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文檔簡介
1、瀝青路面越來越多地被應用于不同等級的公路,其原因何在?地方道路地方道路高速公路高速公路城市道路城市道路 1瀝青混合料是一種粘彈性材料,具有良好的力學性能,鋪筑的路面平整無縫,振動小,噪音低,行車舒適。 2路面平整且有一定的粗糙度,耐磨好,無強烈反光,有利于行車安全。 3施工方便,施工時不需要養(yǎng)護,能及時開通交通。 4維修簡單,舊瀝青混合料可再生利用。1瀝青路面容易老化。2溫度穩(wěn)定性差。 但是但是! 在長期的大氣因素作用下,因瀝青塑性降低,脆性增強,粘聚力減小,導致路面表面產(chǎn)生松散,引起路面破壞。瀝青路面老化現(xiàn)象瀝青路面老化現(xiàn)象老化老化 定義?定義?夏季高溫瀝青易軟化,路面易產(chǎn)生車轍、波浪;冬季
2、低溫時易脆裂,在車輛重復作用下易產(chǎn)生開裂。(1)瀝青路面瀝青路面:所有以瀝青結(jié)合料來粘結(jié)礦料鋪筑而成的不同路面結(jié)構(gòu)均為瀝青路面。(2)瀝青路面分類瀝青路面分類:主要有瀝青表面處治、瀝青貫入式、瀝青碎石、瀝青混凝土等路面結(jié)構(gòu)形式。 瀝青表處和瀝青貫入式瀝青表處和瀝青貫入式:次高級路面,礦料級配沒有嚴格要求,一般以現(xiàn)場進行礦料攤鋪并灑熱瀝青后進行碾壓成型的。 瀝青碎石瀝青碎石:次高級路面,有廠拌和路拌之分,前者質(zhì)量與性能穩(wěn)定。瀝青碎石中礦料級配有一定要求,但沒有瀝青混凝土的嚴格,其中沒有或較少使用礦粉,孔隙率較大。 瀝青混凝土瀝青混凝土組成特點是:級配要求嚴格、使用礦粉(填料)較多、一般拌和要求嚴
3、格(廠拌)。其級配有連續(xù)級配、間斷級配之分,近年來瀝青路面中出現(xiàn)了許多新的結(jié)構(gòu)形式:如SMA、OGFC、SUPERPAVE等。本課程主要介紹常規(guī)瀝青混合料的性能、結(jié)構(gòu)、強度特性(3)瀝青路面的優(yōu)缺點瀝青路面的優(yōu)缺點主要優(yōu)點優(yōu)點:優(yōu)良的結(jié)構(gòu)力學性能和表面功能特性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)力學性能和表面功能特性:一般瀝青路面均具有良好的受力特性;路面平整、無裂縫或接縫、柔韌舒適、貨物損失率低、噪音小等優(yōu)點表面抗滑性能好表面抗滑性能好:瀝青路面平整、表面粗糙,有一定的粗、細紋理構(gòu)造,能保證車輛高速安全行駛施工方便施工方便:瀝青路面可以集中拌和(廠拌)、機械化施工(攤鋪、碾壓等),完全可以實現(xiàn)大面積施工,質(zhì)量能夠得以
4、保障,開放交通早經(jīng)濟耐久性好經(jīng)濟耐久性好:與水泥路面相比,瀝青路面一次性投資要低得多,但其使用壽命一般在高速公路和機場到面中以15年計,實際使用中只要施工質(zhì)量好、養(yǎng)護保養(yǎng)及時有的可以使用20年便于再生利用便于再生利用:瀝青再生利用已成為發(fā)達國家一項熱門的可持續(xù)發(fā)展和能源再生利用的新型課題,我國目前也在進行這方面的研究和技術(shù)開發(fā);可以有利于分期修建其它其它:如抗震性好、日照下不反射引起眩光、晴天無揚塵、雨后不泥濘等主要缺點缺點:瀝青易老化瀝青易老化:瀝青是多組分有機材料,隨著使用期的延長,瀝青的膠體結(jié)構(gòu)和組成成分發(fā)生變化,使瀝青粘性變差、塑性降低、瀝青路面易表面松散、整體性降低,從而導致結(jié)構(gòu)破壞
