沥青路面材料的力学性能耐久度及质量控制.ppt

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1、第十三章沥青路面材料的力学性能、耐久度及质量控制1主要内容第一节第一节概述概述第二节第二节沥青路面材料的结构与力学特性沥青路面材料的结构与力学特性第三节第三节沥青路面的稳定性与耐久性沥青路面的稳定性与耐久性第四节第四节沥青路面施工与质量控制沥青路面施工与质量控制第五节第五节沥青路面的材料要求（自学）沥青路面的材料要求（自学）第六节第六节沥青混合料的组成设计沥青混合料的组成设计(自学自学)2第一节概述1 1）沥青路面）沥青路面 由沥青作为结合料，粘结矿料修筑面层，并和基层（底基由沥青作为结合料，粘结矿料修筑面层，并和基层（底基层层)共同组成的路面结构。共同组成的路面结构。2 2）沥青路面结构组合

2、）沥青路面结构组合 松散粒料做基层松散粒料做基层（面层薄时易疲劳破坏，可有效控制松散料（面层薄时易疲劳破坏，可有效控制松散料下半刚性层裂缝反射）下半刚性层裂缝反射）无机结合料稳定材料做基层无机结合料稳定材料做基层（易出现基层及面层的收缩裂缝，（易出现基层及面层的收缩裂缝，及基层裂缝的反射裂缝）及基层裂缝的反射裂缝）沥青类材料做基层沥青类材料做基层（耐久性好，对裂缝的防治效果很好）（耐久性好，对裂缝的防治效果很好）水泥砼板做基层水泥砼板做基层（新建水泥路面（新建水泥路面+沥青面层，易出现反射裂沥青面层，易出现反射裂缝，旧路面则旧板的病害很容易反映到面层）缝，旧路面则旧板的病害很容易反映到面层）1

3、 1、沥青路面及结构组合形式、沥青路面及结构组合形式3第一节概述根据不同基层材料结构可组合成三种典型路面结构类型。1 半刚性基层沥青路面半刚性基层或底基层的沥青路面结构。2 柔性路面各结构层由沥青混合料，或沥青贯入碎石、或冷拌沥青混合料、级配碎石、砂砾等柔性材料组成的结构。3复合式路面采用贫混凝土、混凝土等刚性基层的沥青路面结构。4第一节概述路面各结构层的功能路面各结构层的功能5第一节概述2 2、沥青路面的工程特点、沥青路面的工程特点优良的力学性能变形性能与强度优良的力学性能变形性能与强度良好的抗滑性雨天的行驶安全性良好的抗滑性雨天的行驶安全性 高度的减震性，行驶迅速、平稳、低噪声高度的减震性

4、，行驶迅速、平稳、低噪声 施工方便强度形成速度，有利于维修、分期修建施工方便强度形成速度，有利于维修、分期修建 经济耐久使用寿命经济耐久使用寿命不扬尘、容易清扫和冲洗不扬尘、容易清扫和冲洗6第一节概述（1 1）表面平整无接缝、行车较舒适；）表面平整无接缝、行车较舒适；（2 2）结构较柔，振动小，行车稳定性好；）结构较柔，振动小，行车稳定性好；（3 3）车辆与路面的视觉效果好；）车辆与路面的视觉效果好；（4 4）施工期短、施工成型快，）施工期短、施工成型快，能够迅速交付使用能够迅速交付使用（在机（在机场跑道、高速公路上尤其需要）场跑道、高速公路上尤其需要）；（5 5）易于维修，可再利用；）易于维

5、修，可再利用；（6 6）强度和稳定性受基层、土基影响较大；）强度和稳定性受基层、土基影响较大；（7 7）沥青混合料力学性能受温度影响大；）沥青混合料力学性能受温度影响大；（8 8）沥青会老化，沥青结构层易出现老化破坏。）沥青会老化，沥青结构层易出现老化破坏。3 3、沥青路面的优缺点（与普通水泥路面相比）、沥青路面的优缺点（与普通水泥路面相比）7第一节概述1）裂缝）裂缝crackings表观形态表观形态分有：横裂、纵裂、网裂等分有：横裂、纵裂、网裂等4 4、沥青路面的损坏类型及成因、沥青路面的损坏类型及成因8产生原因产生原因：横向裂缝：横向裂缝：荷载型荷载型因拉应力超过材料疲劳极限引起，从下向上

