公路施工技术-第五章沥青路面施工

2020/3/151公路施工技术2020/3/152第五章沥青路面施工第一节沥青路面基本特性及分类第二节沥青路面对原材料的技术要求第三节沥青混合料组成设计第四节层铺法、路拌法施工沥青路面第五节厂拌法施工沥青路面第六节热拌沥青混合料路面施工质量管理和检查2020/3/153第一节沥青路面基本特性及分类一、基本特性沥青路面，以沥青为结合料，在一定的技术条件下，与具有级配的矿料经拌和、摊铺、碾压而形成具有良好整体性和密实性的结构。即可作面层、又可作基层。从力学性能上分类，沥青路面属于柔性路面，刚性较小，并具有较好的变形性能。但由于其一般厚度较薄，强度和稳定性在很大程度上取决于基层和土基的特性。沥青路面具有强度高、表面平整、振动小、噪音低、行车舒适、施工期短及养护维修方便等优点，是道路上使用极为广泛的面层类型，能适应各种交通条件，尤其适于作为高速公路、干线公路和城市主干道等高等级道路的面层。高温稳定性低温抗裂性2020/3/154由沥青材料的基本性能，可推断出沥青材料用于筑路的主要优缺点。较高的粘性，能把具有一定级配的松散矿料粘结成整体，提高了路面结构层的整体性；弹塑性，使结构层具有较好的抗变形能力，还具有吸震、减少冲击和噪音、改善行车条件、延长轮胎使用寿命的作用；不透水性，可防止地表水通过面层渗透到基层而影响结构层的整体强度。但随着使用时间的延长，在大气因素的长期作用下，沥青组分将发生变化而出现老化，影响路面的使用品质。感温性，使得温度稳定性成为沥青路面产生病害的一个重要原因，低温季节，沥青材料发硬、变脆，刚度增大，变形性能降低，出现裂缝的机率增大。2020/3/155二、沥青路面分类应用在各种道路上的沥青路面面层，主要包括沥青表面处治路面、沥青贯人式路面、沥青碎石及沥青碎石混合料和沥青混凝土在内的四种类型。1按强度构成原则分类按沥青路面强度构成原则，可将其分为两大类。密实类沥青路面嵌挤类沥青路面(1)密实类沥青路面常用的主要结构类型有沥青混凝土、沥青碎石混合料等。这类沥青路面使用的矿料按最大密实原则设计，路面的强度和稳定性取决于混合料的凝聚力和内摩阻力。其面层结构的特点是空隙率小，细料含量多，高温时易产生推挤变形。2020/3/156密实类沥青路面有两种不同的结构组成:开式，空隙率大于6％，混合料中小于0.5mm的矿料颗料含量较少，热稳定性较好闭式，空隙率小于6％，0.5rmn和0.074mm的矿料颗粒含量较多，混合料致密而耐久，热稳定性较差(2)嵌挤类沥青路面常用的主要结构有沥青贯人、沥青表面处治等。这类沥青路面使用同一粒径的矿料为主骨料，分层撒铺嵌缝料，经碾压而形成结构层。路面的强度和稳定性主要依靠骨料颗粒间相互嵌挤产生的内摩阻力，凝聚力仅起次要作用。其面层结构的主要特点是热稳定性好，但由于其空隙率大，易渗水，耐久性较差。2020/3/157沥青混合料的组成结构沥青混合料是一种复合材料，它由沥青、粗集料、细集料、矿粉及外掺剂组成，这些组成材料在混合料中，由于组成材料质量的差异和数量的不同，可形成不同的组成结构，并表现出不同的力学性能。沥青混合料按组成结构可分为下三类。2020/3/158悬浮—密实结构，连续型密级配矿质混合料与沥青组成混合料时，前级集料间必须留出比次级集料粒径稍大的空隙，由次级集料填充。沥青混合料可以获得很大的密实度，但各级集料被次级集料所分隔，各级集料均悬浮于次级集料及沥青胶浆之间，不能直接靠拢形成骨架。具有较高的粘聚力c，内摩擦角φ较低，高温稳定性较差。骨架—空隙结构，连续型开级配矿质混合料与沥青组成混合料时，粗集料所占比例较大，细集料则很少甚至没有。沥青混合料的粗集料间可相互靠拢形成骨架，但细集料过少不足以填满粗集料之间的空隙，而形成骨架—空隙结构。具有较高的内摩擦角φ，但粘聚力c较低。2020/3/159密实—骨架结构，采用间断型密级配矿质混合料与沥青组成沥青混合料时，断去了中间尺寸粒径的集料。