道路工程-路面工程概述課件

1、路面工程概述中南大學(xué)土木工程學(xué)院道路工程系主要內(nèi)容第一節(jié) 概述第二節(jié) 瀝青路面材料組成和基本性能 由于行車荷載、自然因素等對路面的影響隨深度的增加而逐漸減弱，路面的強度、抗變形能力和穩(wěn)定性也應(yīng)隨深度而逐漸降低要求，因此，路面的結(jié)構(gòu)應(yīng)分層鋪筑、分為若干層次結(jié)構(gòu)，并按各結(jié)構(gòu)層次的特定狀況進行相應(yīng)的材料要求。1、路面結(jié)構(gòu)組成第一節(jié) 概述 路面結(jié)構(gòu)按照使用要求、受力狀況、土基支承條件和自然因素影響程度的不同分成若干層次，通常按照各個層位功能的不同劃分為面層、基層和路基三個層次，基層中包括底基層在內(nèi)。 面 層： 直接同行車荷載、大氣接觸，承受較大的行車荷載作用（包括沖擊），同時受到降水、氣溫等的影響。與

2、其它層次相比，它應(yīng)具有較高的結(jié)構(gòu)強度、抗變形能力，較好的水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，而且應(yīng)耐磨、不透水、抗滑、平整（另外還應(yīng)能適應(yīng)基層開裂對其影響或舊路面病害的反映）。材料的使用應(yīng)能適應(yīng)此功能要求。第一節(jié) 概述2、路面的結(jié)構(gòu)層次與材料要求 基 層：主要承受由面層傳來的車輛荷載垂直力并將其擴散到下面的墊層及土基，是路面結(jié)構(gòu)的主要承重層（對于瀝青路面）或重要功能層（對于水泥砼路面），因此，它也應(yīng)具有足夠的強度與剛度，并應(yīng)具有良好的擴散應(yīng)力的能力；基層受大氣影響較面層小，但仍可能被面層滲入雨水浸濕或地下水影響，也可受溫度影響變形，因此仍應(yīng)具有足夠的水溫穩(wěn)定性；同時，為保證面層平整，它還應(yīng)具有較好的平整度。

3、 墊層：墊層介于基層和土基之間，它可改善土基的濕度和溫度狀況、使面層與基層免受土基水溫狀況變化的不良影響或保護土基處于穩(wěn)定狀態(tài)；同時，也可擴散基層傳遞的荷載應(yīng)力、減小土基的應(yīng)力與變形，并可阻止路基土擠入基層。一般墊層修于特定狀況道路工程結(jié)構(gòu)中，如防砂土基礎(chǔ)擠入基層、軟土地基擴散應(yīng)力、凍土保溫隔溫等。2、路面的結(jié)構(gòu)層次與材料要求第一節(jié) 概述 面層： 用水泥混凝土、瀝青混凝土、瀝青碎石、泥灰結(jié)石、塊料等材料。 基層（包括底基層）： 材料主要有各種結(jié)合料穩(wěn)定土或穩(wěn)定碎石、貧水泥砼、天然砂礫、碎石/塊石/片石/礫石、工業(yè)廢渣結(jié)合混合料等。當(dāng)用不同材料修筑基層時，最下層的統(tǒng)一材料層稱為底基層，它可就近使

4、用當(dāng)?shù)氐牟牧匣蛲痢?路基及墊層： 材料主要有松散粒料類透水層或穩(wěn)定土等穩(wěn)定隔離層。第一節(jié) 概述2、路面的結(jié)構(gòu)層次與材料要求路面等級面層材料類型適用的技術(shù)等級高 級 瀝青混凝土，水泥混凝土高速、一級、二級、三級、四級次高級瀝青貫入式 ，瀝青碎石 ，瀝青表面處治 ，整齊石塊或條石二級、三級、四級中 級碎、礫石（泥結(jié)或級配） ，半整齊塊石 ，其它粒料 三級、四級低 級粒料加固土 ，其它當(dāng)?shù)夭牧霞庸袒蚋纳仆?，不整齊石塊四級第一節(jié) 概述3、路面等級與分類 路面類型可從不同角度來進行劃分，一般常按照面層所用的材料來進行區(qū)分，如水泥混凝土路面、瀝青路面、砂石路面等等。但在工程設(shè)計中，則主要從路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)特

5、性和設(shè)計方法的相似性出發(fā)，將路面劃分為柔性路面、剛性路面和半剛性路面三類。3、路面的分類第一節(jié) 概述 柔性路面 總體結(jié)構(gòu)剛度較小，荷載作用下的彎沉變形較大，抗彎拉強度較低，傳遞給土基的單位壓力也較大，它主要包括各種未經(jīng)處理的粒料基層和各類瀝青面層、碎（礫）石面層或塊石面層組成的路面結(jié)構(gòu)。 剛性路面主要指用水泥混凝土作面層或基層的路面結(jié)構(gòu)，其強度高、彈性模量高、處于板體工作狀態(tài)，傳遞給基礎(chǔ)的單位壓力小。 半剛性路面 通過改善瀝青混凝土性能使其呈半剛性特性，其剛度介于瀝青混凝土和水泥混凝土之間。第一節(jié) 概述3、路面的分類4、瀝青路面(Asphalt Pavement)柔性基層瀝青路面(Asphal

