瀝青路面的穩(wěn)定性與耐久性.ppt

瀝青路面的穩(wěn)定性及耐久性,一.瀝青路面的高溫穩(wěn)定性 瀝青混合料高溫穩(wěn)定性指混合料在荷載作用下抵抗永久變形的能力。 車轍路面結(jié)構(gòu)及土基在行車荷載作用下的補(bǔ)充壓實(shí)，以及結(jié)構(gòu)層中材料的側(cè)向位移產(chǎn)生的累積永久變形。 1.主要病害 車轍、推移、擁包、泛油等病害,泛油,擁包,車轍,推移,2.瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性的影響因素 (1)集料級(jí)配 連續(xù)級(jí)配中粗級(jí)配混合料具有較好的穩(wěn)定性；細(xì)級(jí)配混合料高溫穩(wěn)定性較差。 間斷級(jí)配（細(xì)集料間斷）高溫穩(wěn)定性優(yōu)于連續(xù)級(jí)配（骨架直接承受荷載作用） (2)集料的顆粒形狀 具有豐富的棱角和發(fā)達(dá)的紋理構(gòu)造，能形成緊密的嵌擠作用，有利于增強(qiáng)穩(wěn)定性。 (3)瀝青的品種 稠度較高的瀝青、其軟化點(diǎn)高、溫度穩(wěn)定性好。 感溫性強(qiáng)的瀝青，高溫穩(wěn)定性差。 含蠟量高的瀝青，高溫穩(wěn)定性差。 瀝青質(zhì)含量高，其高溫穩(wěn)定性高。 在瀝青中添加聚合物，能有效提高高溫穩(wěn)定性。,(4)混合料的瀝青含量 瀝青用量過少，集料表面瀝青膜過薄，混合料缺乏足夠的粘結(jié)力，不能形成高強(qiáng)度，穩(wěn)定性不高。 瀝青含量增多，混合料的粘結(jié)力增強(qiáng)，穩(wěn)定度隨之提高。 瀝青含量進(jìn)一步增加，集料表面瀝青膜增厚，自由瀝青增多，穩(wěn)定度下降。 (5)混合料剩余空隙率 空隙率增大，強(qiáng)度降低。空隙率低，強(qiáng)度和耐久性高，但空隙率低于3%，由于瀝青在高溫時(shí)的體積膨脹，形成泛油。 (6)環(huán)境 高溫及其持續(xù)高溫，使路面強(qiáng)度下降，變形加劇。 交通量特別是超載交通增大，變形加大。交通組成情況，如渠化交通比混合交通，路面變形加大。,3.影響瀝青路面車轍的主要因素,4.減輕瀝青路面車轍的措施 （1）選用黏度較高的瀝青和針人度較小的瀝青。 （2）對(duì)瀝青進(jìn)行改性。 （3）嚴(yán)格控制中、下層瀝青混凝土中的瀝青含量。 （4）采用有良好顆粒形狀的或有兩個(gè)以上、碎石面 的碎石礦料。 （5）采用足夠數(shù)量的礦粉，保持礦粉與瀝青的一定 比例。 （6）盡量采用具有一定粗糙度的機(jī)制砂作為細(xì)集料。 （7）在保證混合料中碎石不被壓壞的條件下，采用 較高的壓實(shí)度。 （8）礦料級(jí)配采用粗型密級(jí)配或間斷級(jí)配。 （9）較少瀝青用量，增加壓實(shí)功率。 （10）增加瀝青層層間結(jié)合，提高瀝青面層整體強(qiáng)度。,5.提高高溫穩(wěn)定性的措施 1)提高內(nèi)摩阻力的方法 (1)增加粗顆粒含量或減少剩余空隙率，使粗礦料形成空間骨架結(jié)構(gòu) (2)采用具有豐富的棱角和發(fā)達(dá)的紋理構(gòu)造，能形成緊密的嵌擠作用，有利于增強(qiáng)穩(wěn)定性。 2)提高粘結(jié)力的方法 (1)適當(dāng)提高瀝青材料的粘稠度（特別是采用改性瀝青） (2)控制瀝青與礦料的比值，嚴(yán)格控制瀝青用量。 (3)采用具有活性的礦粉，改善瀝青與礦料的相互作用。 (4)在瀝青中摻入聚合物（天然橡膠、合成橡膠、聚異丁烯、聚乙烯等）。,6.常用的評(píng)價(jià)方法 (1)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度法 以瀝青混合料在不同溫度下的抗壓強(qiáng)度比值來表示熱穩(wěn)定性。 特點(diǎn)：試驗(yàn)方法簡單，但無側(cè)限抗壓試驗(yàn)試件受力狀態(tài)與實(shí)際受力狀態(tài)不符，不能反應(yīng)路用性能。 (2)馬歇爾試驗(yàn) 以瀝青混合料在60條件下的馬歇爾穩(wěn)定度和流值來評(píng)價(jià)高溫穩(wěn)定性。 特點(diǎn)：試驗(yàn)方法簡單，便于現(xiàn)場質(zhì)量控制，馬歇爾穩(wěn)定度和流值與瀝青混合料高溫穩(wěn)定性有一定的相關(guān)關(guān)系。但試驗(yàn)試件受力狀態(tài)與實(shí)際受力狀態(tài)不符，不能反應(yīng)路用性能。