第十三章 沥青路面

沥青性质
影响因素
沥青含量
矿料级配
测试温度
3．抗弯拉强度
沥青路面在行车重复荷载作用下，往往因路面弯曲而产生开裂破坏。
材料性质
沥青性质
沥青含量
矿料性质
混合料均匀性
影响因素
温度状况
加荷状况
缺点：沥青路面的抗弯强度较低。
在低温时，沥青路面的抗变形能力很低。
沥青面层透水性小。
二、沥青路面的分类
1.按强度构成原理
（1
强度和稳定性：主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻力。
按其空隙率的大小可分为闭式和开式。
（2）嵌挤类：
特点：
采用颗粒尺寸较为均一的矿料；
强度和稳定性：主要依靠内摩阻力，粘聚力较次要。
2.按施工工艺
1）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。
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。
类型：沥青表面处治和沥青贯入式。
2路基或基层收缩与冰冻共同作用而产生的裂缝，裂缝是从基层开始逐渐反映到沥青面层开裂。
低温的裂缝大多是横向的。
沥青性质
影响因素
沥青老化
基层
面层
七、沥青路面的水稳定性
沥青混凝土的水稳性指标测定：
浸水马歇尔试验和沥青与矿料的粘附性试验，以检验沥青混合料受水损害时的抗剥落性能；
抗剪
强度低
抗弯拉
强度低
拉裂
滑移
参数：
1．抗剪强度
沥青混合料的剪切破坏：按摩尔——库仑原理进行分析。
沥青混合料抗剪强度：粘结力和内摩阻角。

四、沥青路面使用性能的气候分区
高温指标：30年设计周期的七月平 均最高温度：
低温指标：30年的极端最低气温的 最小值： 沥青路面分区：高低温指标； 沥青及沥青混合料分区：高低温及 降雨指标；
低温指标: 冬严寒区（<-37℃) 冬寒区（-37~-21.5℃) 冬冷区（-21.5~-9℃) 冬温区（>-9℃) 雨量指标: 潮湿区（>1000mm) 湿润区（500～1000mm) 半干区（250~500mm) 干旱区（<250mm）
σ—施加的应力，MPa；ε—总应变；t—荷载作用时间，s； T—材料的温度，℃。
S t ,T ( ) t ,T
1、沥青的劲度
由图中曲线看出： （1）加荷时间短时，曲线接近水平，表明材料处于弹性性状；加荷时间 很长时，便表现为粘滞性性状；处于二者之间时则兼有弹-粘性性状。 （2）各种温度下的S-t关系曲线具有相似的形状，如果将曲线作水平向移 动，则可将它们近似重合在一起。这意味着温度对劲度的影响同一定量的 加载时间对劲度的影响效果相当。 （温度和加载时间对劲度影响的互换性，是沥青材料的一个重要性质。利 用这一性质，可以通过采用变换试验温度的方法，把在有限时间范围内得 到的试验结果扩大到很长的时段）。
3、按沥青路面技术特点分： 沥青混凝土（ Asphalt concrete concrete） 热拌沥青碎石（ Asphalt macadam macadam） 乳化沥青碎石（ Emulsion asphalt macadam) 沥青贯入式 沥青表面处治 (Asphalt surfacing ) 沥青玛碲脂碎石 SMA （Stone mastic asphalt asphalt）等。
无侧限抗压试验及抗拉强度试验换算：

沥青混合料的高温稳定性
上海地区的沥青路面年变温和日变温曲线 沥青混凝土抗压强度随温度的变化
温度（℃） 50 20 0 －10 －35 平均抗压强度（MPa） 1.0～2.0 2.5～5.0 8.0～13.0 10.0～17.0 18.0～30.0
影响高温稳定性的因素 影响因素 集料 表面纹理 形状 尺寸 结合料 劲度 用量 粘度 混合料 荷载 环境 条件 空隙率 矿料孔隙率VMA 大小 因素变化 光滑→粗糙 圆角→砾 最大粒径增加 增加 增加 增加 增加 增加 增加 车辙深度 减小 减小 减小 减小 增加 减小 增加 增加 增加
2）煤沥青 不宜作沥青面层用，一般仅作为透层沥青使用 3）乳化沥青 酸性、潮湿的石料，以及低温季节施工宜选用阳离子乳化沥青；碱性石料 或与掺入的水泥、石灰、粉煤灰共同使用时，宜选用阴离子乳化沥青。 4）改性沥青 ①热塑性橡胶类：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯( SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯 （SIS)等 ②橡胶类：天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、丁二烯橡胶 (BR)等 ③树脂类:乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯( PE }、无规聚丙烯 (APP) ,聚氧乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS）等。
2.粗集料（大于4.75mm或2.36mm粒径）
1）沥青路面可用的粗集料有碎石、筛选砾石、破碎砾石、矿渣等 2）粗集料基本技术要求
指标 石料压碎值 视密度 吸水率 坚固性 不大于(%) 不小于(%) 不大于(%) 不小于 不大于(%) 高速公路、一级公 路 28 30 2.50 2.0 4级 12 15 其它等级公 路 30 40 2.45 3.0 3级法 （1）间接拉伸试验——低温劈裂试验：标准马歇尔试件（∅101.6±±0.25mm、高

