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第十五章沥青路面施工第十五章沥青路面施工第一节概述第二节沥青路面材料第三节沥青混合料配合比设计第四节沥青混凝土面层施工第五节其它沥青面层施工第六节透层、粘层与封层第七节施工质量管理与检查验收第一节概述一、沥青路面的使用条件沥青路面在使用中承受着各种车辆荷载和环境因素的直接作用。作用在路面上的行车荷载是比较复杂的。从荷载作用的方向来看，有垂直荷载和水平荷载；就荷载的动力性质而言，有静荷载与动荷载。荷载作用的时间和频率不仅有较长时间的作用，而且有瞬时间隙的多次反复作用等。在环境因素方面，沥青路面的使用温度可分为:冬季低温:（大部分地区约为0~－10℃以下）在低温季节，沥青混合料质地脆硬，抵抗变形的能力较差，沥青混合料的降温收缩成为主要问题，温度裂缝在许多地方发生。夏季高温:（25~30℃以上）在高温季节，沥青路面“软化”，并在车轮荷载的重复作用下，塑性变形逐步积累，导致产生永久变形或车辙，从而使路面平整度降低。这对于渠化交通的高等级道路尤其重要。常温季节(中间温度域)在常温季节，沥青路面在车轮垂直荷载的作用下，当基层的整体强度较低（这一季节常伴随着春融或多雨）时，将产生较大的弯拉应力与弯拉应变，在车轮荷载的反复作用下，当应力或应变超过沥青混合料的疲劳极限时，则产生裂缝。各种自然因素对沥青路面的物理、力学性质有直接的影响，尤其是温度和水这两个因素对沥青路面具有重要的影响。1．温度的影响沥青的劲度（或粘度）受温度的影响极大，即随着温度的升高，其劲度（或粘度）下降，由低温时的硬脆固体，到常温下的粘弹性体，以及高温时软化呈流动状态。相同的，沥青混合料的强度及刚度受温度的影响也很大。当温度高于脆化点温度时，沥青混合料的强度随着温度的下降而急剧增大；当温度低于脆化点温度以后，沥青混合料的强度则随着温度的降低有所减小。虽然在低温时沥青混合料有较高的强度，但其抵抗变形的能力却显著降低。因而在冬季低温期间，沥青路面常由于面层本身的收缩量超过其极限拉应变而导致开裂。2．水的影响水对沥青路面的影响主要表现在以下两个方面：①沥青路面在水的作用下会使沥青与矿料剥离，还会将沥青中某些可溶性物质溶解并冲掉，尤其是当水中含有易溶盐时会发生乳化作用，从而加剧了溶蚀作用；②沥青路面长时间浸水后会因含水量增加而发生体积膨胀，强度降低。沥青路面受水影响的程度取决于矿料品种与性质、表面粗糙度，当地的气候、水文情况，路表的排水能力，路面的渗水性，以及沥青路面本身的水稳定性。3．使用过程中的老化沥青路面在使用过程中，在阳光、温度、空气等大气因素的作用下，沥青中的轻质组分逐渐挥发，并不断发生氧化聚合反应，使沥青中的油分、树脂逐渐减少，沥青质相对增多，且因为沥青质部分地转化为沥青碳，致使沥青混合料粘塑性降低，路面干涩、裂缝、松散相继出现，即发生沥青路面的“老化”。随着老化现象的发展，沥青路面的抗变形能力降低，在行车荷载和冰冻的作用下，极易产生裂缝，最终形成龟裂而导致路面的破坏。由于我国沥青路面结构设计方法的基本受力模式是常温条件下的疲劳破坏模式。对高温及低温条件下的路面破坏，设计规范还没有规定相应的成熟的方法。目前，主要是依靠施工中对沥青混合料配合比设计的高温性能检验和低温抗裂性能检验来实现。二、沥青路面的气候分区沥青路面的物理力学性质与使用环境如气候、温度和湿度关系密切，因此，在选择沥青材料、进行沥青混合料配合比设计、检验沥青混合料的使用性能时，应考虑沥青路面工程所处的环境因素，尤其是温度和湿度因素。所以，应按照不同气候分区特点对沥青及沥青混合料的技术性能提出相应要求。我国幅员辽阔，各地区气候相差很大，因此对沥青与沥青混合料的使用性能要求也各不相同，各地区应根据当地的气候特点对沥青混合料的技术指标进行分区，并以此作为沥青混合料组成设计的控制指标。在大量的气候要素中选择能够较好地表征我国气候特点对沥青路面使用性能影响的指标：高温、低温和雨量指标。