6、发展；因拉应力超过材料疲劳极限引起，从下向上发展；非荷载型非荷载型沥青面层缩裂沥青面层缩裂因冬季沥青材料收缩产生的应力大于因冬季沥青材料收缩产生的应力大于材料强度引起，材料强度引起，反射裂缝反射裂缝因基层收缩开裂向面层延伸引起。因基层收缩开裂向面层延伸引起。纵向裂缝：纵向裂缝：路面分幅摊铺时，接缝未处理好；路基原因等引路面分幅摊铺时，接缝未处理好；路基原因等引起失稳。起失稳。网裂：网裂：上述裂缝未及时处理，水渗入所致；结构强度不足；上述裂缝未及时处理，水渗入所致；结构强度不足；沥青老化等沥青老化等1）裂缝）裂缝 crackings4 4、沥青路面的损坏类型及成因、沥青路面的损坏类型及成因第一节

7、概述9第一节概述纵向裂缝纵向裂缝longitudinalcracking1）裂缝）裂缝10第一节概述横向裂缝横向裂缝Transversecracking1）裂缝）裂缝11第一节概述块裂及网裂块裂及网裂NetCracking1）裂缝）裂缝122）车辙）车辙 rut定义：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及路基中材料的侧向位移产生的累积永久变形累积永久变形。车辙还包括车辙还包括轮胎磨耗引起的材料缺省。轮胎磨耗引起的材料缺省。车辙是高级沥青路面的主要破坏型式车辙是高级沥青路面的主要破坏型式，对于半刚性

8、基层，对于半刚性基层沥青路面，车辙主要发生在中上面层或沥青层表。沥青路面，车辙主要发生在中上面层或沥青层表。原因：原因：1）沥青混合料高温）沥青混合料高温稳定性不足，稳定性不足，塑性变形累积；塑性变形累积；2）路面结构及路基材料的变形累积；）路面结构及路基材料的变形累积；3）车辆车辆渠化交通的荷载磨耗磨耗型车辙。渠化交通的荷载磨耗磨耗型车辙。第一节概述13第一节概述车辙图片车辙图片143）松散剥落）松散剥落 Ravelling and Stripping定义：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

9、出现坑槽破坏。沥青层出现松散剥落将会继而出现坑槽破坏。原因：原因：1）沥青与矿料黏附性差（沥青粘性差、集料粘附等级低、集料）沥青与矿料黏附性差（沥青粘性差、集料粘附等级低、集料潮湿、沥青老化后性能下降、冻融等）；潮湿、沥青老化后性能下降、冻融等）；2）水的作用；）水的作用；3）沥青在施工中的过度加热老化）沥青在施工中的过度加热老化第一节概述15第一节概述16第一节概述松散剥落图片松散剥落图片174）表面抗滑不足）表面抗滑不足 surface skid resistance定义：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，

10、使得沥青层表出现光滑。沥青层泛油，使得沥青层表出现光滑。原因：原因：1）集料软弱，宏观纹理和微观构造小；）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、压碎值等粗集料抵抗磨光的能力差（由磨光值、棱角性、压碎值等表征）；表征）；3）级配不当，粗料少、细料多；）级配不当，粗料少、细料多；4）用油量偏大，或出现水损害；）用油量偏大，或出现水损害；5）沥青稠度太低；）沥青稠度太低；6）车轮磨耗太严重车轮磨耗太严重第一节概述18第一节概述表面抗滑不足及泛油图片表面抗滑不足及泛油图片19第一节概述5）其它病害）其它病害包括泛油、坑洞、波浪、拥包、啃边等。包括泛油、坑洞、波浪

11、、拥包、啃边等。20高温稳定性高温稳定性-高温下抵抗永久变形的能力；高温下抵抗永久变形的能力；低温抗裂性低温抗裂性-抵抗低温抗裂的能力；抵抗低温抗裂的能力；水稳定性水稳定性-抵抗水损害的能力，密级配路面抗渗和排水路抵抗水损害的能力，密级配路面抗渗和排水路面透水；面透水；耐久性耐久性抵抗老化与荷载重复作用的能力；抵抗老化与荷载重复作用的能力；抗滑能力抗滑能力保证不利情况下车辆安全形势的能力。保证不利情况下车辆安全形势的能力。5 5、沥青路面的基本要求、沥青路面的基本要求第一节概述21第一节概述5、沥青路面的基本要求强度与刚度(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

12、适、动荷)抗滑性(安全)少尘性(环保)22第一节概述分区目的：分区目的：全国各地区气候条件差异很大，对沥青提出的要求也不尽相同，全国各地区气候条件差异很大，对沥青提出的要求也不尽相同，为保证沥青路面对气候的适应性，提出了沥青及沥青路面的气候为保证沥青路面对气候的适应性，提出了沥青及沥青路面的气候分区。分区。分区方法：分区方法：根据根据高温高温-低温低温-雨量雨量三个主要因素的三个主要因素的30年气象统计资料来划分。年气象统计资料来划分。即：即：（1 1）沥青路面分区：高、低温指标及降雨指标沥青路面分区：高、低温指标及降雨指标（2 2）沥青）沥青及沥青混合料分区：高、低温及降雨指标及沥青混合料分

