第 1 章 沥青路面

1.1 概述

一、沥青路面的基本特征

平整无接缝，行车舒适，震动小，噪声低，施工期段，开放交通早，养护维修简便，适宜于分期修筑。

但沥青路面也有可能发生以下病害：

疲劳裂缝（龟裂）块状裂缝

– 反射裂缝 低温开裂

纵向裂缝

路面材料离析

沉陷

车辙

波浪、拥包

坑 槽

泛油

松散

油斑泛油处发生的内部松散

沥青层的层间脱开

传统的泛浆现象（唧浆）

新型泛浆 泛浆原理

沥青层

基 层

离析 离析引起的日后修补

芯样截面显示的离析

路面上部分开口空隙久晒不干 取样孔内重新积聚大量的水

0

5

10

15

20h

/cm

底面层 中面层 表面层

芯样厚度统计

二、沥青路面的分类 1 . 按强度构成原理分类 a . 密实类：按最大密实原则设计，取决于混合料的粘聚 力和内摩阻力 按空隙率大小 剩 余 空 隙 率 b. 嵌挤类：采用颗粒尺寸均一的矿料，强度依靠骨料颗 粒之间的相互嵌挤而产生的内摩阻力，粘聚力 起次要作用。

: 6%: 6%

闭式空隙率小于开式空隙率大于

: 6%: 6%

闭式空隙率小于开式空隙率大于

2 按施工工艺的不同分类 a. 层铺法：沥青表面处治和沥青贯入式

b. 路拌法：路拌沥青碎石和路拌沥青稳定土

c. 厂拌法：厂拌沥青碎石（空隙率 10%~15% ）和沥青混凝土

（空隙率 10% 以下）可分为热拌热铺和热拌冷铺

3 按沥青路面的技术特性 沥青砼，沥青玛蹄脂碎石：适用于高速公路，一级公路 和其他各级公路路面 乳化沥青碎石：适用于三、四级公路沥青面层，二级公路罩 面和其他各级公路调平层 泡沫沥青混合料：适用于低等级路面面层及高等级路面基层、

底基层或下面层。 热拌沥青碎石：适用于二级以下公路路面面层

沥青贯入式：适用于二级及二级以下的公路路面面层

沥青表面处治：适用于三、四级公路面层和抗滑，磨耗层

三、沥青路面类型的选择

道路等级，交通量，使用年限，施工地点，施工季节，

施工期限，材料供应，基层状况，施工机械，综合权衡，

设计

1.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性

一、沥青混合料的强度特性 抗剪强度 根据摩尔—库伦原理： 在外力作用下不产生剪切破坏，则 ： ① ② ③

tan tanc

c

max tan c

1 3

1( )cos

2

1 3 1 3

1 1( ) ( )sin

2 2

将②，③代入①式 沥青路面材料强度与稳定性的判别式 左端称为活动剪应力，其值等于 c ， 材料处于极限平衡大于 c ，出现塑性 变形 c,Φ值通过三轴剪切试验取得。

（ 1 3)/ 2

c

1 3 1 3

maxmax

1( )sin

2cos

( ) tancos

c

c

或

沥青混合料的抗剪强度主要取决于沥青与矿料相互作用而 产生的粘结力，以及矿料在沥青混合料中的相互嵌挤二产 生的内摩阻角 粘结力：取决于沥青粘滞度，沥青含量，矿料比面积 （颗粒大小），与沥青的结合特性（碱性矿料粘结力高。） 内摩阻角：取决于矿料级配，颗粒形状，表面特性及沥青含量