5、;溫度敏感性較差溫度敏感性較差:夏季高溫易流淌,高溫穩(wěn)定性差;低溫易發(fā)脆,抗裂性能差??刹捎脙?yōu)質(zhì)瀝青或采取改性措施等。 目前公路與城市道路路面多采用復合類的瀝青混合料,如AC-16F既屬于熱拌瀝青混合料、又屬于密級配的、中粒式瀝青混合料。材料級配組成及空隙率大小分材料組成及 結(jié)構(gòu)分 制造工 藝分 公稱最大粒徑分1.特粗式瀝青混合料2.粗粒式瀝青混合料3.中粒式瀝青混合料4.細粒式瀝青混合料5.砂粒式瀝青混合料1.連續(xù)級配瀝青混合料2.間斷級配瀝青混合料1.密級配瀝青混合料2.半開級配瀝青混合料3.開級配瀝青混合料1.熱拌瀝青混合料2.冷拌瀝青混合料3.再生瀝青混合料瀝青瀝青 混合料混合料一、瀝
6、青混合料的類型及組成結(jié)構(gòu)一、瀝青混合料的類型及組成結(jié)構(gòu)NoImage1、 瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代理論瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代理論2、 瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型 由于材料組成分布、礦料與礦料及礦料與瀝青間的相互作用、剩余空隙率的大小等不同,混合料可分為懸浮密實結(jié)懸浮密實結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)、骨架密實結(jié)構(gòu)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)、骨架密實結(jié)構(gòu)三大類。2、 瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型(1) 懸浮密實結(jié)構(gòu)懸浮密實結(jié)構(gòu)組成的基本特點組成的基本特點:采用連續(xù)級配,礦料顆粒連續(xù)存在,而且細集料含量較多,將較大顆粒擠開,使大顆粒不能形成骨架,而較小顆粒與瀝青膠漿比較充分,將空隙填充密實,使大
7、顆粒懸浮于較小顆粒與瀝青膠漿之間,形成“懸浮-密實”結(jié)構(gòu)。代表類型代表類型:按照連續(xù)密級配原理設計的DAC型瀝青混合料是典型的這種懸浮密實結(jié)構(gòu)。力學特點力學特點:大顆粒未形成骨架,內(nèi)摩阻力值較?。恍☆w粒與瀝青膠漿含量充分,粘結(jié)力C值較大。路用性能特點路用性能特點:由于壓實后密實度大,該類混合料水穩(wěn)定性、低溫抗裂性和耐久性較好;但其高溫性能對瀝青的品質(zhì)依賴性較大,由于瀝青粘度降低,往往導致混合料高溫穩(wěn)定性變差。(2) 骨架空隙結(jié)構(gòu)骨架空隙結(jié)構(gòu)組成的基本特點組成的基本特點:采用連續(xù)開級配,粗集料含量高,彼此相互接觸形成骨架;但細集料含量很少,不能充分填充粗集料件的空隙,形成所謂的“骨架-空隙”結(jié)構(gòu)