(2)骨架空隙结构：较粗石料彼此紧密相接，较细粒料的数量较 少，不足以充分填充空隙。因此，混合料的空隙较大，石料 能够充分形成骨架。粗骨料之间的内摩阻力起重要的作用， 其结构强度受沥青性质和物理状态的影响较小，稳定性较好。 (3)骨架密实结构：综合以上两种方式组成的结构。混合料中即 有一定数量的粗骨料形成骨架，又根据粗料空隙的多少加入 细料，形成较高的密实度。间断级配即是按此原理构成。 2)嵌挤类 设计原则－－矿料按嵌挤原则设计 强度构成－－主要依靠骨料矿料之间相互嵌挤所产生的内摩阻 力，粘聚力则起次要作用。 特点：热稳定性较好，空隙率较大、宜渗水、耐久性较差
第十三章 沥青路面
沥青层－－在矿质材料中以各种方式掺入沥青材料铺筑而成的 路面结构层，统称为沥青层。 沥青路面－－面层采用沥青层的路面。 优点：沥青路面具有表面平整、耐磨、行车舒适，施工期短， 养护维修简便．适宜于分期修建等优点，因而在道路上获得 广泛的使用。 沥青及沥青混合料的物理力学性质受温度、荷载大小和荷载作 用时间长短的影响很大 材料和施工的质量是保证沥青面层使用性能和使用寿命的关键。 按密实或嵌挤原则组成的各类沥青面层，对组成材料的规格和 性能以及混合料的组成各有不同的要求，不同组成的混合料， 其路用性能不同。 提高路用性能的措施：1)按环境、交通和使用要求进行面层混 合料的组成设计。2)施工时要按设计的要求严格控制组成材 料的规格和重量以及混合料的正确配料。
目前沥青路面存在问题及原因： 问题： 1.高温车辙及变形问题 在高温地区、大型车辆特别是超载重载路段，车辙已成为沥青路 面潜在的最严重的破坏形式。 2.沥青路面水损害破坏的问题严重 沥青混合料的透水性（孔隙率大）和结构的排水系统不完善。 3.寒冷地区沥青路面温缩裂缝普遍存在。特别是反射裂缝 4.高速公路的表面功能，尤其是抗滑性能不足，恶性交通事故时 有发生。 原因： 1.高质量的沥青严重缺乏。 2.大型车辆特别是超载重载现象严重；环境（温度高、低时间长 和降雨期长）比较恶劣。 3.现有矿料级配基本上是从传统概念出发配制的连续式密级配沥 青混凝土，难以满足更高的要求

按沥青路面材料的技术特性
沥青混凝土Asphalt Concrete 热拌沥青碎石Asphalt Macadam 乳化沥青碎石Emulsion Asphalt Macadam 沥青贯入式Bituminous Penetration 沥青表面处治Bituminous Surface Treatment 沥青玛碲脂碎石SMA （Stone Mastic Asphalt） 排水性沥青混凝土Porous Asphalt Concrete 开级配抗滑磨耗层 Open Graded Asphalt Friction Course
压实成型的沥青混合料材料属性为颗粒性 材料 沥青混合料强度构成来源于两个方面：沥 青存在而产生的黏结力和集料存在而产生 的内摩阻力 力学强度主要取决于集料颗粒间的摩擦力 和嵌挤力、沥青胶结料的粘结性以及沥青 与集料之间的粘附性
沥青路面材料的结构与力学特性
沥青混合料的结构力学特性
不同级配组成的混合料，具有不同的空间 结构类型，强度构成有所不同
粘弹性材料的基本性质
应力应变关系的曲线性及不可逆性 对加载速度（时间效应）和试验温度（温度效应）
的依赖性，服从时间温度换算法则 具有十分明显的蠕变与应力松弛特性 线粘弹性材料服从Boltzmann线性叠加原理和复数 模量原理
沥青路面材料的结构与力学特性
沥青混合料粘弹性性质与力学模型
蠕变与松弛特性
按照设计雨量分区指标，三级区划分为4个区
概述
沥青路面使用性能的气候分区
沥青路面温度分区
数字越 小，气 候条件 越恶劣
气 候 区 名 1-1 1-2 1-3 1-4 2-1 2-2 2-3 2-4 3-2 夏炎热冬严寒 夏炎热冬寒 夏炎热冬冷 夏炎热冬温 夏热冬严寒 夏热冬寒 夏热冬冷 夏热冬温 夏凉冬寒

