复合式路面结构特点及应用1

复合式路面结构特点及应用1、复合式路面1.1无论从经济、技术、使用性能方面都优于单一柔性或刚性路面结构。

规范定义：面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面1.2种类： 1）水泥复合式路面：碾压砼—普通砼（RCC —PCC ）、贫砼—普通砼（EPCC —PCC ）、2）水泥混凝土加铺沥青混凝土复合路面：碾压混凝土—沥青面层（RCC —AC ）、普通混凝土—沥青面层（PCC —AC ）、钢筋混凝土—沥青面层（JRC —AC ）、连续配筋混凝土—沥青面层（CRC —AC ）。

1.3 水泥混凝土——沥青混凝土（CC-AC ）复合路面特点：在水泥混凝土路面上加铺沥青层，即修筑水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面结构，不仅可减少沥青用量（与柔性路面相比），而且可弥补刚性路面的不足（行车舒适性差、养护难度大等）。

沥青面层薄时的应力分布沥青面层厚时的应力分布2.1 沥青路面路用性能（1）足够的力学强度，能承受车辆荷载施加到路面上的各种作用力；（2）一定的弹塑性变形能力，能承受应变而不破坏；（3）与汽车轮胎附着力较好，可保证行车安全；（4）有高度的减震性，可使汽车快速行驶，平稳而低噪音；（5）不扬尘，且容易清扫和冲洗；（6）维修工作比较简单，且沥青路面可再生利用。

2.2 沥青路面不同于其他路面的使用性能1）沥青路面高温性能沥青路面高温性能习惯上是指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。

稳定性不足，一般出现在高温、低加荷速率以及抗剪切能力不足时，也既沥青路面的劲度较低情况下（劲度——一定温度条件下的应力）对于渠化交通的沥青路面，高温稳定性问题主要表现为车辙；推移、拥包、波浪等类损坏，主要是由于沥青路面在水平荷载作用下抗剪强度不足所引起的。

2）沥青路面的低温稳定性沥青路面在低温环境下，失去柔性，变现出一定程度的脆性，并出现各种形式的低温裂缝。

路面上出现的各种裂缝，包括纵向裂缝、横向裂缝、龟裂、网裂等多与沥青路面低温下的脆性有关。

从国内路面裂缝的调查结果可知，由于路面设计不周或施工原因，而导致结构层本身强度不足，不能适应日益增长的交通量及轴载作用而产生的开裂，最初一般表现为纵向开裂，然后发展为网裂，这一类由荷载引起的裂缝，在中、低级道路及一些超载严重的高等级道路车道轮迹处常见。

对于大多数高等级公路来说，由于普遍采用了半刚性基层，有足够的强度，因此这一类荷载裂缝并不是主要的。

相反另一类裂缝即非荷载裂缝（低温裂缝）则普遍存在。

非荷载裂缝大部分为横向裂缝，主要为：①由于降温及温度循环反复作用，在离去路面产生的温度收缩裂缝；②由于半刚性基层收缩开裂产生的反射裂缝。

但是许多裂缝是多方面原因共同作用而产生的。

沥青路面的低温性能与沥青混凝土的低温变形能力有关，在很大程度上取决于沥青材料的低温性质、沥青与矿料的黏结强度、级级配类型以及沥青混合料的均匀性。

从低温抗裂性能要求出发，沥青混合料在低温时应具有良好的低温松弛性能，有较低的劲度和较大的变形适应能力，在降温收缩过程中不产生大的应力积聚，在行车荷载和其他因素的反复作用下不致产生疲劳开裂。

3）沥青路面水稳定性在沥青混合料和沥青结构内部有水的情况下，沥青路面会发生水损害，而水损害是沥青路面的主要病害之一。

行驶在沥青路面的汽车车轮动载荷载，在水分或冻融循环的综合作用下，使进入路面空隙中的水不断产生动水压力，从而在形成的真空负压抽吸的反复循环作用下，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青黏附性降低，并逐渐散失黏结力，沥青膜从石料表面脱落（剥离），沥青混合料掉粒、松散，继而形成沥青路面的松散、剥落和坑槽等损坏现象。

