复合式路面结构特点及应用

复合式路面结构特点及应用1、复合式路面 1.1无论从经济、技术、使用性能方面都优于单一柔性或刚性路面结构。标准定义：面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面种类：1水泥复合式路面：碾压砼一普通砼RCCPCC、贫砼一普通砼EPCCPCC、2水泥混凝土加铺沥青混凝土复合路面：碾压混凝土一沥青面层RCCAC、普通混凝土一沥青面层PCCAC、钢筋混凝土一沥青面层JRCAC、连续配筋混凝土一沥青面层CRCAC、。1.3水泥混凝土一一沥青混凝土 CC-AC。复合路面特点：1、结构组成特点在水泥混凝土路面上加铺沥青层，即修筑水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面结 构，不仅可减少沥青用量与柔性路面相比，而且可弥补刚性路面的不足行车 舒适性差、养护难度大等。路面整体刚度大，稳定性好，行驶舒适性好。路面结构组成为：基层+水泥混凝土板+界面层+沥青面层。（O沥青路面/.弹性模量1200 F二界面层（连接层）5000 v 1-0匚"/水泥砼路面.30000-基层界面层的材料通常采用的是改性沥青同步碎石或砂粒式沥青混凝土等，厚度520 毫米，主要起到粘结和防水和防裂作用。界面层材料模量小，具有高粘度，弹性恢 复性能好，能够很好的吸收水泥混凝土板由于形变而产生的应力，能够有效的抑制 反射裂缝的传播。刚柔性路面最大的特点是组成面层结构的材料的模量不一样，刚度相差很大。水泥 混凝土板具有强度高、刚度大、温度敏感性小，材料模量相比照较稳定，属脆性材 料。沥青面层材料模量小，温度敏感性大，材料模量随温度变化，呈现明显的黏- 弹-塑性。正是由于材料模量的差异较大，从而导致刚柔性路面在车辆荷载及温度应 力作用下，呈现明显的变形不协调性模量一一受力状态下应力和应变之比；弹性模量一一在弹性阶段应力和应变之比，符合胡克定律刚度一一抵抗弹性变形的能力；劲度一一抵抗弹性位移的能力强度一一经受外力或其它作用时，抵抗破坏的能力；黏性流体在运动状态中抵抗剪切变形速率能力的性质；弹性一一受外力发生形态变化，除去作用力后能恢复原来状态的性质；塑性一一给定荷载下，材料发生永久变形的特性。2力学行为特点。路面结构的组成和各组成材料的力学性质决定了路面的力学行为特点。刚柔性路面 的面层材料由刚性的水泥混凝土板和柔性的沥青混合料组成，其受力呈现以下几个 方面的特点：(1) 当面层沥青混合料厚度较小时，路面呈现出刚性路面特点，水泥混凝土板承受较大的竖向应力和水平应力。此时的沥青面层主要是起到改善路面行驶的舒适性，减小行驶噪音等功能性作用。沥青面层沥青面层薄时的应力分布沥青面层沥青面层厚时的应力分布(2) 当沥青面层较厚时，此时沥青面层具有明显的抗剪效应，也就是说，沥青面层承 受了主要的水平应力。同时，对竖向应力也起到了很好的扩散作用。(3) 在刚柔性复合路面结构中，无论面层沥青混合料厚度如何，刚柔性界面层所受到 的剪应力都是不能无视的。另一方面，由于界面层处在刚柔过度的特殊位置，存 在许多的不利的受力环境。沥青砼上面层. /”/占/./”.1'连接层J了水泥砼下面层歹连接层的应力分布(4) 除厚度外，面层混合料模量对结构的受力也有较大影响。沥青混合料的级配、沥 青的劲度等直接影响其扩散荷载的能力。2、沥青混凝土路面几种结构形态的应力特点2.1 沥青路面路用性能 1足够的力学强度，能承受车辆荷载施加到路面上的各种作用力； 2一定的弹塑性变形能力，能承受应变而不破坏； 3与汽车轮胎附着力较好，可保证行车安全； 4有高度的减震性，可使汽车快速行驶，平稳而低噪音；5不扬尘，且容易清扫和冲洗；6维修工作比较简单，且沥青路面可再生利用。2.2沥青路面不同于其他路面的使用性能1沥青路面高温性能沥青路面高温性能习惯上是指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。