2 抗拉强度 直接拉伸试验 规范采用：间接拉伸 —劈裂试验 抗拉强度取决于 湿度 沥青含量 粘滞度 矿料级配 沥青特质

3 抗弯拉强度 小梁三分点加荷试验 规范规定试件尺寸，湿度 15±0.5oC ， 长 250±2.0mm ，宽 30±2.0mm ， 高 35±2.0mm 跨径 200±0.5mm 粗粒式沥青混合料 150mm×150mm×550mm 跨径 450mm 中，细粒式沥青混合料 100mm×100mm×400mm 跨径 300mm 砂质沥青混合料 50mm×50mm×240mm 跨径 150mm 美国 SHRP 采用 6.35cm×5.0cm×38.1cm

抗拉强度 其中： P—— 最大荷载MN h—— 高度 m b——宽度 m L——跨径m 抗弯拉强度取决于材料的性质及结构破坏过程中的加荷 状况，湿度状况

2t

PL

bh

二、沥青混合料的应力——应变特性

1 . 蠕变：材料在固定的应力作用下，变形随时间而发展的过程

高于屈服点

εε

εε

ε

ε

ε

低于屈服点

0

t

t '

瞬时弹性变形（纯弹性变形）

滞后弹性变形（粘弹性变形）粘滞性塑性变形

2. 应力松弛：变形物体在恒定的应变下应力随时间而自 动降低的过程 指标——应力松弛时间 t’ ：应变恒定，应力由初始值 （最大值 σ0 ）降低到 0.5σ0时所需的时间。 对于沥青混合料 : — 沥青粘滞度 E —弹性模量

' /t E

σ 0

σ 0

3.劲度模量：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 a 沥青的劲度 b 范德普：不同荷载作用时间和温度下沥青劲度模量的诺莫图

c 沥青混合料的劲度模量

,,

t Tt T

S

3S

t

弹性 S=E

弹－塑性

粘性

2.51

1

n

vm b

v

CS S

n C

44 100.83lgb

b

S nS

——沥青的劲度模量，Mpa

v vC C 集料体积

——混合料中集料的集中系数集料体积＋沥青体积

三、沥青混合料的疲劳特性 疲劳破坏 疲劳寿命 简支小梁试验

疲劳试验方法 :

2

2 2

3

12

3 4

aP

bhh

l a

1

2

1 1max

2 2max

1

1

n

n

N K

N K

控制应力

控制应变

四、沥青路面的温度状况 温度降低，混合料强度提高，温度升高，强度降低

路面结构内温度状况预估

五、沥青路面的高温稳定性 温度升高，粘滞度降低，粘结力下降，强度降低，易发生剪切破坏 影响沥青混合料高温稳定性的因素：沥青和矿料的性质，相互作用特性，

矿料级配组成，沥青砼的热稳定性，表现在夏季路面在车辆作用 下是否出现车辙。 车辙是高级沥青路面的主要破坏形式 车辙试验：在规定尺寸（ 300mm×300mm×50mm ）的板块压实沥青混合

料试件上，在固定的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 1mm 的碾压次数，即为稳定度，以次 /mm 表示，试验温度60oC ，轮压 0.7Mpa.

97规范：高速公路沥青混合料动稳定度应大于 800次 /mm ，一级公路大于 600次 /mm

六、沥青路面的低温抗裂性 温度降低，粘滞度升高，强度增大，则刚性增大，抗变形 能力降低 .

低温缩裂

影响因素：沥青性质，老化程度，当地气温状况， 路面结构层次

七、沥青路面的水稳性：浸水马歇尔试验和黏附性 （沥青与矿料）试验

面层开裂基层反射裂缝

1.3 对沥青路面材料的要求

一、沥青材料 1 、道路石油沥青质量要求： A—普通道路石油沥青 AH— 重交通道路石油沥青 2 、乳化石油沥青：适用于三级公路以下公路的常温沥青混 合料路面，沥青贯入式路面及沥青表面处 治，也可用于浇洒透层和粘层 PC-1~3 洒布型阳离子乳化石油沥青 PA-1~3 洒布型阴离子乳化石油沥青 BC-1~3 拌合型阳离子乳化石油沥青 BA-1~3 拌合型阴离子乳化石油沥青