是一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)性指標(biāo)，不能確切反映永久變形產(chǎn)生的機(jī)理。,(3)三軸試驗(yàn) 以材料的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，粘結(jié)力和內(nèi)摩阻力來定義其穩(wěn)定性 特點(diǎn)：是一種比較完善的方法，可以較為詳盡地分析瀝青混合料組成與力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，同時(shí)由于它的受力狀態(tài)與瀝青混合料在路面中受力狀態(tài)比較接近，結(jié)果與使用情況具有較好的相關(guān)性。但試驗(yàn)儀器和操作方法較為復(fù)雜。 (4)蠕變試驗(yàn)方法 以作用應(yīng)力和累積變形量的比值（蠕變模量）來定義其穩(wěn)定性 特點(diǎn)：可以判別混合料的穩(wěn)定性指導(dǎo)材料的組成設(shè)計(jì)；可以預(yù)估車轍量，為路面設(shè)計(jì)提供依據(jù)。,(5)輪轍試驗(yàn) 模擬車輪荷載在路面上行駛而形成車轍的構(gòu)成試驗(yàn)方法。包括小型室內(nèi)輪轍試驗(yàn)，大型環(huán)道或直道試驗(yàn)。以動(dòng)穩(wěn)定度表示抗變形能力。 特點(diǎn)：試驗(yàn)原理直觀，結(jié)果與實(shí)際的車轍之間有良好的相關(guān)性。,二.瀝青路面的低溫抗裂性,瀝青路面的低溫抗裂性指瀝青混合料抵抗溫度變化（降溫）生產(chǎn)的收縮應(yīng)力的能力。 1.按產(chǎn)生原因分類： 1)低溫開裂 主要發(fā)生在日平均氣溫較低，且持續(xù)時(shí)間長的北方寒冷地區(qū)。 溫度收縮應(yīng)力將隨著溫度的下降而不斷增大，當(dāng)溫度收縮應(yīng)力增至與瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度相等時(shí)，路面就會(huì)產(chǎn)生低溫開裂。,2)溫度疲勞開裂 主要發(fā)生在日平均氣溫并不太低，但晝夜溫差大、日溫度周期性變化規(guī)律明顯的地區(qū)。 在此情況下，雖然路面中產(chǎn)生的溫度收縮應(yīng)力小于瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，路面不會(huì)及時(shí)開裂，但每次溫度收縮應(yīng)力的循環(huán)都將在路面材料內(nèi)部造成一定程度的溫度疲勞損傷，隨著溫度收縮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，溫度疲勞損傷將逐漸積累。與此同時(shí)，由于瀝青混合料的老化，其抗拉強(qiáng)度及抗變形能力卻在不斷衰減，其結(jié)果就如同荷載疲勞破壞一樣，最終將導(dǎo)致路面的溫度疲勞開裂。 3)溫縮型反射裂縫 是指瀝青面層攤鋪以前基層已經(jīng)開裂，在瀝青面層攤鋪后，由于路面溫度日周期性變化的影響，在與基層裂縫對(duì)應(yīng)的瀝青面層的橫斷面上產(chǎn)生溫度收縮開裂現(xiàn)象。,2.低溫裂縫的影響因素 1）材料性質(zhì) （1）瀝青性質(zhì) 粘度小，延度大的瀝青好。 （2）礦料 低吸水率的好。吸水性大的集料低溫強(qiáng)度低，并且會(huì)吸收較多的瀝青，使集料間起粘結(jié)作用的瀝青減少，降低混合料的低溫變形能力。 （3）空隙率 越小越好。 2）環(huán)境因素 （1）氣溫。越低越易開裂。 （2）降溫速度。 （3）路面老化程度。,3）路面結(jié)構(gòu)尺寸 （1）面層厚度 某試驗(yàn)表明，其他條件不變，面層從10cm增至25cm厚，可少50%的裂縫。 （2）面層與基層的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度 基層上鋪瀝青罩面后，再鋪瀝青混凝土面層，可減少低溫裂縫。 （3）施工裂縫 高溫時(shí)用鋼輪碾壓低勁度的瀝青混合料可能會(huì)引起裂縫，低溫時(shí)這些裂縫容易擴(kuò)展。,3.提高瀝青路面低溫抗裂性的措施 1)使用稠度較低、溫度敏感性低的瀝青 2)減小空隙率，減緩瀝青的老化 3)增加瀝青層厚度減少或者減緩路面開裂 4)采用瀝青路面面層上用瀝青橡膠混合料鋪設(shè)10mm的薄層，構(gòu)成應(yīng)力吸收膜，提高路面抗拉強(qiáng)度和減少溫度對(duì)路面開裂的影響。 