13、区：高、低温及降雨指标 6 6、沥青路面使用性能的气候分区、沥青路面使用性能的气候分区23第一节概述高温指标高温指标：最近最近30年设计周期的最热月的平均年设计周期的最热月的平均日最高温度的平均值。日最高温度的平均值。低温指标：低温指标：最近最近30年的极端最低气温的最小值年的极端最低气温的最小值 分区指标：分区指标：降雨指标：降雨指标：最近最近30年的年平均降雨量的平年的年平均降雨量的平均值均值 24第一节概述25第一节概述气候型气候型型型 号号温度温度(C)七月平均最高气温七月平均最高气温年极端最低气温年极端最低气温1-11-21-31-4夏炎热，冬寒夏炎热，冬寒夏炎热，冬寒夏炎热，冬寒夏

14、炎热，冬冷夏炎热，冬冷夏炎热，冬温夏炎热，冬温30-92-12-22-32-4夏热，冬寒夏热，冬寒夏热，冬寒夏热，冬寒夏热，冬冷夏热，冬冷夏热，冬温夏热，冬温2030-93-2夏凉，冬寒夏凉，冬寒20-37-21.5沥青路面气候分区（沥青路面气候分区（P308-309）26第一节概述27第一节概述28第一节概述1）按强度构成原理：）按强度构成原理：密实类沥青路面密实类沥青路面这类沥青路面的矿料按最大密实原则设计，路面的强度和稳定这类沥青路面的矿料按最大密实原则设计，路面的强度和稳定性性取决于取决于混合料的混合料的凝聚力和内摩阻力凝聚力和内摩阻力。其面层结构的特点是空。其面层结构的特点是空隙率小

15、，细料含量多，高温时易产生推挤变形。隙率小，细料含量多，高温时易产生推挤变形。常用的类型有常用的类型有沥青混凝土、密级配沥青稳定碎石混合料沥青混凝土、密级配沥青稳定碎石混合料等。等。7 7、沥青路面的分类、沥青路面的分类29第一节概述嵌挤类沥青路面嵌挤类沥青路面这类沥青路面的强度和稳定性这类沥青路面的强度和稳定性主要主要依靠骨料颗粒间相互嵌挤产生的依靠骨料颗粒间相互嵌挤产生的内摩阻力内摩阻力，凝聚，凝聚力仅起次要作用。其主要特点是热稳定性好。部分类型的空隙率大，易渗水，耐久力仅起次要作用。其主要特点是热稳定性好。部分类型的空隙率大，易渗水，耐久性较差。性较差。常用的主要结构有常用的主要结构有P

16、orous Asphalt PavementPorous Asphalt Pavement（PAPA）或）或Open Graded Asphalt Open Graded Asphalt Friction CourseFriction Course（OGFCOGFC）、）、SMASMA、SuperpaveSuperpave、沥青贯入、沥青表面处治沥青贯入、沥青表面处治等。等。各自优缺点：各自优缺点：密实类：密实类：耐久性耐久性好，热稳定性差；好，热稳定性差；嵌挤类：热稳定性好嵌挤类：热稳定性好。30第一节概述层铺法层铺法沥青表处和沥青贯入式沥青表处和沥青贯入式 分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压

17、的方法修筑面层。分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑面层。优点：优点：工艺设备简便、功效较高、施工进度快、造价较低；工艺设备简便、功效较高、施工进度快、造价较低；缺点：缺点：路面成型期较长，需要经过炎热季节行车碾压才能成型；路面成型期较长，需要经过炎热季节行车碾压才能成型；路拌法路拌法采用移动式拌和机械采用移动式拌和机械(或人工或人工)在现场施工，将矿料和沥青材料就地拌和，在现场施工，将矿料和沥青材料就地拌和，摊铺并碾压密实成型摊铺并碾压密实成型。可采用热油冷料或冷油冷料拌和摊铺。可采用热油冷料或冷油冷料拌和摊铺。优点：优点：沥青材料分布相对均匀，成型期短；沥青材料分布相对均匀，成型期短

