用機(jī)機(jī)制砂砂。天天然砂砂的棱棱角已已被磨磨去，，如果果用量量過多多，會(huì)會(huì)引起起混合合料穩(wěn)穩(wěn)定性性明顯顯下降降。細(xì)集料料天然砂砂機(jī)制砂砂第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)在瀝青青混合合料中中起填充作用的的粒徑小小于0.075mm的礦質(zhì)質(zhì)粉末末稱為填填料；；通常常采用用礦粉粉。瀝青混混合料料的礦礦粉必必須采采用石石灰?guī)r巖或巖巖漿巖巖中的的強(qiáng)基基性巖巖石等等憎水性性石料經(jīng)經(jīng)磨細(xì)細(xì)得到到的礦礦粉（（堿性)，原石石料中中的泥泥土雜雜質(zhì)應(yīng)應(yīng)除凈凈。填料料第二節(jié)節(jié)瀝瀝青路路面材材料組組成及及性質(zhì)質(zhì)按結(jié)合料料分類石油瀝青青混合料煤瀝青青混合料料按生產(chǎn)產(chǎn)工藝藝分類類：熱拌瀝青混混合料料溫拌瀝青混混合料料冷拌瀝青混混合料料再生瀝青混混合料料按礦料料級(jí)配配組成成及空空隙率率大小小分類類密級(jí)配配瀝青混混合料料（設(shè)設(shè)計(jì)空空隙率率為3-5%）半開級(jí)級(jí)配瀝青混混合料料（設(shè)設(shè)計(jì)空空隙率率為6-12%）開級(jí)配瀝青混合料料（設(shè)計(jì)空空隙率大于于18%）瀝青混合料料的種類按照公稱最最大粒徑分分類特粗式＞31.5mm粗粒式≥26.5mm中粗式16mm或19mm細(xì)粒式9.5mm或13.2mm砂粒式＜9.5mm第二節(jié)瀝瀝青路面材材料組成及及性質(zhì)瀝青混合料料的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度的決定定因素：內(nèi)因：內(nèi)摩摩擦角和粘粘聚力，其其值越大，，抗剪強(qiáng)度度越大；外因：決定定于溫度等等環(huán)境因素素。(1)影響瀝青混混合料內(nèi)摩摩擦角的因因素礦質(zhì)集料：：礦料尺寸較較大、顆料料均勻、有有棱角、表表面粗糙時(shí)時(shí)，所組成成的混合料料具有較大大嵌擠力與與內(nèi)摩阻力力。瀝青含量：：含量越少，，則礦料表表面形成的的瀝青膜越越薄，內(nèi)摩摩擦角越大大。瀝青混合料料的抗剪強(qiáng)度度瀝青混合料料的抗剪強(qiáng)度度(2)影響瀝青混混合料粘聚聚力的因素素瀝青材料的的粘結(jié)性瀝青的粘度度越大，混合料的粘粘滯阻力也也越大，抵抵抗剪切變