6、t pavement with flexible base)半剛性基層瀝青路面 (Asphalt pavement with semi-rigid base)剛性基層瀝青路面 (Asphalt pavement with rigid base)全厚式瀝青路面 (Full Depth asphalt pavement)第一節(jié) 概述5、水泥混凝土路面（水泥路面）普通混凝土（JPCP）鋼筋混凝土（JRCP）連續(xù)配筋混凝土（CRCP）鋼纖維混凝土(SFCP)預(yù)應(yīng)力混凝土、裝配式混凝土、碾壓混凝土第一節(jié) 概述第一節(jié) 概述6、行車荷載及其對路面的影響汽車荷載既是路基路面的服務(wù)對象，又是造成路基路面結(jié)構(gòu)損傷

7、的主要原因；它是不斷移動著的、具有振動和沖擊影響的動荷載；汽車荷載的特性包括汽車輪重與軸重的大小與特性、車軸的布置、汽車軸載的時間分布特性、以及汽車靜態(tài)與動態(tài)荷載的特性比較等不同方面。第一節(jié) 概述輪壓與壓圓：輪胎對路面的靜態(tài)壓力大小與胎內(nèi)壓相接近，壓面近似為圓形。 輪壓的影響因素（1）汽車輪胎的壓力（2）輪載大?。?）輪胎的剛度、輪胎與路面的接觸形態(tài) 接觸壓力受接觸面的形態(tài)和輪胎花紋的影響，一般情況下接觸面上的壓力分布是不均勻的。6、行車荷載及其對路面的影響 運動車輛對路面的作用力 道路上行駛的汽車除給路面施加垂直靜壓力外，還施加水平力和振動力，對路面固定點而言，這種影響又具有瞬時性和重復(fù)性。

8、車輪作用于路面的垂直壓力與水平壓力a)停駐；b)啟動、一般行駛、加速；c)減速、制動；d)轉(zhuǎn)向PPPPVQQa)b)c)d)第一節(jié) 概述1）水平力： 行車安全要求 qmax p ，其中 為路表與車輪的附著系數(shù)，它同路面類型與濕度（路面狀態(tài)）以及行車速度有關(guān)。路表層水平力過大易導(dǎo)致推擠、擁包、波浪及車轍等病害。2）振動力： 振動輪載最大峰值與靜載之比稱為沖擊系數(shù)，設(shè)計路面時，應(yīng)以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計荷載。3）瞬時作用及重復(fù)： 路面點的車輪作用時間約為0.010.10s，結(jié)構(gòu)變形來不及呈現(xiàn)，瞬時作用利于結(jié)構(gòu)，但多次重復(fù)作用又易使其疲勞。第一節(jié) 概述什么是瀝青混合料？瀝青混合料是由礦質(zhì)混合料

9、(包括粗集料、細集料和礦物填料等）與瀝青結(jié)合料拌和而成的混合物，也可以稱為瀝青混凝土。將這種混合料加以攤鋪、碾壓成型，即成為各種類型的瀝青混凝土路面。在這種結(jié)構(gòu)中，粗骨料起骨架作用，瀝青與填料起膠結(jié)和填充的作用。 第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)瀝青混合料的主要組成材料：1. 瀝青 有機結(jié)合料（膠結(jié)作用）2. 粗集料 礫石、卵石等（骨架支撐作用）3. 細集料 天然砂、人造砂、石屑等（填充，增加粗集料接觸點） 4. 填料 礦物填料，水泥，細粉等（填充密實、增強瀝青的粘結(jié)作用） 主要組成材料瀝青混合料與水泥混凝土的工程性質(zhì)和制備工藝截然不同，但是在組成材料上卻有相似之處。所以在學(xué)習(xí)瀝青混合料的過程中

10、可以與水泥混凝土進行對比。第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)瀝青材料是由高分子碳氫化合物及其衍生物組成的、黑色或深褐色的固體、半固體或粘稠狀物、不溶于水而幾乎全溶于二硫化碳的非晶態(tài)有機材料（有機膠凝材料）。瀝青 無機膠凝材料是？第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)瀝青有什么特點? 熱塑性材料，加熱就軟化； 憎水性材料，耐水、不溶于水； 不導(dǎo)電； 良好的粘結(jié)性和粘彈性；60 C25 C1 hour1 hour10 hours第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)瀝青有哪些種類?地瀝青瀝青分類：*石油瀝青：地殼中的原油，經(jīng)開采加工得到的瀝 青。可以從生產(chǎn)工藝中考慮。 天然瀝青：當(dāng)?shù)叵略屯ㄟ^巖石裂縫滲透到地表后并長

