沥青路面设计

2、沥青混合料空间结构与压实性能 ✓②沥青混合料压实影响因素：
压实温度、压实速度、压实应力（功）、沥青用量等。
沥青混合料压实可行性区域
3、沥青混合料的力学特性
沥青混合料是由集料、沥青和空气组成的三相空间体
系。 强度取决于集料颗粒间的摩擦力和嵌挤力、沥青胶结料的黏
结性以及沥青与集料之间的黏附性。
影响：集料的类型、空间布型以及胶结料的类型、用量、与
等表征）； 3）级配不当，粗料少、细料多； 4）用油量偏大，或出现水损害； 5）沥青稠度太低； 6）车轮磨耗太严重。
2、沥青路面的损坏类型及其成因
表面抗滑测定
2、沥青路面的损坏类型及其成因
➢5）其它病害
包括泛油、坑洞、波浪、拥包、啃边等。
在行车水平力作用下，沥青面层材料的抗剪强度不足则易产生推挤拥包。 在行车作用和自然因素影响下，沥青路面边缘不断缺损，参差不齐，路面宽度减小。
✓ 原因： 1）沥青混合料高温稳定性不足，塑性变形累积； 2）路面结构及路基材料的变形累积； 3）车辆渠化交通的荷载磨耗－ －磨耗型车辙。
2、沥青路面的损坏类型及其成因
车辙图片
2、沥青路面的损坏类型及其成因
2、沥青路面的损坏类型及其成因
➢3）松散剥落 Ravelling and Stripping
• 力学经验法（M-E）：AI法；SHELL法；我国设计方法。
依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其特点是 理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。
• 典型结构法：法国方法；中国八·五研究成果。
通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，特点是减少 了设计的随意性，具有结构使用性能明确，结构图统一。
集料的黏附程度影响着沥青混合料的力学特性。
类型：按密实原则和嵌挤原则构成的沥青混合料的典型结构
类型有三种：密实悬浮结构、骨架空隙结构、骨架密实结构
3、沥青混合料的力学特性 1）沥青混合料力学参数试验——①三轴试验（摩尔库仑理论）
建立极限平衡条件
如何求沥青混合料的黏结力C和内摩擦角？
3、沥青混合料的力学特性
沥青混合料是一种由集料、沥青和空气组成的三相空间体系。
2、沥青混合料空间结构与压实性能
1）沥青混合料的体积参数关系
2、沥青混合料空间结构与压实性能
1）沥青混合料的体积参数关系
2、沥青混合料空间结构与压实性能
1）沥青混合料的体积参数关系
2、沥青混合料空间结构与压实性能
2）沥青混合料的压实性能
✓① 沥青混合料压实度及其控制：
波浪、拥包、坑槽、啃边
路面上形成有规则的低洼和凸起变形 沥青路面产生坑槽的原因是面层的网裂、龟裂未及时养护而逐渐形成坑槽。
2、沥青路面的损坏类型及其成因
表面泛油图片
2、沥青路面的损坏类型及其成因
高
沥青路面的水稳定性
速
公
路
路
面
坑
洞
现
象
3、对沥青路面的基本要求
①强度与刚度(开裂、变形) ②稳定性(高、低温、水稳定性) ③耐久性(疲劳、老化) ④平整性(舒适、动荷) ⑤抗滑性(安全) ⑥少尘性(环保)
• 应力大，时间长：
主要表现为塑性性质，除包含黏弹性性质外，还有较大一部分变形无法恢复，称为塑性变 形。
注意：沥青混合料的实际变形弹性、黏性、塑性三种都包含，不过根据应力大小和作用时 间不同而表现出以上各种不同性质为主的特点。
第一节 概述
核心内容
✓沥青路面的基本特性 ✓沥青路面的损坏类型及其成因 ✓对沥青路面的性能要求 ✓沥青路面设计的内容与方法
1、沥青路面的基本特性
沥青路面的工程特点
①优良的力学性能－变形性能与强度
②良好的抗滑性－雨天的行驶安全性
③施工方便－强度形成速度和维修
④经济耐久－使用寿命 ⑤有利于分期修建
沥青路面 结构受力
3、沥青混合料的力学特性
✓④简单拉压试验确定：
通过简单抗拉强度试验和间接抗 拉试验确定
✓⑤直剪试验确定：
通过不同压力的直接剪切 试验确定
4、沥青混合料黏弹性性质与力学模型
1）蠕变与松弛特性 creep and relaxation
✓①蠕变
蠕变 示意图
蠕变是应力不变，变形随时间而增加的现象。这一过程在应力不变情况下，取决于其作用 时间。沥青材料在不同应力及时间下表现：
