8 第13章 沥青路面

沥青含量的影响：
沥青含量 残余孔隙率 内摩擦角
粘结力
（％） （体积％）
(0)
（Mpa)
5
3.3
30
0.19
6
2.5
30
0.15
7
0.7
19
0.06
影响沥青混合料高温稳定性的因 素
沥青：适当提高其粘度，严格控制沥青 用量。
矿料：碱性矿料与沥青粘附性好 矿料级配：粗料含量提高至形成骨架，
如起骨架作用的碎石（Dmax～1/2Dmax) 颗粒必须有足够数量，不少于60％时有 较好的抗热变形能力。
E(Mpa) 223 361 516 683 790 895 999
六、沥青路面的高温稳定性
沥青路面在高温下产生的剪切变形形态
面层沿基层滑动 路面内部上下各层相互滑动推挤
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六、沥青路面的高温稳定性
影响沥青混合料高温稳定性的因素
沥青
为了使沥青混和料冬季不会发脆，沥青就不应太稠，同时 为了沥青混和料具有必要的耐高温变形能力，需采用软化点 较高的沥青
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三、沥青混和料的应力－应变特 性
沥青混和料的蠕变与松弛特性
蠕变 :当应力为一恒定值时，应变随时间逐 渐增加的现象。（下图中横坐标为加荷历时）
应变蠕变阶段
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1 沥青混和料的蠕变Creep
作用应力较小（低于屈服点），作用时间较短 时，表现有：
1 抗剪强度
强度构成 c,φ 材料c,φ值的测定 （课本P316、317中的
公式实为极限平衡关 系式）
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影响沥青混和料抗剪强度的因素
沥青与矿料间的粘结力
沥青的粘滞度
沥青含量 矿粉含量
碱性石料与沥青发生化 学吸附
沥青与矿料间的粘附性 矿料间的内摩擦力
酸性石料与沥青不会发 生化学吸附
矿料级配
矿料颗粒形状
矿料表面特性
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2 抗拉强度
急骤降温时，沥青混和料发生收缩，如果收缩 受阻，会产生拉应力，当超过材料的抗拉强度 时，路面产生开裂。
沥青混和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
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六、沥青路面的高温稳定性
车辙
是路面结构及土基在行车荷载作用下的补充 压实，以及结构中材料的侧向位移产生的累 积永久变形。
出现在行车轮带处，即形成路面的纵向带状 凹陷。
车辙是高级沥青路面的主要破坏型式
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Fig.1 Dense Graded AC Lab
Samples
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Fig.2 SMA Surface
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Fig.3: OGFC Lab Samples
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二、沥青混和料的强度特性
车辙、推挤、波浪、拥包、泛油
沥青混凝土强度与温度的关系：
温度
+50 +20 0
-10 -35
抗压强度 1~2 2.5~ 8~13 10~17 18~30
（Mpa)
5
沥青混凝土的蠕变模量(即蠕变试验中测得的劲度模量)和 回弹模量与温度的关系：
温度
+50 +45 +40 +35 +30 +25 +20
S(Mpa) 75 109 142 176 232 288 344
瞬时弹性变形－纯弹性（加荷瞬时产生，卸荷瞬时 恢复）
滞后弹性变形－粘弹性（荷载作用下缓慢增长，卸 荷后又缓慢恢复）
作用应力较大（高于屈服点），作用时间较长 时，表现有：
瞬时弹性变形－纯弹性
滞后弹性变形－粘弹性
塑性流动变形－塑性（残余变形）
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车辙
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六、沥青路面的高温稳定性
车辙－永久变形由两部分组成
(Open－Graded Friction Course )剩余空隙率20％左右
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三、沥青路面类型的选择
选择原则
任务要求：道路等级、交通量、使用年 限、修建费用
工程特点：施工季节、施工期限、基层状况
施工技术：人、机、料
沥青类路面一般不宜铺筑在纵坡大于6％的路段上， 纵坡大于3％的路段，考虑抗滑的要求宜采用粗粒 式沥青碎石或粗粒式沥青表面处治。
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抗弯拉强度的影响因素：
沥青性质及用量，矿料性质及级配，加载速率 及重复加载次数，试件温度。
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三、沥青混和料的应力－应变特 性
沥青混合料以粘弹塑性为其基本力学特征，其 应力－应变特性与荷载大小和作用时间、材料 温度有关。
沥青混和料的粘弹塑性特征
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三、沥青混和料的应力－应变特性
2 沥青混和料的应力松弛
应力松驰：应变为一恒定值时，应力随时间而衰减的过 程。
松弛时间：为使物体保持既得变形所需的力越来越小， 当应力下降到初始值的那段时间。（它与沥青粘滞度和 弹性模量有关，见下式）
t/E
上式表示松驰时间t’与粘滞度η成正比，与弹性模量E成反
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四、沥青混凝土路面的主要技 术问题
高温稳定性 低温抗裂性 耐久性（水稳定性、疲劳与老化） 表面抗滑性
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五、沥青路面的气候分区
分区依据：最高气温、最低气温和降雨 量
方法：先按30年最热月平均最高气温和 30年一遇极端最低气温划分沥青路面气 候分区（见P308表13-1），再按雨量资 料细分出沥青及沥青混合料气候分区见 P308表13-2）
材料的力学特性与加载速度有关，随着加载速度的 增加，材料的强度和刚度均会增大。
材料的力学特性对温度十分敏感，随着温度的升高， 材料的物理特征表现为变软，强度与刚度变小。
材料具有十分明显的蠕变creep和应力松弛 looseness现象。 －具有对时间的敏感性
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CV—混合料中集料的集中系数，即： CV=集料体积/（集料体积+沥青体积）
上式当沥青混合料的空隙率VV为3%时适用，若 VV大于3%，则CV需修正，即
CV