5)在瀝青路面面層與基層之間，用瀝青橡膠混合料鋪設(shè)應(yīng)力吸收膜，能有效的防止路面的反射裂縫。 6)在瀝青中摻入橡膠等高聚物，也能大大提高混合料的低溫抗裂性能。,4.評(píng)價(jià)方法 1)開裂溫度預(yù)估 通過某溫度時(shí)瀝青路面產(chǎn)生的拉應(yīng)力與瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度的對(duì)比來預(yù)估路面的開裂溫度。從而判斷其低溫縮裂的可能性。 2)變形與變形能力對(duì)比 根據(jù)瀝青面層的相對(duì)延伸率與瀝青混合料的極限相對(duì)延伸率對(duì)比，以判斷瀝青混合料抗裂性。 認(rèn)為開裂的主要原因是溫度急驟下降時(shí)瀝青混合料的變形能力不足引起的。 3)開裂統(tǒng)計(jì)法 通過野外調(diào)查研究，建立低溫開裂指數(shù)與各種因素的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，進(jìn)而進(jìn)行開裂性的評(píng)定,在SHRP的研究中，不僅研制了能模擬不同降溫過程、有較高試驗(yàn)精度的約束試件溫度應(yīng)力實(shí)驗(yàn)儀（TSRST），規(guī)范了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法，并且開發(fā)了全套實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析軟件，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 因此，如果采用直接法進(jìn)行瀝青路面開裂溫度的預(yù)估，TSRST試驗(yàn)是最為可靠的方法。,三.瀝青路面的水穩(wěn)定性,瀝青路面的水穩(wěn)性 指瀝青混合料抵水作用 的能力。 1.水穩(wěn)定性不足的破壞型式 剝離、松散、坑槽等,坑槽,2.影響水穩(wěn)定性的主要因素 （1）瀝青與礦料的粘附性 礦料的化學(xué)成分（氧化鈣含量高的堿性石料比氧化硅含量高的好），瀝青的化學(xué)成分（與油源有關(guān)）、瀝青的粘度（越高越好） （2）混和料的空隙率 越小越好。 （3）沒有路面結(jié)構(gòu)排水和不設(shè)置有效的防水層 （4）施工條件與施工質(zhì)量 低溫、濕度大甚至降水時(shí)鋪筑，因?yàn)r青與礦料不能形成完美的粘結(jié)，易造成水損剝離。 壓實(shí)度不夠，或混合料離析造成局部空隙偏大，會(huì)加劇水損害。,3.減少瀝青路面水破壞的措施 1)瀝青面層的各層都用空隙率應(yīng)不大于5%的瀝青混凝土減少水分進(jìn)入面層結(jié)構(gòu); 2)提高瀝青與礦料的粘結(jié)力要求,加入消石灰和水泥、抗剝落劑等; 3)提高壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，增加現(xiàn)場空隙率控制指標(biāo)； 4)路面結(jié)構(gòu)中設(shè)排水層或防水層。,4.評(píng)定指標(biāo)與方法 1)瀝青與礦料的粘附性試驗(yàn) 根據(jù)瀝青粘附在粗集料表面的薄膜在一定溫度下，受水的作用產(chǎn)生剝離的程度，判斷瀝青與粗集料的粘附性（水煮法和靜態(tài)浸水法）。 2)瀝青混合料的水穩(wěn)性試驗(yàn)根據(jù)瀝青混合料在水的作用下，力學(xué)性質(zhì)的變化程度，檢驗(yàn)瀝青混合料的水穩(wěn)性。 (1)浸水馬歇爾試驗(yàn)以殘余馬歇爾穩(wěn)定度為指標(biāo) (2)浸水車轍試驗(yàn)以動(dòng)穩(wěn)定度的變化為指標(biāo) (3)凍融劈裂試驗(yàn)以殘留強(qiáng)度為指標(biāo),四.瀝青路面的疲勞特性,1.基本概念 疲勞極限：低溫、常溫時(shí)表現(xiàn)為疲勞斷裂，高溫時(shí)表現(xiàn)為塑性變形累計(jì)，無明顯疲勞極限。,2.影響瀝青混合料疲勞特性的因素 材料的性質(zhì)（種類、組成等）、環(huán)境因素（溫度、濕度等）、加荷方式、瀝青混合料的勁度（礦料級(jí)配、瀝青種類和用量、混合料的壓實(shí)程度和空隙率、試驗(yàn)的溫度、加荷速度和應(yīng)力級(jí)等）,五.瀝青路面的老化特性,1）主要影響因素 瀝青性能、環(huán)境情況（光，氧，水，荷載）、混合料形態(tài)