有较多数量的粗集料可形成空间骨架，同时又有相当数量的细集料填充骨架间的空隙，形成密实—骨架结构，如图10-3c所示。具有较高的粘聚力c，还具有较高的内摩擦角φ。以上三种结构的沥青混合料，由于结构常数不同，因而反映在稳定性上亦有显著差异。2020/3/15102按施工工艺分类按施工工艺的不同，沥青路面又可分为层铺法、路拌法和厂拌法三类。层铺法，采用分层洒布沥青，分层撒铺矿料和碾压方法修筑的面层结构。工艺设备简单，施工进度快，造价低结构层强度形成期较长，需炎热季节行车碾压后方能成型。沥青表面处治路面沥青贯入式路面路拌法，采用移动式拌和机械(或人工)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。可采用热油冷料或冷油冷料拌和摊铺。沥青材料经拌和后在矿料中较均匀地分布，可缩短路面结构的成型期。2020/3/1511厂拌法，采用具有一定级配的矿料和沥青材料，经工厂专用设备加热拌和后，运送至工地摊铺碾压成形。拌和均匀性好，且使用较粘稠的沥青和较高强度的石料，强度高耐久性好。沥青碎石混合料，不含或少含矿粉，混合料为开级配，空隙率可达10％以上；沥青混凝土，矿料中含有矿粉，混合料按最佳级配原则配制。热拌热铺，摊铺及压实时均需保持一定的温度热拌冷铺，混合料加热拌和后需冷却至常温后再摊铺压实。按路面使用的技术品质分类高级路面，沥青混凝土、热拌热铺沥青碎石混合料次高级路面，沥青贯人式、沥青表面处治、热拌冷铺沥青碎石混合料2020/3/15123沥青路面施工技术分区沥青路面施工时，应根据道路所在地的气候特点进行施工组织设计，选择沥青强度等级及沥青混合料类型。根据气温的不同，我国沥青路面气候分区按表10-1分为寒区、温区及热区，同一省区的气候条件不一致时，可按最低月平均气温确定气候分区。对于沥青路面的水稳定性、抗滑性能等与路面潮湿情况有关的技术要求，应根据道路所在地的降雨量及降雨天数确定。年降雨量＞1000mm，多雨潮湿地区年降雨量＜500mm，小于少雨干旱地区年降雨量500~1000mm，路面潮湿情况视年降雨天数确定。2020/3/1513三、沥青路面的结构破坏现象沥青路面常见的破坏现象有泛油脱皮、骨料松散、坑槽、推挤波浪和裂缝等。出现这些病害的原因，无非是基层或面层的问题。在基层和土基均有足够强度和稳定性的情况下，沥青面层的破坏，主要有如图所示的三种情况。2020/3/1514矿料自身的破坏（图1-1）比较少见，它仅在使用了软质石料、扁平状石料或是在热法施工中矿料加热温度过高时出现。沥青层的破坏（图2-2）可能出现在夏季高温或冬季低温时，此时沥青的弹-粘-塑性性质发生变化，在外力作用下，沿自由沥青层产生破坏。当自由沥青含量减少时，出现这种破坏的机率也减少。沥青与矿料接触面的破坏（图3-3）出现的可能性最大，特别是在多雨地区，雨水长期侵入路体，在车辆荷载的作用下，致使沥青与矿料粘结不牢，沥青膜剥落，进一步发生松散、坑槽等破坏现象。从沥青路面结构破坏现象的分析来看，保证沥青与矿料间具有最佳的粘结力，可有效地减少沥青路面结构破坏现象的发生。2020/3/1515沥青与矿料的相互作用液体的沥青与固体的矿料相接触时，可能产生裹覆和吸附作用。吸附作用又分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附，吸附物与被吸附物之间仅有分子力存在化学吸附，接触物表面产生化学反应形成化合物物理吸附与化学吸附是两种不同性质的吸附作用，分子力作用下产生的物理吸附作用，可能在矿料表面形成几个分子厚度的吸附层，此时，被吸附的沥青不发生任何化学变化。这种吸附层的稳定性差，易脱落。化学吸附是矿料与其表面吸附的沥青发生化学变化并形成一层稳定的吸附层。沥青与矿料接触面上所形成的化学吸附化合物决定于沥青与矿料颗粒表面二者的化学性质。2020/3/1516沥青酸，当沥青中活性较大的沥青酸含量较大时，能有效地降低沥青的表面张力，使其较容易裹覆石料；沥青酸的存在还有助于沥青与石料发生较强的化学反应，产生不溶于水的钙、镁、铝、铁等有机酸盐类，使沥青与矿料粘结成紧密的整体，抵抗水分和车辆荷载的作用。