在此基础上，提出了我国沥青路面使用性能气候分区指标及相应的分区图，见教材图15—1和图15—2。1．气候分区指标（1）设计高温分区指标：采用工程所在地最近30年内年最热月份平均最高气温的平均值，作为反映沥青路面在高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子，并作为气候分区的一级指标。全年高于30℃的积温及连续高温的持续时间可作为辅助参考值。（2）设计低温分区指标：采用工程所在地最近30年内的极端最低气温，作为反映沥青路面由于温度收缩产生裂缝的气候因子，并作为气候分区的二级指标。降温速率、冰冻指数可作为辅助参考值。（3）设计雨量分区指标：采用工程所在地最近30年内的年降雨量的平均值，作为反映沥青路面受水影响的气候因子，并作为气候分区的三级指标。雨日数可作为辅助参考值。2．气候分区的确定沥青路面的适用性能气候分区由一、二、三级区划组合而成，综合反映该地区的气候特征，见课本P342表15-1）（1）沥青材料的气候分区（沥青材料的气候分区见P342表15-2)。（2）沥青混合料的气候分区(沥青混合料的气候分区见课本P343表15-3)。第二节沥青路面材料一、沥青沥青材料是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）衍行生物所组成的有机混合物。（一）石油沥青的技术性质1．粘滞性：沥青的粘滞性是指沥青材料在外力作用下，沥青粒子产生相互位移时抵抗剪切变形的能力。它随沥青的组分和温度而定，沥青质含量高粘性大，随温度升高粘性降低。沥青的粘性与沥青路面的路用性能有密切的关系，在重轴载的交通条件下，为防止高温时路面出现车辙及过大的变形，沥青粘度是一个很重要的控制指标，该指标也是目前我国进行沥青标号划分的依据。粘度的大小反映沥青抵抗流动的能力，粘度越大，沥青抵抗路面抗车辙的能力越强。很多国家沥青技术标准中，就将沥青60℃粘度作为一个高温指标。为了满足沥青路面高温性能，要求沥青60℃粘度不小于一定值。但为了保证沥青混合料的正常生产，便于沥青的泵送和沥青混合料的拌和，沥青在施工温度下（135℃）粘度不能过大。由于沥青是一种典型的感温性材料，不同的温度下表现出不同的粘滞性，通常以表观粘度表示其粘滞性。粘度的表达和测定方法分为绝对粘度和条件粘度两大类，实际工作中大多采用经验方法，通过测定沥青的相对条件粘度来表示沥青的粘滞性。（1）绝对粘度：①沥青运动粘度试验（毛细管法）；②沥青动力粘度试验（真空减压毛细管法）；③沥青标准粘度试验（标准粘度计法）；④沥青恩格拉粘度试验（恩格拉粘度计法）；⑤沥青赛波特粘度试验（赛波特重质油粘度计）；⑥沥青布氏旋转粘度试验（布洛克菲尔德粘度计法）。（2）沥青的条件粘度——针入度针入度是表征粘稠沥青条件粘度一种的指标。在表示沥青粘稠度大小的同时，针入度还用于沥青标号的划分。针入度值是在规定的温度条件下，以规定质量的标准针经过规定的时间贯入沥青试样的深度，以0.1mm计。通常我国将这些试验条件规定为：温度25℃、标准针质量l00g、贯入时间5s。（3）沥青的软化点沥青材料是一种非晶质有机高分子材料，它由液态凝结为固态，或由固态熔化为液态时，没有明确的固化点或液化点，通常采用条件的硬化点和滴落点来表示其状态的转变。由于软化点的高低反映了沥青在一定温度条件下的物理状态，所以软化点高的沥青，说明该沥青在温度较高的条件下，软化变形的程度低；而对于软化点低的沥青，表明这种沥青在温度升高时，易发生软化变形，所以将软化点当作沥青材料热稳定性的指标。另一方面，试验研究表明，许多沥青在软化点时的针入度值一般为800（0.1mm）单位，因此可以认为软化点是沥青呈现相同粘度时所要达到的温度——即“等粘温度”，这样一来将表示沥青热稳定性的软化点指标就与沥青的粘度指标产生了联系。因此，软化点既是反映沥青材料热稳定性的一个指标，也是沥青条件粘度的一种表示方式。2．沥青的可塑性——延度沥青的延度是指当其受到外力的拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，是表示沥青内部凝聚力——内聚力的一种量度。