除了荷载及水分供给条件等外在因素外，沥青混合料的抗水损害能力时决定路面水稳定性的根本性因素。

它主要取决于矿料的性质，沥青与矿料之间相互作用的性质，沥青混合料的空隙率，以及沥青膜的厚度等。

4) 沥青路面疲劳特性随着公路交通量日益增长，汽车轴重不断增大，汽车对路面的破坏作用越来越明显，路面试用期间经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交叠变化状态，致使路面结构强度逐渐下降。

当荷载重复作用超过一定次数以后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳破坏。

5）沥青路面老化性能沥青材料在沥青混合料的拌合、摊铺、碾压过程及以后的沥青路面使用过程中都存在老化问题。

老化过程一般分为两个阶段，即施工过程中的热老化和路面使用过程中的长期老化（氧化）。

沥青混合料在拌合过程中的老化程度主要与温度有关，同时与沥青升温、存储的时间，脱水搅拌的程度及光、氧等因素密切有关外。

也与沥青在混合料中所处的形态有关，如混合料的空隙率、沥青用量等。

6）沥青路面抗滑性能沥青路面应有足够的抗滑能力，以保证在路面潮湿是，车辆能够高速安全行驶，而且在外界因素的作用下其抗滑能力不致很快降低。

沥青路面的抗滑性能取决于沥青路面的微观构造和宏观构造，而沥青混合料在很大程度上决定着沥青路面的特征，良好的路面构造能提高潮湿状态下路面—车轮间的排水能力，减少容易引起滑溜事故的弹性水动力润滑性摩擦的发生。

粗糙度与矿料的微表面性质、混合料的级配组成，以及沥青用量等因素有关。

7）沥青路面平整度路面表面平整度是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的重要使用性能。

路面不平整会引起车辆振动，从而对车辆磨耗、燃油消耗、行车舒适、路面损坏和交通安全等会产生直接的影响。

因此，平整度是度量路面使用性能的一项重要指标。

优良的路面平整度，要依靠优良的施工装备、精细的施工工艺、严格的施工质量控制以及经常和及时的养护来保证。

同时路面的平整度砼整个路面的结构，路基顶面的强度和抗变形能力，结构层所用材料的强度、抗变形能力以及均匀性有很大关系。

强度和抗变形能力差的路基路面结构和面层混合料，经不起车轮荷载的反复作用，极易出现沉陷、车辙和推挤破坏，从而形成不平整的路面。

8) 沥青路面防渗能力当沥青路面的防渗能力较差使，不仅影响沥青面层本身的水稳定性，而且还会影响到基层的稳定性。

停留在基层表层的水将使基层表面材料产生唧浆、软化，并导致承载能力降低。

沥青路面的抗渗能力主要取决于沥青混合料的水密性，沥青混合料的空隙率越大，其抗渗能力就越差。

为了防止水分渗入沥青路面结构内部，路面结构设计时，沥青面层至少有一层密集配沥青混凝土，其沥青混合料的现场空隙率应控制在8%以下，也可根据需要作封层结构。

2.3 沥青路面分类（6）按混合料的结构组成特点划分沥青混合料是由粗集料、细集料、矿粉和沥青以及外加剂所组成的一种复合材料。

粗集料分布在沥青与细集料形成的沥青胶砂中，细集料又分布在沥青与矿粉构成的沥青胶浆中，形成具有一定内摩阻力和黏结力的多级网络结构。

由于各组成材料用量比例不同，压实后沥青混合料内部矿料矿料分布状态、剩余空隙率也呈现出不同的特征，形成不同的组成结构，而具有不同组成结构特征的沥青混合料在使用时则表现出不同的性能。

按照沥青混合料的结构组成特点，将沥青混合料分为悬浮密实结构、骨架空隙结构和骨架密实结构。

①悬浮密实结构：配制的沥青混合料中，矿料颗粒由大到小连续存在，粒径较大的颗粒被较小一档的颗粒挤开，不能直接接触形成嵌挤骨架结构，彼此分离悬浮于较小颗粒和沥青胶浆之间，而较小矿料与沥青胶浆较为密实，形成了所谓悬浮式密实结构。