化学成分，矿料的化学成分对于沥青与矿料的结合有影响。2020/3/1517矿料比表面积，矿料比表面积越大，沥青与矿料间的接触面就越大，吸附沥青膜越薄，从而增加粘结力，使其难以剥落。在沥青混合料的组成设计中，掺人适量的碱性石屑，一方面可填充骨料间的空隙，提高沥青混合料的密实度；另一方面亦可提高矿料的比表面积，形成较薄的沥青膜，增强沥青与矿料间的粘结力。试验资料表明，适当的沥青膜厚约为0.02mm。通常选择最佳沥青用量，以保证适当的沥青膜厚度，减少矿料间的自由沥青数量。2020/3/1518一、沥青不同型号的沥青材料，具有不同的技术指标，适用于不同等级，不同类型的路面。在选择沥青材料的时候，要考虑到交通量（重）、气候条件（热）、施工方法、沥青面层类型、材料来源等各种情况选择沥青，这样才能使拌制的沥青混合料具有较高的力学强度和较好的耐久性。石油沥青、煤沥青、乳化沥青、改性沥青第二节沥青路面对原材料的技术要求2020/3/1519二、粗集料沥青混合料的矿质材料必须具有良好的级配，这样，沥青混合料颗粒之间既能够比较紧密地排列起来，以达到足够的压实度，又能让颗粒之间具有一定的空隙，使沥青混合料保持良好的稳定性沥青混合料的矿质材料包括粗集料、细集料和矿粉，这几种材料除了混合后能达到要求的级配外，对于它们本身还有不同的技术要求。沥青混合料的粗集料要求洁净、干燥、无风化、无杂质，并且具有足够的强度和耐磨性。对路面抗滑表层的粗集料应选用坚硬、耐磨、抗冲击性好的碎石或破碎砾石，不可使用筛选砾石、矿渣及软质集料。用于高速公路、一级公路、城市快速道路、主干路沥青路面表面层及各类道路抗滑层用的粗集料，应符合磨光值、道瑞磨耗值和冲击值的要求。2020/3/1520三、细集料一般采用天然砂或人工砂，在缺少砂的地区，也可以用石屑代替。但对于高等级公路的面层或抗滑表层，石屑的用量不宜超过砂的用量。四、矿粉与纤维稳定剂沥青混合料的填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性（憎水性）岩石磨制而成的，也可以由石灰、水泥、粉煤灰代替，但用这些物质作填料时，其用量不宜超过矿料总量的2％。其中粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50％。纤维稳定剂包括纤维素纤维、聚丙烯醇纤维、木质素纤维、聚丙烯纤维等几种，主要起：加筋作用、分散作用、吸附与吸收沥青作用、稳定作用、增黏作用等。2020/3/1521木质素纤维2020/3/1522聚丙烯纤维2020/3/1523聚乙烯醇纤维2020/3/1524纤维素纤维2020/3/1525（一）、沥青混合料配合比设计的任务：就是通过确定粗集料、细集料、矿粉和沥青之间的比例关系，使沥青混合料的各项指标达到工程要求，让沥青混合料的强度、稳定性、耐久性、平整度等各项要求，在联系与矛盾中达到统一。（二）沥青混合料配合比设计包括：试验室配合比设计、生产配合比设计和试拌试铺配合比调整等三个阶段。主要着重介绍试验室配合比设计。第三节沥青混合料配合比设计2020/3/1526试验室配合比设计分为矿质混合料配合组成和沥青最佳用量确定两部分。1、矿质混合料的组成设计：是让各种矿料以最佳比例相混合，从而在加入沥青后，使沥青混凝土既密实，又有一定的空隙，供夏季沥青的膨胀，矿质混合料的组成设计分下列几步：1）确定沥青混合料类型确定所设计的沥青混合料用于什么样的公路等级要求，选择沥青混合料类型。2）确定矿料的最大粒径各国对沥青混合料的最大粒径（D）同路面结构层最小厚度的关系均有规定，我国研究表明：随h／D增大，耐疲劳性提高，但车辙量增大。相反h／D减小，车辙量也减小，但耐久性降低，特别是在h／D＜2时，疲劳耐久性急剧下降。为此建议结构层厚度h与最大粒径D之比应控制在h／D≥2～3。2020/3/15273）确定矿质混合料的级配