11、期 暴露在大氣中時，其中所含輕質(zhì)部分蒸發(fā)，而 殘留物經(jīng)氧化后成為天然瀝青，一般存在于巖 石裂縫中（巖瀝青）、地面上或形成湖泊 （湖瀝青、海底瀝青）。焦油瀝青：是煤、木材、頁巖等有機物經(jīng)干餾加工而得到 的焦油再加工所得的產(chǎn)物。第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)石油瀝青 Petroleum asphalt 認識石油瀝青第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)石油瀝青生產(chǎn)工藝： 原油在提取了汽油、煤油、柴油和潤滑油等石油產(chǎn)品后，其殘渣再經(jīng)氧化裝置、溶劑脫瀝青裝置或深拔裝置等處理，即可制成石油瀝青。石油瀝青是怎么生產(chǎn)出來的？汽油煤油輕質(zhì)柴油柴油機油瀝青第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)化學(xué)成分：83% 碳；10% 氫；

12、 7% 氧, 氮 和硫； 微量的釩、鎳、鋁和硅。石油瀝青含哪些化學(xué)成分？第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)瀝青是瀝青混合料中最重要的材料，其性能直接影響瀝青混合料的各項技術(shù)性質(zhì) （今后專門學(xué)習(xí)）；瀝青路面在選擇瀝青標號時，必須考慮環(huán)境對瀝青混合料的作用： 公路等級 荷載等級 & 重要性 氣候條件 溫度 交通條件 交通量 路面類型 路面結(jié)構(gòu)和設(shè)計的需求瀝青的選擇第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)粒徑大于2.36mm的集料為粗集料，起骨架作用。高速公路和一級公路宜選用堅硬、耐磨性好的碎石和破碎礫石。粗集料應(yīng)該潔凈、干燥、表面粗糙，符合一定的級配要求，具有足夠的力學(xué)性能，與瀝青有較好的粘附性等。粗集料 第二

13、節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)粗集料對強度的影響第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)粒徑小于2.36mm的集料為細集料：增加密實度和耐久性瀝青路面的細集料包括天然砂、機制砂、石屑。細集料應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級配；細集料也要富有棱角，應(yīng)盡可能采用機制砂。天然砂的棱角已被磨去，如果用量過多，會引起混合料穩(wěn)定性明顯下降。 細集料 天然砂機制砂第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)在瀝青混合料中起填充作用的粒徑小于0.075mm的礦質(zhì)粉末稱為填料；通常采用礦粉。瀝青混合料的礦粉必須采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細得到的礦粉（堿性)，原石料中的泥土雜質(zhì)應(yīng)除凈。填 料 第二節(jié) 瀝青

14、路面材料組成及性質(zhì)按結(jié)合料分類石油瀝青混合料煤瀝青混合料按生產(chǎn)工藝分類：熱拌瀝青混合料溫拌瀝青混合料冷拌瀝青混合料再生瀝青混合料按礦料級配組成及空隙率大小分類密級配瀝青混合料（設(shè)計空隙率為3-5%）半開級配瀝青混合料（設(shè)計空隙率為6-12%）開級配瀝青混合料（設(shè)計空隙率大于18%）瀝青混合料的種類按照公稱最大粒徑分類特粗式 31.5mm粗粒式 26.5mm中粗式 16mm或19mm細粒式 9.5mm或13.2mm砂粒式 9.5mm第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)瀝青混合料的抗剪強度的決定因素：內(nèi)因：內(nèi)摩擦角和粘聚力，其值越大，抗剪強度越大；外因：決定于溫度等環(huán)境因素。 (1)影響瀝青混合料內(nèi)摩擦

15、角的因素礦質(zhì)集料： 礦料尺寸較大、顆料均勻、有棱角、表面粗糙時，所組成的混合料具有較大嵌擠力與內(nèi)摩阻力。 瀝青含量： 含量越少，則礦料表面形成的瀝青膜越薄，內(nèi)摩擦角越大。瀝青混合料的抗剪強度 瀝青混合料的抗剪強度 (2)影響瀝青混合料粘聚力的因素瀝青材料的粘結(jié)性 瀝青的粘度越大，混合料的粘滯阻力也越大，抵抗剪切變形的能力越強。礦料顆粒間的聯(lián)結(jié)形式 結(jié)構(gòu)瀝青，自由瀝青。瀝青薄膜形成結(jié)構(gòu)瀝青比例越大則粘聚力越大。當(dāng)瀝青含量不變時，增加礦料的比表面可以減薄瀝青膜的厚度，使結(jié)構(gòu)瀝青所占比例增大，粘聚力提高。 瀝青混合料中的結(jié)構(gòu)瀝青？第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)觀察與討論瀝青用量對瀝青混合料剪切強度的影響 討論瀝青用量與瀝青混合料粘聚力及內(nèi)摩擦角的關(guān)系 第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)粘聚力內(nèi)摩擦角分析（a），（b），（c）三種狀態(tài)的不同瀝青含量（%）第二節(jié) 瀝青路面材料組成及性質(zhì)觀察與討論瀝青用量對瀝青混合料剪切強度的影響 分析 瀝青用量過少，混合料干澀，混合料內(nèi)聚力差；適當(dāng)增加瀝青用量，