我国传统的AC-I就是典型的悬浮式密实结构。

悬浮式密实结构的沥青混合料经压实后，密实度较大，水稳定性、低温抗裂性和耐久性较好，是使用较为广泛的沥青混合料。

但这种沥青混合料结构强度受沥青性质及其状态影响较大，在高温条件使用时，由于沥青黏度降低，可能导致沥青混合料强度和稳定性下降。

②骨架空隙结构：当采用连续式开级配矿料与沥青组成沥青混合料时，较粗的集料颗粒彼此接触，形成互相嵌挤的骨架，但较细的粒料数量较少，不足以充填骨架空隙，以至压实后混合料中空隙较大，形成所谓的骨架空隙结构。

沥青碎石混合料（AM）和开级配磨耗层沥青混合料（OGFC）是典型的骨架空隙结构。

在形成骨架空隙结构的沥青混合料中，粗集料之间的嵌挤力对沥青混合料的强度和稳定性起着重要作用，结构强度受沥青性质和物理状态的影响较小，因而高温稳定性较好。

但由于压实后的沥青空隙率大，空气和水分等容易进入沥青混合料内部，引发沥青老化或将沥青从表面剥落，因此这种结构沥青混合料的耐久性值得关注。

通过百分率三种类型矿物质混合料级配曲线连续型密集配；连续型开级配；间断型密集配③骨架密实结构当采用间断型密集配矿料时，在沥青混合料中既有足够数量的粗集料形成骨架，又根据粗集料骨架空隙率的大小加入了足够的细集料和沥青胶浆，使之填满骨架空隙，形成较高密实度的骨架结构，这种结构兼具上述两种结构的优点，是一种较为理想的结构类型。

沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是一种典型的骨架密实型结构。

（7)按路面基层力学结构层特性分类①柔性基层沥青路面：以沥青稳定类材料、粒料等为基层的沥青路面，最常用结构形式为沥青混凝土面层+沥青稳定碎石基层+粒料基层。

柔性基层沥青路面总体刚度小，在车辆荷载作用下产生的弯沉变形较半刚性基层大，经路面各结构层传递，作用在土基上的单位压力较大。

柔性基层沥青路面时国外发达国家主要使用的路面结构形式，通过合理的结果组合、材料组成和厚度设计激昂车辆荷载传递给土基，使土基承受的单位压力处于一定的范围内。

虽然柔性材料模量较低，塑性变形较大，对减少表面弯沉、土基顶面压应力或沥青底层底拉应变的效果不如半刚性基层明显，但柔性基层沥青路面的极限应变比半刚性基层沥青路面大。

在柔性基层沥青路面的总变形中，路基变形约占90%以上，故对柔性基层沥青路面结构应提高路基强度或加强软弱地基处理。

②刚性基层沥青路面：以水泥混凝土结构（通常为贫水泥混凝土）作为基层，上面铺筑较厚的沥青层的路面。

贫混凝土、碾压混凝土、水泥混凝土等刚性基层与其他基层相比具有很高的强度、刚度，较好的整体性和稳定性，良好的抗冲刷性能，当采用多孔透水混凝土时还兼有内部排水功能。

水泥混凝土材料作为沥青路面的基层，可以发挥水泥混凝土具有强度高、稳定性好的优点，同时沥青混凝土作面层，则具有行车舒适、噪音小的优点。

这种复合式路面可以避免各自的缺点，具有良好的使用性能和耐久性。

贫混凝土和普通混凝土刚性基层比半刚性基层会产生更大的干缩和温缩裂缝，宜导致其上沥青面层出现反射裂缝。

所以在刚性基层的路面结构中，应采取防止反射裂缝的措施，以保证沥青面层不至于因为基层开裂而反射至沥青面层表面。

研究表明，在基层及沥青面层之间铺设大粒径沥青碎石、级配碎石、应力吸收层等中间结构层都能有效地防止反射裂缝，但必须采取措施保证沥青层与水泥混凝土之间有良好的黏结状态。

③半刚性基层沥青路面：以半刚性基层材料为基层，其上直接铺筑沥青面层的路面，结构形式为沥青混凝土面层+半刚性基层。