18、；缺点：缺点：冷料拌和强度低冷料拌和强度低厂拌法厂拌法沥青碎石和沥青混凝土沥青碎石和沥青混凝土 一定级配的矿料和沥青材料在工厂用专用设备加热拌和，送到工地摊铺碾压成型。一定级配的矿料和沥青材料在工厂用专用设备加热拌和，送到工地摊铺碾压成型。分热拌热铺、热拌冷铺，区别在于摊铺时混合料温度分热拌热铺、热拌冷铺，区别在于摊铺时混合料温度优点：优点：矿料精选、除水彻底、沥青稳定、热拌均匀、混合料质量高。矿料精选、除水彻底、沥青稳定、热拌均匀、混合料质量高。2）按施工工艺：）按施工工艺：31沥青混凝土（Asphalt Concrete）热拌沥青碎石（Asphalt Macadam）乳化沥青碎石（Emul

19、sion Asphalt Macadam)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）开级配抗滑磨耗层（Open Graded Friction Course）3）按沥青路面材料的技术特点：）按沥青路面材料的技术特点：第一节概述32第一节概述33第一节概述一方面一方面要根据任务要求（道路的等级、交通量、使用年限、修建费用、环要根据任务要求（道路的等级、交通量、使用年限、修建费用、环境状况等）和工程特点（施工季节、施工期限、路基及基层状况等）；境状况等）和工程特点（施工季节、施工期限、路基

20、及基层状况等）；另一方面另一方面还应考虑材料供应情况、施工机具、劳力和施工技术条件等因素。还应考虑材料供应情况、施工机具、劳力和施工技术条件等因素。8 8、沥青路面类型选择、沥青路面类型选择34u1 1、沥青混合料的体积参数关系、沥青混合料的体积参数关系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。第二节沥青路面材料的结构与力学特性35第二节沥青路面材料的结构与力学特性1、沥青混合料的体积参数关系、沥青混合料的体积参数关系36第二节沥青路面材料的结构与力学特性1、沥青混合料的体积参数关系37第二节沥青路面材料的结构与力学特性1、沥青混合料的体积参数关系38第二节沥青路面材料的结构与力学

21、特性1）沥青混合料压实度及其控制：沥青混合料压实度及其控制：F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。（没有出现过压时），压实度越大越好。F压实度表征的三种方式与实际控制方法：压实度表征的三种方式与实际控制方法：（1 1）理论密度的压实度）理论密度的压实度；（2 2）马歇尔密度的压实度；）马歇尔密度的压实度；（3 3）试验段密度的压实度。）试验段密度的压实度。F区别：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

22、度。芯试件密度。F控制标准：控制标准：93%、97%、99%u2 2、沥青混合料的压实性能、沥青混合料的压实性能39 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。第二节沥青路面材料的结构与力学特性沥青混合料压实可行性区域沥青混合料压实可行性区域40u3 3、沥青混合料的结构力学特性、沥青混合料的结构力学特性沥青混合料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。是一种由集料、沥青和空气组成的三相空间体系。强度强度取决于集料颗粒间的取决于集料颗粒间的摩擦力摩擦力和和嵌挤力嵌挤力、沥青胶结料的粘结性沥青胶结料的粘结性以及以及沥青与集料之间的粘附性沥青与集料之

23、间的粘附性。影响：影响：集料的类型、空间布型以及胶结料的类型、用量、与集料集料的类型、空间布型以及胶结料的类型、用量、与集料的粘附程度影响着沥青混合料的力学特性。的粘附程度影响着沥青混合料的力学特性。类型：类型：按按密实原则密实原则和和嵌挤原则嵌挤原则构成的沥青混合料的典型结构类型构成的沥青混合料的典型结构类型有三种：有三种：密实悬浮结构、骨架空隙结构、骨架密实结构密实悬浮结构、骨架空隙结构、骨架密实结构第二节沥青路面材料的结构与力学特性41第二节沥青路面材料的结构与力学特性沥青混合料力学参数试验1）三轴试验（摩尔库仑理论）如何求沥青混合料的粘结力如何求沥青混合料的粘结力C和内摩擦角？和内摩擦

24、角？建立极限平衡条件建立极限平衡条件42第二节沥青路面材料的结构与力学特性1）三轴试验）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倍，试件高与直径比大于2；矿料最大粒径小于；矿料最大粒径小于25mm时，试件直径时，试件直径10cm，高，高20cm；将一组试件分别在不同；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。力，侧压力为最小主应力。三轴压缩试验原理三轴压缩试验原理432）无

25、侧限抗压试验及抗拉强度（间接抗拉）试验）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，试件高径比倍，试件高径比大于大于2，矿料最大粒径小于，矿料最大粒径小于25mm时试件直径时试件直径10cm高高20cm；劈裂试验试件直径；劈裂试验试件直径101.6 0.25mm、高、高63.5 1.3mm（马歇尔试件），或轮碾机成型板块试件，或从道（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路现场钻取直径100 2或或150 2.5mm、高为、高为40 5mm的圆柱体试件。的圆柱