通常采用延度作为沥青的可塑性指标，并通过延度试验测定相应的延度值。延度在一定程度上反映了沥青在某一条件下的变形能力。研究发现，较低温度时的延度（10℃、5℃等）大小与沥青在低温时的抗裂性有一定关系。低温延度值大，低温环境下沥青的开裂性相对较小。3．沥青感温性在不同温度条件下，沥青粘度随温度的改变而产生一定的改变，呈现出明显的状态变化，这种随温度的改变产生粘度变化的特点称为沥青的感温性。对于路用沥青，温度和粘度的关系是沥青的一项极其重要的性能。表示沥青这种感温性常用的指标是针入度指数（PI）。针入度指数（PI）是应用针入度和软化点试验结果来表征沥青感温性的一种指标，它表示软化点之下的沥青感温性，可采用下式通过计算获得。1050130APIBRsgCTPA5,100,25lg800lg针入度指数愈大，表明沥青对温度的敏感性愈小，也就是说在温度升高时，沥青状态改变的程度较小。表现为夏季高温时沥青不易变软，有一定的抗车辙变形能力；但另一方面冬季沥青较硬，开裂的可能性增加。所以沥青PI＜－2时，沥青的温度敏感性大；PI＞＋2时，温度敏感性较低。为了兼顾高低温要求，一般宜选用针入度指数PI为－1~＋1的沥青作为路用沥青。4．粘附性沥青克服外界不利影响因素（如环境对沥青的老化、水对沥青膜的剥离等）在集料表面的附着能力称为沥青的粘附性。粘附性直接影响沥青路面的使用质量和耐久性，是评价沥青技术性能的一项重要指标。目前沥青与集料之间粘附性好坏的常规评价方法是水煮法或水浸法，通过一定条件下考察集料表面的沥青膜抵御水的剥离能力来确定沥青粘附性的好坏。5．耐久性道路沥青在储运、加热、拌和、摊铺、碾压、交通荷载和自然因素的作用下，会产生一系列的物理化学变化，从而使沥青逐渐改变其原有性能而变硬变脆，使沥青的路用性能明显变差，这种变化称为沥青的老化。修筑高等级沥青路面，其设计寿命要长达十年以上，要求沥青材料具有较好的抗老化性，即良好的耐久性是沥青路用性能的又一重要指标。目前评价沥青抗老化能力的试验方法大多是模拟沥青在拌和过程中加热条件下产生的老化效果。具体方法有：沥青薄膜烘箱加热试验（或旋转薄膜烘箱加热试验）。该试验的基本原理都是采用一定的加热试验条件，通过不同的评价指标考察经历加热后沥青性能状态的变化程度。6．与施工有关的性质（1）沥青密度：沥青密度或相对密度与沥青道路性能并无直接关系。测定沥青密度的主要目的是为计算沥青混合料最大理论密度供配合比设计和沥青贮存中的体积与质量换算。（2）沥青闪点：沥青材料在使用时必须加热，当加热至一定温度时，沥青材料中挥发的油分蒸气与周围空气组成混合气体，此混合气体遇火焰则易发生闪火。若继续加热，油分蒸气的饱和度增加，此种蒸气与空气组成的混合气体遇火极易燃烧，而引起溶油车间发生火灾或使沥青烧坏产生损失。因此为了保证生产施工安全，必须测定沥青闪点。闪点是保证沥青加热质量和施工安全的一项重要指标。（3）沥青溶解度：沥青溶解度指标是为测试沥青产品的纯净程度，即含杂质情况。（二）我国道路石油沥青的技术要求我国道路石油沥青目前仍采用针入度指标对沥青进行等级划分，沥青等级划分除了根据针入度的大小以外，还要以沥青路面使用的气候条件为依据，在同一气候分区内根据道路等级和交通特点，并根据我国的沥青使用和生产水平将沥青划分为A、B、C三个不同的等级(我国道路石油沥青的技术要求可参照课本P348表15-4)。道路石油沥青适用范围如表15-5.道路石油沥青适用范围表15-5沥青等级适用范围A级沥青各个等级的公路,适用于任何场合和层次B级沥青①高速公路、一级公路沥青层上部约80~100mm以下的层次,二级及二级以下公路的各个层次;②用作改性沥青、乳化沥青、改性乳化沥青、稀释沥青的基质沥青C级沥青三级及三级以下公路的各个层次（三）其它品种沥青的技术要求1．改性沥青:改性沥青是指“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物