• 密实类沥青路面-见土木工程材料
• 嵌挤类沥青路面-见土木工程材料 沥青路面
➢2）按施工工艺
施工录像
• 层铺法
• 路拌法
• 厂拌法
1、沥青路面的分类
➢ 3）按沥青路面材料的技术特点：
沥青混凝土（Asphalt Concrete）
ＨＭＡ 级配示意图
热拌沥青碎石（Asphalt Macadam）
乳化沥青碎石（Emulsion Asphalt Macadam)
✓定义： 沥青从矿料表面脱落，在荷载作用下面层呈现的松散现象。
沥青层出现松散剥落将会继而出现坑槽破坏。 ✓原因：
1）沥青与矿料黏附性差（沥青黏性差、集料黏附等级低、 集料潮湿、沥青老化后性能下降、冻融等）；
2）水的作用； 3）沥青在施工中的过度加热老化。
2、沥青路面的损坏类型及其成因
2、沥青路面的损坏类型及其成因
示意图
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
1、沥青路面的基本特性
◆沥青路面的优缺点（与普通水泥路面相比）
（1）表面平整无接缝、行车较舒适； （2）结构较柔，振动小，行车稳定性好； （3）车辆与路面的视觉效果好； （4）施工期短、施工成型快，能够迅速交付使用
（在机场跑道、高速公路上尤其需要） ； （5）易于维修，可再利用； （6）强度和稳定性受基层、土基影响较大； （7）沥青混合料力学性能受温度影响大； （8）沥青会老化，沥青结构层易出现老化破坏。
Transportation College, Southeast University
3、对沥青路面的基本要求
➢ 高温稳定性-高温下抵抗永久变形的能力； ➢ 低温抗裂性-抵抗低温抗裂的能力； ➢ 水稳定性-抵抗水损害的能力，密级配路面抗渗和排水路
面透水；
➢ 耐久性—抵抗老化与荷载重复作用的能力； ➢ 抗滑能力—保证不利情况下车辆安全形势的能力。
2、沥青路面的损坏类型及其成因
➢1）裂缝 横向裂缝
裂缝 纵向裂缝 网状裂缝
荷载型横向裂缝
温缩裂缝
非荷载型横向裂缝
反射裂缝
Down-top crack Top-down Crack
2、沥青路面的损坏类型及其成因
➢1）裂缝 cracking
表观形态分有：横裂、纵裂、网裂、块裂、不规则裂锋等 产生原因：
松散剥落图片
2、沥青路面的损坏类型及其成因
➢4）表面抗滑不足 surface skid resistance
✓定义： 沥青路面在使用过程中，表面集料被逐渐磨光，或者出现
沥青层泛油，使得沥青表层出现抗滑能力不足。 ✓原因： 1）集料软弱，宏观纹理和微观构造小； 2）粗集料抵抗磨光的能力差（由磨光值、棱角性、压碎值
-
-
ATPB-30
－
31.5 37.5
-
ATPB-25
－
26.5 31.5
AC-20 － SMA-20
-
-
中粒式
AC-16 － SMA-16 OGFC-16
-
AM-20 AM-16
19.0 26.5 16.0 19.0
AC-13 － SMA-13 OGFC-13
-
细粒式
AC-10 － SMA-10 OGFC-10
➢ 横向裂缝：分荷载型和非荷载型，非荷载型又分为沥青面层
缩裂和基层反射裂缝。荷载型因拉应力超过材料疲劳极限引 起，从下向上发展；非荷载型沥青面层缩裂因冬季沥青材料 收缩产生的应力大于材料强度引起，反射裂缝因基层收缩开 裂向面层延伸引起。
➢ 纵向裂缝：路面分幅摊铺时，接缝未处理好；路基原因等引
起失稳。
混合料类型
密级配
开级配
半开级配
连续级配 间断级配
间断级配
沥青 沥青稳定 沥青玛蹄 排水式沥 排水式沥青
混凝土 碎石 脂碎石 青磨耗层 碎石基层
沥青稳 定碎石
公称最 最大 大粒径 粒径 (mm) (mm)
特粗式
－ ATB-40
-
-
ATPB-40
－
37.5 53.0
－ ATB-30
-
粗Baidu Nhomakorabea式
AC-25 ATB-25
• 优化设计法
通过目标函数优化，使其具有性能与费用的最优性，但尚不成熟。
第二节 沥青路面的分类与特性
核心内容
✓沥青路面的分类 ✓沥青混合料空间结构与压实性能 ✓沥青混合料的力学特性 ✓沥青混合料的黏弹性性质与力学模型 ✓沥青混合料的变形特征 ✓沥青混合料的强度特性