26、体试件。第二节沥青路面材料的结构与力学特性444）直剪试验确定：）直剪试验确定：通过不同压力的直接剪切通过不同压力的直接剪切试验确定试验确定第二节沥青路面材料的结构与力学特性3）简单拉压试验确定）简单拉压试验确定：通过简单抗拉强度试验和间接抗通过简单抗拉强度试验和间接抗拉试验确定拉试验确定45 1）粘弹性材料的基本性质）粘弹性材料的基本性质应力应变关系的应力应变关系的曲线性曲线性及及不可逆性不可逆性；对加载速度（时间效应）和试验温度（温度效应）的对加载速度（时间效应）和试验温度（温度效应）的依赖性依赖性，服，服从时间温度换算法则；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；具有十分明

27、显的蠕变与应力松弛特性；线粘弹性材料服从线粘弹性材料服从Boltzmann线性叠加原理和复数模量原理；线性叠加原理和复数模量原理；u4、沥青混合料粘弹性性质与力学模型参考沥青混合料是一种沥青混合料是一种弹弹-粘粘-塑性材料塑性材料，不同外部（温度与荷载），不同外部（温度与荷载）条件下，表现出不同的性质条件下，表现出不同的性质:低温小变形时：低温小变形时：线弹性性质线弹性性质高温大变形时：高温大变形时：粘塑性性质粘塑性性质在过渡范围内：在过渡范围内：粘弹性性质粘弹性性质第二节沥青路面材料的结构与力学特性46第二节沥青路面材料的结构与力学特性沥青混凝土常温下加载并反向加载的典型曲线沥青混凝土常温下

28、加载并反向加载的典型曲线47第二节沥青路面材料的结构与力学特性沥青混凝土沥青混凝土温度恒定温度恒定时间变化、时间变化、时间恒定时间恒定温度变化的典型曲线温度变化的典型曲线试验温度的升高相当于慢速加载、加载时间的延长：试验温度的升高相当于慢速加载、加载时间的延长：时间温度转化法则时间温度转化法则48第二节沥青路面材料的结构与力学特性蠕变蠕变蠕变是应力不变，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：其作用时间。沥青材料在不同应力及时间下表现：应力小，时间短：应力小，时间

29、短：主要表现为弹性性质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，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；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，时间较长：应力较大，时间较长：主要表现为粘弹性性质主要表现为粘弹性性质，应力施加后瞬时出现变形，然后变形仍逐渐增加，当应力，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，这撤除后，一部分变形瞬时恢复（弹性变形部分），另一部分变

30、形随时间缓慢恢复，这部分变形是粘弹性变形（滞后弹性变形）。部分变形是粘弹性变形（滞后弹性变形）。应力大，时间长：应力大，时间长：主要表现为塑性性质主要表现为塑性性质，除包含粘弹性性质外，还有较大一部分变形无法恢复，称为，除包含粘弹性性质外，还有较大一部分变形无法恢复，称为塑性变形。塑性变形。注意：沥青混合料的实际变形弹性、粘性、塑性三种都包含，不过根据应力大小和注意：沥青混合料的实际变形弹性、粘性、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。作用时间不同而表现出以上各种不同性质为主的特点。2）蠕变与松弛特性）蠕变与松弛特性 creep and relaxa

31、tion49应力松弛 应力松弛是应变恒定不变，应力随时间减小的现象。应力降低到初始数值（初始应力值的1/n）的时间，称为松弛时间。沥青混合料主要呈现为弹性或粘塑性，与应力作用时间与松弛时间的比沥青混合料主要呈现为弹性或粘塑性，与应力作用时间与松弛时间的比值有关：作用时间值有关：作用时间松弛时间，以松弛时间，以粘塑性为主粘塑性为主；作用时间与松弛时间相近，作用时间与松弛时间相近，为弹为弹-粘粘-塑性塑性。冬季气温低，沥青混合料粘滞度高，松弛时间长，显示弹性性质；夏季冬季气温低，沥青混合料粘滞度高，松弛时间长，显示弹性性质；夏季粘滞度低，松弛时间大大降低，则为弹、粘、塑性，取决于作用时间；粘滞度低

32、，松弛时间大大降低，则为弹、粘、塑性，取决于作用时间；第二节沥青路面材料的结构与力学特性综合50沥青路面蠕变规律第二节沥青路面材料的结构与力学特性第一阶段：第一阶段：迁移期迁移期，蠕变（永久）变形在瞬间迅速增大，但应变速率随时间迅速减小；，蠕变（永久）变形在瞬间迅速增大，但应变速率随时间迅速减小；第二阶段：第二阶段：稳定期稳定期，蠕变（永久）变形呈直线形稳定增长，应变速率保持稳定，该过程，蠕变（永久）变形呈直线形稳定增长，应变速率保持稳定，该过程占总过程的主要部分；占总过程的主要部分；第三阶段：第三阶段：破坏期破坏期，蠕变（永久）变形和应变速率均急剧增大，直至破坏。，蠕变（永久）变形和应变速率