3 、液体石油沥青：用轻质油将沥青稀释后得到，通常用 于浇洒透层和粘层

AL(R)—1.2快凝 AL(M)—1~6中凝 AL(S)—2~6慢凝

4 、煤沥青：煤经过干馏后得到的焦油再经过加工后得 到的产品，适宜于浇洒沥青路面的透层及 粘层，也可以用于三级及三级以下公路的 面层 T-1~9

二、矿料 1.粗集料：碎石，筛选砾石，破碎砾石，矿渣等 应洁净，干燥，无风化，无杂质，有强度， 耐磨耗，与沥青黏附性能好（碱性佳），颗粒 形状以近于立方体为佳 2.细集料：粒径小于 5mm 的天然砂，机制砂和石屑 应洁净，干燥，无风化，无杂质，并有适当的 颗粒组成，热拌沥青混合料的细集料，宜采用 优质的天然砂或机制砂 3.填料：石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经 磨细得到的矿粉

三、沥青混合料的组成设计 （一）试验室配合比设计（目标配合比） 1 、矿质混合料配合比组成设计：级配范围 （ 1 ）确定沥青混合料类型： AC-13,20,30… AM-25… （ 2 ）确定矿料的最大粒径：结构层厚度 h/d≥3 （ 3 ）确定沥青混合料的级配范围：查阅规范推荐表 （ 4 ）矿质混合料配合比计算 a 、组成材料的原始数据测定：筛分曲线，相对密度 b 、计算组成材料的配合比：计算 3种符合规定要求 级配范围的各组成材料用量比例 c 、调整配合比：合成级配根据下列要求调整， 3种级 配有一定层次

2 、确定沥青混合料的最佳沥青用量：马歇尔法和维姆法 （ 1 ）、制备试样 a 、按确定的矿质混合料配合比，计算各种矿质材料的用量 b 、根据规范推荐的沥青用量范围，估计适宜的用量 （ 2 ）、测定物理，力学指标 以估计沥青用量为中值，以 0.5% 间隔上下变化沥青用量制备马歇尔试件不少于五组，在规定的实验温度及试验时间内用马歇尔仪测定稳定度和流值，同时计算空隙率，饱和度，矿料间隙率

（ 3 ）马歇尔试验结果分析 a 、绘制沥青用量与物理，力学指标关系图 b 、从图中求取相应于稳定度最大值的沥青用量 a1 ，相应 于密度最大值的沥青用量 a2 ，相应于规定空隙率范围 中值的沥青用量 a3 ，求取三者平均值作为最佳沥青用 量的初始值 OAC1

OAC1=( a1+ a2+ a3)/3 c 、求出各项指标均符合沥青混合料技术标准（表 13-10 ） 的沥青范围 OACmin~OACmax 其中值为 OAC2即为 OAC2=（ OACmin+ OACmax） /2

d 、根据 OAC1和 OAC2 综合确定沥青的最佳用量 OAC

e 、根据气候与交通特性调整最佳沥青用量 f 、 水稳定性检验：制作马歇尔试件进行浸水马歇尔试验， 检验其残留稳定度是否合格， I 型沥青砼不低于 75%， II

型 70%；否则重新进行配合比设计或加抗剥离剂 g 、抗车辙能力检验：在 60 oC条件下，用车辙试验机检验其 动稳定度。用于中，上层面沥青砼， 60oC时，高速公路， 城市快速路不小于 800次 /min ，一级公路及主干道不小于 600次 /mm ，否则调整级配和沥青用量 .

(二 ) 生产配合比设计：利用实际施工的拌和机进行试拌以确 定施工配合比。取实验室配合比设计的 最佳沥青用量前上下浮动 0.3% ，三个沥 青用量进行马歇尔实验确定生产配合比 沥青用量。 （三）生产配合比验证阶段：试拌试铺

铺筑实验段，钻芯取样进行马歇尔实验检验，由此确定 生产用的标准配合比。