CV
1(VV 0.03)
沥青的劲度模量与沥青的软化点与沥青温之差、
针入度和荷载作用时间有关，可按Van der
Poel 诺谟图查出（建材中已讲）
疲劳试验通常采用两种方式控制加荷：
控制应力 控制应变
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沥青混和料的疲劳特性的影响因素
因素
因素增加时对疲劳寿命
的影响
因素
控制应力 控制应变
因素增加时对疲劳寿 命的影响
控制应力 控制应变
沥青粘度
沥青含量直至 最佳值
超过最佳值
增加 增加 减少
减少 增加 增加
影响因素
沥青性质、沥青含量
矿料级配
测试时的温度
加荷速率
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3 抗弯拉强度
在行车荷载反复作用 下，路面弯曲而产生 开裂破坏。
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试验：测重复荷载作用下的弯拉强度和 弯拉回弹模量。
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一、沥青混和料的结构类型
按结构特点分为三类：
悬浮密实结构：沥青混凝土 连续型密级配
骨架空隙结构：沥青碎石混合料、 OGFC 连续型开级配
骨架密实结构: SMA 间断型密级配
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路拌沥青稳定土 厂拌法：
厂拌沥青碎石：开级配、剩余空隙率10％～15％ 沥青混凝土：密级配、剩余空隙率10％以下
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二、沥青路面的分类
3、根据沥青路面的技术特性分类：
沥青表面处治路面(asphalt surface treatment) 沥青贯入式路面(asphalt penetration) 沥青碎石路面AM(asphalt macadan) 沥青混凝土路面AC(asphalt concrete) 乳化沥青碎石路面emulsified asphalt 沥青马蹄脂碎石路面SMA(stone mastic asphalt) 开级配沥青磨耗层OGFC
疲劳断裂破坏：在重复荷载作用下，裂缝端面不断 改变并逐渐扩展，当疲劳裂缝扩展到临界裂缝尺寸， 裂缝就产生由稳定扩展到不稳定扩展的转化而导致 沥青混和料的疲劳断裂破坏。
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四、沥青混和料的疲劳特性
室内大型疲劳试验法：采用梁式试件， 进行反复加载弯曲试验，也可采用反复 加荷间接拉伸试验（劈裂试验）。
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六、沥青混凝土路面的主要矛盾
高温稳定性与低温抗裂性、抗疲劳性能
表面服务功能与耐久性
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第2节 沥青路面材料的力学特 性
沥青混和料的结构类型 沥青混和料的强度特性 沥青混和料的应力－应变特性 沥青混和料的疲劳特性
比
因此，沥青混合料力学特性与以下因素有关
荷载大小 荷载作用时间与应力松弛时间的比值 材料的温度
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三、沥青混和料的应力－应变特性
劲度模量Stiffness Modulus
荷载作用时间和材料温度对沥青混和料的影响－
用劲度模量Stiffness Modulus来表征。
第十三章
沥青路面
Asphalt Pavement
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第1节 概述 一、沥青路面的基本特性
沥青路面－用沥青材料作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。
属柔性路面，其强度和稳定性在很大程度上取 决于土基和基层的特性。
沥青路面的工程特点 表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动
沥青混和料是一种典型的弹、粘、塑性综合体， 在低温小变形范围内接近弹性体， 在高温大变形范围内表现为粘塑性体， 而在通常温度的过渡范围内则为一般粘弹性体。
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三、沥青混和料的应力－应变特 性
沥青混和料的粘弹塑性特征主要表现在以下三 个方面：
沥青混合料的劲度模量由Van der Peol 提出：
定义：材料在给定的荷载作用时间和温度条件下应
力与总应变的比值，即：
S t ,T



n
计算公式
SmSb12n.51CC VV

式中，Sm，Sb—分别为沥青混合料和沥青
的劲度模量，Mpa.
n0.83lg4S1b 04
空隙率％
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减少
减少
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集料％ 增加
温度 减少
加载率
密实度 （压实 度）
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增加 增加
减少 增加 减少
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五、沥青路面的温度 状况
气温 太阳辐射 路面结构内的温度梯度
路面内部温度分布状况 －统计分析方法
六、沥青路面的高温稳定性
沥青路面高温稳定性不足的破坏形态－剪切变形
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四、沥青混和料的疲劳特性
疲劳破坏、疲劳寿命
沥青混和料疲劳破坏的发展过程
疲劳裂缝：沥青混和料由于材料表面和内部存在异 质和瑕疵等缺陷，如尘粒、水泡、孔隙以及表面形 状不规则等使应力传递不均匀而引起应力集中，局 部地区的应力经过一定的荷载重复作用次数后就开 始形成疲劳裂缝。
小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜 分期修建
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一、沥青路面的基本特性
沥青路面的使用功能要求
强度与刚度（开裂、变形） 稳定性（高低温、水稳定性） 耐久性（疲劳、老化） 平整性（舒适、动荷） 抗滑性（安全） 少尘性（环保）
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二、沥青路面的分类
1、按强度构成原理分类
密实类 按剩余空隙率的大小细分为
闭式 3％～6％ 开式6％以上
嵌挤类
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二、沥青路面的分类
2、按施工工艺的不同，沥青路面可分为层铺 法、路拌法、厂拌法三类
层铺法:沥青表面处治、沥青贯入式 路拌法：路拌沥青碎（砾）石