33、均急剧增大，直至破坏。511）基本流变模型及其组合u5、沥青混合料的流变学模型参考 沥青混合料是一种沥青混合料是一种弹弹-粘粘-塑性材料，弹、粘、塑性是其力塑性材料，弹、粘、塑性是其力学特性的基本单元，需要用一定的力学模型及本构关系来表达，学特性的基本单元，需要用一定的力学模型及本构关系来表达，并进一步实现串联或并联的组合形成复杂的组合模型来模拟材并进一步实现串联或并联的组合形成复杂的组合模型来模拟材料真实的力学特性料真实的力学特性。第二节沥青路面材料的结构与力学特性弹簧、粘壶及滑块及其组合弹簧、粘壶及滑块及其组合弹簧元件弹簧元件黏性元件黏性元件塑性元件塑性元件52VanDerPool模型及其

34、蠕变曲线模型及其蠕变曲线2）基本力学元件的组合）基本力学元件的组合 通过对基本元件的串连或并联组合，可形成新的力学模型来表征不同的粘通过对基本元件的串连或并联组合，可形成新的力学模型来表征不同的粘弹塑性材料。元件串连：总应力等于各分应力，总应变等于各分应变之和；弹塑性材料。元件串连：总应力等于各分应力，总应变等于各分应变之和；元件并联：总应力等于各分应力之和，总应变等于各分应变。常用的简单组元件并联：总应力等于各分应力之和，总应变等于各分应变。常用的简单组合模型有下列几种合模型有下列几种第二节沥青路面材料的结构与力学特性53第二节沥青路面材料的结构与力学特性u6、沥青混合料的模量1）劲度（劲度

35、模量）劲度（劲度模量）Stiffness modulus 反映沥青和沥青混合料在反映沥青和沥青混合料在给定温度和加荷时间条件给定温度和加荷时间条件下的下的应力应力-应变关系的参应变关系的参数，称作劲度数，称作劲度S S。应力作用时间、温度、应力大小都会对沥青和沥青混合料的应力作用时间、温度、应力大小都会对沥青和沥青混合料的应力应变特性造成影响，因此，劲度（模量）表达式中必须考虑这些因素。应力应变特性造成影响，因此，劲度（模量）表达式中必须考虑这些因素。C.范德甫（范德甫（Vander Poel）提出了表征弹）提出了表征弹-粘塑材料劲度（模量）的表达式：粘塑材料劲度（模量）的表达式：施加的应力，

36、施加的应力，MPaMPa；总应变；总应变；t t荷载作用时间，荷载作用时间，s s；T T材料的温度，材料的温度，。问：与弹性模量的区别？问：与弹性模量的区别？542）沥青的劲度）沥青的劲度第二节沥青路面材料的结构与力学特性55由图中曲线可以看出：由图中曲线可以看出：（1 1）加荷时间短时，曲线接近水平）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，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。粘性性状。（2 2）各种温度下的）各种温度下的S-tS-t关系曲线具有相似的形状关系曲线具有

37、相似的形状，如果将曲线作水平向移，如果将曲线作水平向移动，则将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动，则将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。的加载时间对劲度的影响效果相当。（3 3）温度和加载时间对劲度的影响具有互换性）温度和加载时间对劲度的影响具有互换性，是沥青材料的一个重要性，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。围内得到的试验结果扩大到很长的时段。第二节沥青路面材料的结

38、构与力学特性2）沥青的劲度）沥青的劲度56第二节沥青路面材料的结构与力学特性范得保范得保沥青劲度沥青劲度确定诺模图确定诺模图573）沥青混合料的劲度）沥青混合料的劲度 C范德甫对一系列密级配沥青混合料进行试验后确认，沥青混合料范德甫对一系列密级配沥青混合料进行试验后确认，沥青混合料的劲度模量是沥青的劲度模量和混合料中集料数量的函数。的劲度模量是沥青的劲度模量和混合料中集料数量的函数。沥青混合料的劲度模量，MPa；沥青的劲度模量，MPa；混合料中集料的集中系数适用于适用于沥沥青混合料的空隙率青混合料的空隙率等于等于0.70.70.90.9的情况，若空隙率大于的情况，若空隙率大于3 3，修正修正为