稳定性不足， 一般出现在高温、低加荷速率以及抗剪切能力不足时，也既沥青路面的劲度较低情况下劲度 一定温度条件下的应力对于渠化交通的沥青路面，高温稳定性问题主要表现为车辙； 推移、拥包、波浪等类损坏，主要是由于沥青路面在水平荷载作用下抗剪强度不足所引起的。 2沥青路面的低温稳定性沥青路面在低温环境下，失去柔性，变现出一定程度的脆性，并出现各种形式的低温裂缝。 路面上出现的各种裂缝，包括纵向裂缝、横向裂缝、龟裂、网裂等多与沥青路面低温下的脆性 有关。从国内路面裂缝的调查结果可知，由于路面设计不周或施工原因，而导致结构层本身强度不足，不能适应日益增长的交通量及轴载作用而产生的开裂，最初一般表现为纵向开裂，然后发展为网裂，这一类由荷载引起的裂缝，在中、低级道路及一些超载严重的高等级道路车道轮迹处常见。对于大多数高等级公路来说，由于普遍采用了半刚性基层，有足够的强度，因此这一 类荷载裂缝并不是主要的。相反另一类裂缝即非荷载裂缝低温裂缝则普遍存在。非荷载裂缝大部分为横向裂缝，主要为：由于降温及温度循环反复作用，在离去路面产生 的温度收缩裂缝；由于半刚性基层收缩开裂产生的反射裂缝。但是许多裂缝是多方面原因共 同作用而产生的。沥青路面的低温性能与沥青混凝土的低温变形能力有关，在很大程度上取决于沥青材料的低温性质、沥青与矿料的黏结强度、级级配类型以及沥青混合料的均匀性。从低温抗裂性能要求出发，沥青混合料在低温时应具有良好的低温松弛性能，有较低的劲度和较大的变形适应能力在降温收缩过程中不产生大的应力积聚，在行车荷载和其他因素的反复作用下不致产生疲劳开 裂。3沥青路面水稳定性在沥青混合料和沥青结构内部有水的情况下，沥青路面会发生水损害，而水损害是沥青路面的主要病害之一。行驶在沥青路面的汽车车轮动载荷载，在水分或冻融循环的综合作用下使进入路面空隙中的水不断产生动水压力，从而在形成的真空负压抽吸的反复循环作用下，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青黏附性降低，并逐渐散失黏结力，沥青膜从石料外表 脱落剥离，沥青混合料掉粒、松散，继而形成沥青路面的松散、剥落和坑槽等损坏现象。除了荷载及水分供应条件等外在因素外，沥青混合料的抗水损害能力时决定路面水稳定 性的根本性因素。它主要取决于矿料的性质，沥青与矿料之间相互作用的性质，沥青混合料的 空隙率，以及沥青膜的厚度等。4) 沥青路面疲劳特性随着公路交通量日益增长，汽车轴重不断增大，汽车对路面的破坏作用越来越明显，路面试 用期间经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交叠变化状态，致使路面结构强度逐渐下 降。当荷载重复作用超过一定次数以后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过强度下降后 的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳破坏。5沥青路面老化性能沥青材料在沥青混合料的拌合、摊铺、碾压过程及以后的沥青路面使用过程中都存在老化问 题。老化过程一般分为两个阶段，即施工过程中的热老化和路面使用过程中的长期老化氧化。 沥青混合料在拌合过程中的老化程度主要与温度有关，同时与沥青升温、存储的时间，脱水搅 拌的程度及光、氧等因素密切有关外。也与沥青在混合料中所处的形态有关，如混合料的空隙 率、沥青用量等。6沥青路面抗滑性能沥青路面应有足够的抗滑能力，以保证在路面潮湿是，车辆能够高速安全行驶，而且在外 界因素的作用下其抗滑能力不致很快降低。沥青路面的抗滑性能取决于沥青路面的微观构造和宏观构造，而沥青混合料在很大程度上 决定着沥青路面的特征，良好的路面构造能提高潮湿状态下路面车轮间的排水能力，减少容 易引起滑溜事故的弹性水动力润滑性摩擦的发生。