8、。代表類型代表類型:瀝青碎石AM和開級配磨耗層瀝青混合料OGFC等。力學特點力學特點:大顆粒形成骨架,內(nèi)摩阻力值較大;小顆粒與瀝青膠漿含量不充分,粘結(jié)力C值較低。路用性能特點路用性能特點:粗集料的骨架作用,使之高溫穩(wěn)定性好;由于細集料含量少,空隙未能充分填充,耐水害、抗疲勞和耐久性能較差,所以一般要求采用高粘稠瀝青,以防止瀝青老化和剝落。(3) 骨架密實結(jié)構(gòu)骨架密實結(jié)構(gòu)組成特點組成特點:采用間斷級配,粗、細集料含量較高,中間料含量很少,使得粗集料能形成骨架,細集料和瀝青膠漿又能充分填充骨架間的空隙,形成“骨架-密實”結(jié)構(gòu)。代表類型代表類型:瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA。力學性能特點力學性能特點:
9、粗集料的骨架作用,內(nèi)摩阻力值較大;小顆粒與瀝青膠漿含量充分,粘結(jié)力C值也較大,綜合力學性能較優(yōu)。路用性能特點路用性能特點:該類混合料高低溫性能均較好,具有較強的疲勞耐久特性;但間斷級配在施工拌合過程中易產(chǎn)生離析現(xiàn)象,施工質(zhì)量難以保證,使得混合料很難形成“骨架-密實”結(jié)構(gòu)。隨著施工技術(shù)的發(fā)展,這類結(jié)構(gòu)得以普遍使用,但一定防止混合料拌合生產(chǎn)、運輸和攤鋪等施工過程中防止混合料產(chǎn)生離析。1、瀝青混合料的強度形成原理、瀝青混合料的強度形成原理 瀝青混合料在常溫和較高溫度下,由于瀝青的粘結(jié)力不足而產(chǎn)生變形或由于抗剪切強度不足而破壞,一般采用庫侖理論來分析其強度和穩(wěn)定性。二、瀝青混合料的結(jié)構(gòu)強度及其影響因素
10、二、瀝青混合料的結(jié)構(gòu)強度及其影響因素路面破壞原因分析:路面破壞原因分析: 高溫時,由于瀝青混合料抗剪強度不足,引起塑性變形過大(塑性變形為不可恢復變形,隨著時間產(chǎn)生累積),使路面產(chǎn)生波浪、車轍、擁包與推移等高溫變形破壞。 低溫時,抗拉強度或抗變性能力不足,由于混合料收縮受阻產(chǎn)生的拉應力超過了混合料的抗拉強度,而在混合料內(nèi)產(chǎn)生裂縫。2 瀝青混合料結(jié)構(gòu)強度的影響因素瀝青混合料結(jié)構(gòu)強度的影響因素(1)瀝青結(jié)合料的粘度粘度 瀝青結(jié)合料的粘度反映瀝青自身的內(nèi)聚力。瀝青粘度增大,瀝青混合料粘結(jié)力明顯增大,內(nèi)摩阻角稍有增加。(2)礦質(zhì)混合料性能礦質(zhì)混合料性能的影響 礦料的巖石種類、級配組成、顆粒形狀和表面粗
11、糙度等特性對瀝青混合料的嵌鎖力或內(nèi)摩阻角影響較大。(3)瀝青與礦料在界面上的交互作用瀝青與礦料在界面上的交互作用 堿性石料的瀝青混合料強度和穩(wěn)定性比酸性石料的好。(4)礦料比面和瀝青用量礦料比面和瀝青用量的影響 混合料強度取決于:嵌擠密實的礦料骨架,高粘度的瀝青結(jié)合料,適宜的瀝青用量,采用能產(chǎn)生化學吸附作用的活性礦料。(5)使用條件的影響使用條件的影響 環(huán)境溫度和荷載作用環(huán)境溫度和荷載作用特性對混合料的強度影響也較大。 溫度升高,瀝青粘度降低,混合料的粘結(jié)力也下降,混合料整體強度都下降。 荷載作用體現(xiàn)在荷載作用時間或變形速率上,一般變形速率增加,瀝青混合料的粘結(jié)力也增大,整體強大則增高。三、瀝