39、为：为为3，第二节沥青路面材料的结构与力学特性58第二节沥青路面材料的结构与力学特性3）沥青混合料沥青混合料的劲度的劲度59u7 7、沥青混合料的强度 强度强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大荷载（或应力）。构成公路路面各结构层的材料，一般都具有荷载（或应力）。构成公路路面各结构层的材料，一般都具有较高的抗压强度，而抗拉或抗剪强度较弱（这在颗粒材料中或较高的抗压强度，而抗拉或抗剪强度较弱（这在颗粒材料中或结合料粘结力较低的结构中尤为突出）。控制路面材料极限破结合料粘结力较低的结构中尤为突出）。控制路面材料极限破坏状态的往往不是抗压强度

40、，可能出现的强度破坏通常为：坏状态的往往不是抗压强度，可能出现的强度破坏通常为：（1）因因剪切应力剪切应力过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑移或相对变位；移或相对变位；（2）因因拉应力拉应力或或弯拉应力弯拉应力过大而引起的断裂。过大而引起的断裂。第二节沥青路面材料的结构与力学特性60第二节沥青路面材料的结构与力学特性1）抗剪强度）抗剪强度矿料特性 酸碱性：（如：石灰岩为碱性，玄武石为酸性）决定了石料与沥青的粘附性，由差到好：花岗岩、片麻岩、玄武岩、安山岩、砂岩、石英岩、石灰岩的粘结力由小到大。比表面积：（单位：cm2/g），能与沥青相互作用的面积，越大

41、则粘结力越大。颗粒越小，比表面积越大，所以决定于混合料的矿粉含量。级配、颗粒形状：决定内摩阻力大小。沥青特性 用油量：决定沥青膜厚度及自由沥青含量，存在最佳含量。粘滞度：越大，粘结力也越大。影响沥青混合料抗剪强度的因素：612）抗拉强度）抗拉强度 在气候寒冷地区，冬季气温下降，特别是急骤降温时，沥青混合料发生收在气候寒冷地区，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；车辆紧急制动后轮下混合料表面出现缩，如果收缩受阻，就会产生拉应力；车辆紧急制动后轮下混合料表面出现拉应力；沥青混合料底面由于车辆荷载、基层裂缝导致的拉应力。当拉应力拉应力；沥青混合料底面由于

42、车辆荷载、基层裂缝导致的拉应力。当拉应力超过沥青混合料的抗拉强度时，路面就会产生抗拉不足开裂。超过沥青混合料的抗拉强度时，路面就会产生抗拉不足开裂。抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力提供，其大小可采用抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力提供，其大小可采用直接拉伸或直接拉伸或间接拉伸试验间接拉伸试验确定。确定。劈裂试验传递荷载的两端垫条，对试件中的应力分布和劈裂试验传递荷载的两端垫条，对试件中的应力分布和极限强度有显著影响，通常垫条宽为极限强度有显著影响，通常垫条宽为12.7mm，大试件为，大试件为19mm。第二节沥青路面材料的结构与力学特性62第二节沥青路面材料的结构与力学特性直接拉伸直接拉

43、伸间接拉伸试验间接拉伸试验2）抗拉强度）抗拉强度63沥青混合料的抗拉强度沥青混合料的抗拉强度同沥青的性质、沥青含量、矿质混合料的同沥青的性质、沥青含量、矿质混合料的级配、测试时的温度、加载速度等因素有关。试验表明：级配、测试时的温度、加载速度等因素有关。试验表明：p1 1）沥青的粘滞度大）沥青的粘滞度大，或沥青含量较大，沥青混合料具有较高的抗，或沥青含量较大，沥青混合料具有较高的抗拉强度；拉强度；p2）密级配混合料的）密级配混合料的抗拉强度抗拉强度较开级配混合料高；较开级配混合料高；p3）随）随施荷速率施荷速率增大而增加，随温度的增加而下降；增大而增加，随温度的增加而下降；第二节沥青路面材料的

44、结构与力学特性3）影响沥青混合料抗拉强度的因素）影响沥青混合料抗拉强度的因素644）抗弯拉强度）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，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，必须验算沥青混合料的抗弯拉强度；必须验算沥青混合料的抗弯拉强度；u试验方法：小梁弯曲试验：小梁弯曲试验：梁式试件的高和宽应不小于矿料最大粒径的四倍，梁的跨径为高梁式试件的高和宽应不小于矿料最大粒径的四倍，梁的跨径为高的三倍。的三倍。最大粒径达最大粒径达3.5cm3.5cm的粗粒式沥青混合料、稳定类材料和水泥混凝土的试验的粗粒式沥青混合料、稳定类材料和水泥混凝土的试验：1