2020/7/23
HongxiaTAN
1、裂缝类
2020/7/23
路基路面工程
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路基路面工程
2020/7/23
HongxiaTAN
路基路面工程
2、变形类
车辙（（Rutting））定义：路面结构及土基在行车荷载作用下的不 断压实，以及结构层中材料的侧向位移产生的累积永久变形。车辙是 高级沥青路面的主要破坏型式。原因：渠化交通；沥青混合料高温塑 性变形累积；结构层材料的变形累积。对于半刚性基层沥青路面，车 辙主要发生在面层内。
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路基路面工程
高速公路、一级公路沥青路面技术指标
项目
目标值
测试方法
平整度 国际平整度指数 IRI<2.0 (m/km)、σ<1.0 (mm) T0933,T0932
抗滑性能
横向力系数、构造深度符合要求
T0965,T0961,T0963
高温稳定性
动稳定度符合要求
T0719
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13.3 对沥青路面的基本要求
路基路面工程
高温稳定性：确保高温时仍足够的强度和刚度 低温抗裂性：确保低温时具有较低的劲度和较大的抗变形能力 耐久性：具有抵抗稳定、阳光、空气、水等各种气候因素作用的能力 抗滑能力：路面潮湿情况下仍能高速安全行驶 防渗能力：空隙率越大，抗渗能力越差
≥500 ＜500 试验方法
冻融劈裂试验劈裂强度比(%)
≥75
≥70
T 0729
浸水马歇尔试验残留稳定度(%) ≥80
≥75
T 0709
注：对多余潮湿地区的重交通、特重交通等公路，其冻融劈裂强度比

2．抗拉强度 1）在气候较寒冷地区，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，就会产生拉应力，该应力超过沥青混合料的 抗拉强度，路面就会产生开裂。 2）沥青混合料的抗拉强度，可用直接拉伸试验 或间接拉伸试验—劈裂试验测定。见图 3） 沥青混合料在低温下的抗拉强度同沥青的 性质、沥青含量、矿质混合料的级配、测试时的 温度等因素有关。
3.抗弯拉强度
1）沥青路面在行车重复荷载作用下，往往因 路面弯曲而产生开裂破坏，因此，必须验算沥青 混合料的抗弯拉强度。 2）沥青混合料的抗弯拉强度在室内用粱式试 件在简支受力情况下测定。试验时用三分点法加 荷，梁中间部分处于纯弯拉状态。 3）沥青混合料的抗弯拉强度，取决于所用材 料的性质(沥青的性质、沥青的用量、矿料的性质、 混合料的均匀性)及结构破坏过程的加荷状况(重 复次数、应力增长速度等)。此外，计算时期的温 度状况对抗弯拉强度也有很大的影响。
3.根据沥青路面的技术特性，沥青面层可分为沥青 混凝土、热拌沥青碎石、乳化沥青碎石混合料、 沥青贯人式、沥青表面处治、沥青玛蹄脂碎石等 类型。
1）沥青表面处治路面是指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。 沥青表面处治的厚度一般为1.5～3.0cm。沥 青表面处治适用于三级、四级公路的面层、旧沥 青面层上加铺罩面或抗滑层、磨耗层等。 2）沥青贯入式路面是指用沥青贯人碎(砾)石作 面层的路面，使用时必须加铺封层处理。
max tg c
c和φ值可通过三轴剪切试验取得。
2）影响因素： 沥青混合料的抗剪强度主要取决于沥青与矿料 相互作用而产生的粘结力，以及矿料在沥青混合 料中相互嵌挤而产生的内摩阻角。
沥青混合料的粘结力取决于许多因素，其中最 主要的是沥青粘滞度、沥青含量与矿粉含量的比 值、以及沥青与矿料相互作用的特性；矿料的级 配、颗粒的形状和表面特性，都对沥青混合料的 内摩阻力产生影响。