粗糙度与矿料的微外表性质、混合料的级配 组成，以及沥青用量等因素有关。7沥青路面平整度路面外表平整度是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的重要使用性能。路面不平整会 引起车辆振动，从而对车辆磨耗、燃油消耗、行车舒适、路面损坏和交通安全等会产生直接的 影响。因此，平整度是度量路面使用性能的一项重要指标。优良的路面平整度，要依靠优良的 施工装备、精细的施工工艺、严格的施工质量控制以及经常和及时的养护来保证。同时路面的 平整度砼整个路面的结构，路基顶面的强度和抗变形能力，结构层所用材料的强度、抗变形能 力以及均匀性有很大关系。强度和抗变形能力差的路基路面结构和面层混合料，经不起车轮荷 载的反复作用，极易出现沉陷、车辙和推挤破坏，从而形成不平整的路面。8) 沥青路面防渗能力当沥青路面的防渗能力较差使，不仅影响沥青面层本身的水稳定性，而且还会影响到基层的 稳定性。停留在基层表层的水将使基层外表材料产生唧浆、软化，并导致承载能力降低。沥青 路面的抗渗能力主要取决于沥青混合料的水密性，沥青混合料的空隙率越大，其抗渗能力就越 差。为了防止水分渗入沥青路面结构内部，路面结构设计时，沥青面层至少有一层密集配沥青混 凝土，其沥青混合料的现场空隙率应控制在 8%以下，也可根据需要作封层结构。2.3 沥青路面分类6按混合料的结构组成特点划分沥青混合料是由粗集料、细集料、矿粉和沥青以及外加剂所组成的一种复合材料。粗集料分 布在沥青与细集料形成的沥青胶砂中，细集料又分布在沥青与矿粉构成的沥青胶浆中，形成具 有一定内摩阻力和黏结力的多级网络结构。由于各组成材料用量比例不同，压实后沥青混合料 内部矿料矿料分布状态、剩余空隙率也呈现出不同的特征，形成不同的组成结构，而具有不同 组成结构特征的沥青混合料在使用时则表现出不同的性能。按照沥青混合料的结构组成特点， 将沥青混合料分为悬浮密实结构、骨架空隙结构和骨架密实结构。 悬浮密实结构：配制的沥青混合料中，矿料颗粒由大到小连续存在，粒径较大的颗粒被 较小一档的颗粒挤开，不能直接接触形成嵌挤骨架结构，彼此别离悬浮于较小颗粒和沥青胶浆 之间，而较小矿料与沥青胶浆较为密实，形成了所谓悬浮式密实结构。我国传统的AC-I就是典 型的悬浮式密实结构。悬浮式密实结构的沥青混合料经压实后，密实度较大，水稳定性、低温抗裂性和耐久性较好， 是使用较为广泛的沥青混合料。但这种沥青混合料结构强度受沥青性质及其状态影响较大，在 高温条件使用时，由于沥青黏度降低，可能导致沥青混合料强度和稳定性下降。 骨架空隙结构：当采用连续式开级配矿料与沥青组成沥青混合料时，较粗的集料颗粒彼 此接触，形成互相嵌挤的骨架，但较细的粒料数量较少，不足以充填骨架空隙，以至压实后混 合料中空隙较大，形成所谓的骨架空隙结构。沥青碎石混合料AM和开级配磨耗层沥青混合 料OGFC是典型的骨架空隙结构。在形成骨架空隙结构的沥青混合料中，粗集料之间的嵌挤力对沥青混合料的强度和稳定性起 着重要作用，结构强度受沥青性质和物理状态的影响较小，因而高温稳定性较好。但由于压实 后的沥青空隙率大，空气和水分等容易进入沥青混合料内部，引发沥青老化或将沥青从外表剥 落，因此这种结构沥青混合料的耐久性值得关注。通过百分率三种类型矿物质混合料级配曲线-连续型密集配；I 一连续型开级配；-间断型密集配 骨架密实结构 当采用间断型密集配矿料时，在沥青混合料中既有足够数量的粗集料形成骨架，又根据粗集料 骨架空隙率的大小加入了足够的细集料和沥青胶浆，使之填满骨架空隙，形成较高密实度的骨 架结构，这种结构兼具上述两种结构的优点，是一种较为理想的结构类型。沥青玛蹄脂碎石混 合料SMA是一种典型的骨架密实型结构。7）按路面基层力学结构层特性分类 柔性基层沥青路面：以沥青稳定类材料、粒料等为基层