12、青混合料的路用性能三、瀝青混合料的路用性能1、高溫穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性 高溫穩(wěn)定性是指瀝青混合料在高溫條件下,能夠抵抗車輛荷載的反復作用,不發(fā)生顯著永久變形,保證路面平整度的特性。這種特性是導致瀝青路面產(chǎn)生車轍、波浪 及擁包等病害的主要原因。在交通量大、重車比例和經(jīng)常變速路段的瀝青路面上,車轍是最嚴重、最有危害的破壞形式之一。 高溫穩(wěn)定性的評價方法及指標 馬歇爾穩(wěn)定度試驗 馬歇爾穩(wěn)定度試驗方法迄今已經(jīng)歷了半個多世紀。馬歇爾試驗設備簡單、操作方便,被世界上許多國家所采用,是目前我國評價瀝青混合料的高溫性能的主要試驗之一。 車轍試驗 目前我國的車轍試驗是采用標準方法成型的瀝青混合料板塊狀試件,在規(guī)定
13、的溫度條件下,試驗輪以421 次/min 的頻率,沿著試件表面同一軌跡上反復行走,測試試件表面在試驗輪反復作用下所形成車轍深度(2) 影響高溫穩(wěn)性的主要因素分析 提高瀝青的高溫粘度:瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的形成主要來源于礦質(zhì)集料顆粒間的嵌鎖作用及瀝青的高溫粘度。 瀝青的高溫粘度越大,與集料的粘附性越好,相應的瀝青混合料的抗高溫變形能力就越強。可以使用合適的改性劑來提高瀝青的高溫粘度,降低感溫性,提高瀝青混合料的粘結(jié)力,從而改善了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。 碎石集料:在瀝青混合料的組成材料中,礦料礦料性質(zhì)對瀝青混合料高溫性能影響是至關(guān)重要的。采用表面粗糙、多棱角、顆粒接近立方體的碎石集料。 集料結(jié)構(gòu)
14、:粗集料嵌鎖骨架結(jié)構(gòu)。 瀝青用量量的影響的影響:隨著瀝青用量的增加,瀝青膜增厚,自由瀝青比例增加,在高溫條件下,易發(fā)生明顯的流動變形,從而導致瀝青混合料抗高溫變形能力降低。隨著瀝青膜厚度的增加,車轍深度隨之增加。 2 、低溫抗裂性、低溫抗裂性低溫收縮開裂主要有兩種形式:材料低溫收縮裂縫、低溫收縮疲勞裂縫 低溫抗裂性的評價方法和評價指標 評價方法可以分為三類:預估瀝青混合料的開裂溫度;評價瀝青混合料的低溫變形能力或應力松馳能力;評價瀝青混合料斷裂能 預估瀝青混合料的開裂溫度 低溫蠕變試驗 蠕變變形曲線可分為三個階段,第一階段為蠕變遷移階段,第二階段為蠕變穩(wěn)定階段,第三階段為蠕變破壞階段。蠕變速率
15、越大,瀝青混合料在低溫下的變形能力越大,松弛能力越強,低溫抗裂性能越好。 低溫彎曲試驗 在試驗溫度-100.5的條件下,以50mm/min 速率,對瀝青混合料小梁試件跨中施加集中荷載至斷裂破壞,記錄試件跨中荷載與撓度的關(guān)系曲線。瀝青混合料在低溫下破壞彎拉應變越大,低溫柔韌性越好,抗裂性越好。 約束試件的溫度應力試驗 測定在降溫冷卻過程中試件內(nèi)部的溫度應力變化曲線,直至試件斷裂破壞。凍斷溫度與瀝青性能、瀝青路面抗裂性能的相關(guān)性最好,凍斷強度也有較好的相關(guān)性。(2) 影響瀝青混合料低溫性能的主要因素 瀝青的低溫勁度的影響,取決于瀝青粘度和溫度敏感性。在寒冷地區(qū),可采用稠度較低、勁度較低的瀝青,或選