1、沥青路面的分类
➢1）按强度构成原理：
0
国家精品课程
《路基路面工程》
Pavement Engineering
第八章 沥青路面
主要内容
第一节 概述 第二节 沥青路面的分类与特性 第三节 沥青路面的使用性能和分区 第四节 弹性层状体系理论 第五节 沥青路面的破坏状态、设计指标和标准 第六节 沥青路面结构组合设计
主要内容
第七节 我国沥青路面厚度设计 第八节 沥青路面结构排水设计 第九节 沥青路面改（扩）建设计 第十节 国外主要沥青路面设计方法概述
-
AM-13 AM-10
13.2 16.0 9.5 13.2
砂 粒 式 AC-5
－
-
-
-
AM-5 4.75 9.5
设计空隙率注
3～ 5 3～ 6 3～ 4
>18
(％ )
>18
6～ 12
1、沥青路面的分类
1、沥青路面的分类
1、沥青路面的分类
2、沥青混合料空间结构与压实性能
1）沥青混合料的体积参数关系
沥青贯入式
沥青表面处治 沥青玛碲脂碎石SMA （Stone Mastic Asphalt） 排水性沥青混凝土（Porous Asphalt Concrete）
ＳＭＡ 级配示意图
开级配抗滑磨耗层（ Open Graded Friction Course ）
1、沥青路面的分类
热拌沥青混合料种类
表 5.1.1
➢ 网裂：上述裂缝未及时处理，水渗入所致；结构强度不足；
沥青老化等
2、沥青路面的损坏类型及其成因
➢1）裂缝 纵向裂缝 longitudinal cracking
2、沥青路面的损坏类型及其成因
2、沥青路面的损坏类型及其成因
➢1）裂缝 横向裂缝 Transverse cracking
2、沥青路面的损坏类型及其成因
2、沥青路面的损坏类型及其成因
➢1）裂缝
块裂及网裂 Net Cracking
2、沥青路面的损坏类型及其成因
➢2）车辙 rut
✓ 定义： 路面结构及路基在行车荷载作用下的补充压实，或结构层
及路基中材料的侧向位移产生的累积永久变形。车辙还包括 轮胎磨耗引起的材料缺省。
车辙是沥青路面的主要破坏型式 ，对于半刚性基层沥青 路面，车辙主要发生在中面层或沥青表层。
沥青混合料的压实度直接决定着其成型后的强度，在一定范
围之内（没有出现过压时），压实度越大越好。
压实度表征的三种方式与实际控制方法：
（1）理论密度的压实度； （2）马歇尔密度的压实度； （3）试验段密度的压实度。
区别：分母不一样，分别是：真密度、马歇尔试件密度和试
验段取芯试件密度。
控制标准：93%、97%、99%。
✓②三轴试验
采用圆柱形试件，试件直径应大于矿料最大粒径的4倍，试件高与直径比大于2； 矿料最大粒径小于25mm时，试件直径10cm，高20cm；将一组试件分别在不同侧 压力下以一定加载速度施加垂直压力到试件破坏，此时该垂直压力为最大主应力， 侧压力为最小主应力。
m axctg
三轴压缩试验原理
3、沥青混合料的力学特性
✓③无侧限抗压试验及抗拉强度（间接抗拉）试验
采用圆柱形试件；无侧限抗压试验试件直径应大于矿料最大粒径的4倍，试件高径 比大于2，矿料最大粒径小于25mm时试件直径10cm高20cm；劈裂试验试件直径 101.60.25mm、高63.5 1.3mm（马歇尔试件），或轮碾机成型板块试件，或从道路 现场钻取直径1002或1502.5mm、高为405mm的圆柱体试件。
• 应力小，时间短：
主要表现为弹性性质，在应力施加后变形瞬时出现，应力撤除后变形迅速恢复。这种变形 叫做纯弹性变形（瞬时弹性变形），在该范畴内，应力应变呈直线关系；
• 应力较大，时间较才：
主要表现为黏弹性性质，应力施加后瞬时出现变形，然后变形仍逐渐增加，当应力撤除后， 一部分变形瞬时恢复（弹性变形部分），另一部分变形随时间缓慢恢复，这部分变形是黏弹 性变形（滞后弹性变形）。
4、沥青路面设计的内容与方法
◆沥青路面设计的内容
➢ 结构组合设计 ➢ 材料组成设计 ➢ 厚度设计验算 ➢ 结构方案比选 ➢ 路肩构造设计 ➢ 排水系统设计
4、沥青路面设计的内容与方法
沥青路面结构设计方法种类
• 经验法：AASHTO法；CBR法。
依据调查或大型试验总结得到的设计方法，其特点是符合试验地的 实际，但是不能结合不同地方的实际。