②冷铺式。沥青混凝土热拌冷铺，有的国家也称为冷地沥青，常用于养护小修或需远距离输送混合料的工程， 所用沥青比热拌热铺者为稀，用量亦较少，以求在常温时有适当的松散度和粘性，但其使用寿命不及热拌热铺者。
技术特征
沥青路面沥青路面通常用于铺筑路面的面层，它直接受车辆荷载作用和大气因素的影响，同时沥青混合料的 物理、力学性质受气候因素与时间因素影响较大，因此为了能使路面给车辆提供稳定、耐久的服务。必须要求沥 青路面具有以下几个重要的特征：
基本分类
沥青路面沥青路面有多种分类方法，按集料种类不同分为：沥青砂、沥青土、沥青碎（砾）石混合料等；按 沥青材料品种不同分为：石油沥青路面、煤沥青路面、天然沥青路面和渣油路面。但较普遍的分类方法是按其施 工方法、技术品质和使用特点分为：沥青混凝土路面、厂拌沥青碎石路面、沥青贯入式路面、路拌沥青碎（砾） 石混合料路面和沥青表面处治路面。
沥青混合料配比搅拌之后，下一道工序就是进行沥青混合料的摊铺工作。在这个环节中，要注意以下几个重 要的方面：首先，在进行路面沥青摊铺之前，一定要清除路面基层上的杂物，保证路面基层的干燥、干净。同时， 要保证基层路面密实度、厚度的合理性，为沥青摊铺工作奠定重要的前提基础。在基本路面的整理中，要及时休 整基层路面存在的坑槽、松散等问题；其次，进行粘层、透层沥青的浇洒工作。在施工过程中，为了能够更好地 保证基层和面层粘结好，在面层铺筑工作的5-8个小时之前，要用1.0-1.2kg/m2的沥青量对基层表面进行浇注， 这样就有利于面层和基层的相互粘合。如果路面的基层是水泥混凝土路面或者是陈旧的沥青路面，为了保证面层 和基层的粘合，要在旧路面上喷洒一层粘度比较大的沥青；第三个步骤是摊铺沥青混合料。在沥青混合料的摊铺 过程中，沥青混合料摊铺机摊铺的过程是自动倾卸汽车将沥青混合料卸到摊铺机料斗后，然后根据沥青路面的基 本情况，通过链式传送器将混合料往后传到螺旋摊铺器，随着摊铺机不断往前移动，螺旋摊铺器即在摊铺带宽度 上均匀地摊铺混合料，沥青混合料摊铺之后，然后用振捣器进行振动挤压，最后通过熨平板整平。

网状裂缝主要是由于路面的整体强度不足引起，也可能是 由于路面的出现横向裂缝或纵向裂缝后未及时封填，加剧 发展而成，沥青的老化也可引起网状裂缝。
2、车辙
车辙是沥青路面在车辆荷载反复作用下产生剪切压密等永 久变形的积累，调查结果显示，车辙主要发生在高温季节， 尤其是渠化交通严重的重交通道路上，或行车道上。
的压实性能。
沥青混合料三相体系
沥青混合料的结构力学特性
1、组成结构：密实悬浮、骨架空隙结构、密实骨架结构
2、强度构成来源：沥青-粘结力、集料-内磨阻力 3、强度参数：粘结力c和内摩阻角φ
三轴试验
Sinφ=k-1/k+1,
c=b/2k0.5
简单拉压试验
粘结力和内摩阻角，也可根据无侧限抗压和轴向拉伸试验 取得的抗压强度和抗拉强度来计算：
2．按施工工艺的不同，沥青路面可分为层铺法、路拌法
和厂拌法三类 层铺法是用分层洒布沥青，分层铺撤矿料和碾压的方法修 筑，其主要优点是工艺和设备简便、功效较高、施工进度
快、造价较低，其缺点是路面成型期较长，需要经过炎热
季节行车碾压之后路面方能成型。用这种方法修筑的沥青 路面有沥青表面处治和沥青贯人式两种。
I型破坏(脆性区的破坏)； III型破坏(流动区的破坏)。
II型破坏(过渡区的破坏)；
( 1 ) 剪切强度：三轴试验
（2）断裂强度：主要用于分析随气温下降时沥青面层收
缩受阻而转化为收缩应力，当收缩应力超过极限强度时所 造成的缩裂问题。也有用于分析车辆紧急制动时，车轮后 侧路表受到的径向拉应力引起的拉裂问题。直接拉伸或间 接拉伸试验。
在我国，半刚性基层沥青路面的结构是最为普遍的结构形 式，车辙往往发生在沥青面层，基本上都是沥青混凝土产 生的流动型车辙，由发生在沥青面层以下各结构层永久变 形引起的结构性车辙基本没有或很少。