45、50150550mm的大梁，跨径为的大梁，跨径为450mm；最大粒径为最大粒径为2.5cm2.5cm的稳定类材料或者中、细粒式沥青混合料：的稳定类材料或者中、细粒式沥青混合料：100100400mm的中梁，跨径为的中梁，跨径为300mm；石灰石灰(或水泥或水泥)稳定土稳定土或者或者砂质沥青混合料砂质沥青混合料：5050240mm的小梁，跨径为的小梁，跨径为150mm；第二节沥青路面材料的结构与力学特性65影响沥青混合料抗弯拉强度的因素：沥青的性质、沥青的用量、矿料的性质、混合料的均匀性、荷载重复次数、加载速度、温度状况等。我国沥青及沥青混合料试验规程（我国沥青及沥青混合料试验规程（JTJ053

46、-2000JTJ053-2000）中标准弯曲实验试件为）中标准弯曲实验试件为250mm250mm30mm30mm35mm35mm的棱柱体小梁，跨径的棱柱体小梁，跨径200200 0.5mm0.5mm。试验温度采用。试验温度采用1515 0.50.5，评价，评价低温拉伸性能时，宜采用低温拉伸性能时，宜采用-10-10 0.50.5。第二节沥青路面材料的结构与力学特性4）抗弯拉强度）抗弯拉强度弯曲实验弯曲实验有切口的弯曲实验有切口的弯曲实验66u1 1、沥青路面的高温稳定性、沥青路面的高温稳定性高温稳定性不足：有车辙、推移、拥包、搓板、泛油等病害高温稳定性不足：有车辙、推移、拥包、搓板、泛油等病害

47、（1 1）车辙的类型）车辙的类型失稳性车辙失稳性车辙结构性车辙结构性车辙磨耗性车辙磨耗性车辙（2 2）车辙的形成过程）车辙的形成过程初始阶段的压密过程初始阶段的压密过程沥青混合料的侧向流动沥青混合料的侧向流动集料的重新分布及集料骨架的破坏集料的重新分布及集料骨架的破坏（3 3）影响车辙的主要因素）影响车辙的主要因素沥青路面结构层在车轮荷载作用下，沥青路面结构层在车轮荷载作用下，内部材料流动，产生横向位移，在轮迹处出现变形内部材料流动，产生横向位移，在轮迹处出现变形路面结构在交通荷载作用下产生整体永久变形路面结构在交通荷载作用下产生整体永久变形主要是由于路基变形传递到面层引起主要是由于路基变形传

48、递到面层引起路面结构顶层材料在车轮磨耗和自然环境因素路面结构顶层材料在车轮磨耗和自然环境因素作用下不断损失而形成的永久变形作用下不断损失而形成的永久变形第三节沥青路面的稳定性与耐久性67（4 4）沥青混合料高温评价方法）沥青混合料高温评价方法现场试验路试验：现场试验路试验：AASHTOAASHTO试验路，试验路，WestTrack环道试验环道试验大型足尺试验：大型足尺试验：室内环道、室内直道、重复加载试验（室内环道、室内直道、重复加载试验（ALFALF）、重）、重车车 加载试验等；加载试验等；室内小型试验：室内小型试验：单轴压缩试验：单轴压缩试验：测定高温抗压强度及软化系数；测定高温抗压强度及

49、软化系数；马歇尔试验：马歇尔试验：马歇尔稳定度、流值；马歇尔稳定度、流值；蠕变试验蠕变试验：单轴单轴三轴三轴静载静载重复加载（动载重复加载（动载）连续动态加载连续动态加载间歇重复加载间歇重复加载静载静载重复加载（动载）重复加载（动载）连续动态加载连续动态加载间歇重复加载间歇重复加载简单剪切试验简单剪切试验：轮辙试验轮辙试验：第三节沥青路面的稳定性与耐久性68 轮辙试验轮辙试验 模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的试验方法，室内代表性试验为车辙模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的试验方法，室内代表性试验为车辙试验。车辙试验是在规定尺寸的板块状压实沥青混合料试件上，用固定荷载的橡胶轮试验。

50、车辙试验是在规定尺寸的板块状压实沥青混合料试件上，用固定荷载的橡胶轮反复行走后，测定其在变形稳定期每增加变形反复行走后，测定其在变形稳定期每增加变形1mm的碾压次数，即动稳定度，以次的碾压次数，即动稳定度，以次/mm表示。我国规范规定，一般情况下，试验温度为表示。我国规范规定，一般情况下，试验温度为60，轮压为，轮压为0.7MPa；计算动稳定度；计算动稳定度的时间原则上为试验开始后的时间原则上为试验开始后4560min之间；板试件尺寸为之间；板试件尺寸为300mm，宽，宽300mm，厚，厚50mm。第三节沥青路面的稳定性与耐久性试验可以三大指标试验可以三大指标：任意时刻总变形即车辙深度；：任意