16、擇松弛性能較好的橡膠類改性瀝青來提高瀝青混合料的低溫抗裂性。 級配的影響:密級配的低溫抗拉強度高于開級配的瀝青混合料,但是粒徑大、空隙率大的瀝青混合料內(nèi)部微空隙發(fā)達,應力松弛能力略強,溫度應力有所減小,兩方面的影響相互抵消,故級配類型與瀝青路面開裂程度之間沒有顯著關(guān)系。 同時環(huán)境因素對瀝青混合料的開裂也有一定影響。3、瀝青混合料的耐久性、瀝青混合料的耐久性 定義:定義:耐久性耐久性是指瀝青混合料在使用過程中抵抗環(huán)境因素及行車和在反復作用的能力,它包括瀝青混合料的抗老化性、抗疲勞性等綜合性制。(1) 瀝青混合料的抗老化性 老化原因:在瀝青混合料使用過程中,受到空氣中氧、水、紫外線等介質(zhì)的作用,促
17、使瀝青發(fā)生諸多復雜的物理化學變化,逐漸老化或硬化,致使瀝青混合料變脆易裂,從而導致瀝青路面出現(xiàn)各種與瀝青老化有關(guān)的裂紋或裂縫。 影響因素:瀝青的老化程度、外界環(huán)境因素和壓實空隙率等。 在氣候溫暖、日照時間較長的地區(qū),瀝青的老化速度快,而在氣溫較低、日照時間短的地區(qū),瀝青的老化速率相對較慢。 瀝青混合料的空隙率越大,環(huán)境介質(zhì)對瀝青的作用就越強烈,其老化程度也越高。壓實空隙率的增大,回收瀝青針入度減小,老化程度增加。道路中部車輛作用次數(shù)較高,對路面的壓密作用較大,中部的瀝青比邊緣部位瀝青的老化程度輕些。 解決措施:選擇耐老化瀝青,有足量的瀝青含量。施工過程中,應控制拌合加熱溫度,并保證瀝青路面的壓
18、實密度。(2)水穩(wěn)定性 水穩(wěn)定性是瀝青混合料抵抗由于水侵蝕而逐漸產(chǎn)生瀝青膜剝離、松散、坑散等破壞的能力。水穩(wěn)定性差的瀝青混合料在有水存在的情況下,會發(fā)生瀝青與礦料顆粒表面的局部分離,同時在車輛荷載作用下加劇瀝青和礦料的剝落,形成松散薄弱塊,飛轉(zhuǎn)的車輪帶走局部剝離的礦?;驗r青,從而造成路面的缺失,并逐漸形成坑槽,即所謂的瀝青路面“水損害”。當瀝青混合料的壓實空隙率較大,路面排水系統(tǒng)不完善時,會加速瀝青路面的“水損害”。水穩(wěn)定性的評價方法與評價指標:水穩(wěn)定性的評價方法與評價指標: 瀝青與集料的粘附性試驗:水煮法、水浸法、光電比色法及攪動水凈吸附法等。 浸水試驗:浸水馬歇爾試驗、浸水車轍試驗、浸水劈
19、裂強度試驗和浸水抗壓強度試驗等。以浸水前后的馬歇爾穩(wěn)定度比值、車轍深度比值、劈裂強度比值和抗壓強度比值的大小評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性。 凍融劈裂試驗水穩(wěn)定性的影響因素 瀝青路面的水損壞通常與瀝青的剝落有關(guān),而剝落的發(fā)生與瀝青和集料的粘附性有關(guān)。 瀝青與集料的粘附性在很大的程度上取決于集料的化學組成, SiO2 含量較高的花崗巖集料與瀝青的粘附性明顯低于堿性集料石灰?guī)r與瀝青的粘附性,也明顯低于中性集料玄武巖與瀝青的粘附性,通過摻加剝落劑可以顯著改善酸性集料或中性集料與瀝青的粘附性。 瀝青混合料的水穩(wěn)定性除了與瀝青的粘附性有關(guān)外,還受瀝青混合料壓實空隙率大小及瀝青膜厚度的影響。 成型溫度與壓實度對瀝青混合料的抗水損害性能也有較大影響。氣溫低、濕度大甚至有降水時鋪筑的瀝青混合料路面水穩(wěn)定性較差。4 、抗滑性、抗滑性 瀝青
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