路面材料(2)

第八章 常用路面材料的组成及性质,§8-1 路面工程概述 §8-2 块石路面与基层 §8-3 碎（砾）石路面与基层 §8-4 无机结合料稳定土基（垫）层 §8-5 沥青稳定类路面,§8-2 块石路面与块石基层,一. 块石路面,路基,基层,整平层,块料面层,1. 结构形式,2. 块石路面的受力特点,3. 材料和结构要求 块 料石料或混凝土预制块 材料要求：强度、形状、尺寸、琢制程度 整平层粗中砂、煤渣、水泥砂或沥青砂等 作用：平整、减缓冲击、减振 厚度：23 cm（高级路面） 或510cm（次高级和中级路面） 填缝料砂、石屑、水泥砂浆或沥青马蹄脂填塞等 作用：防水下渗、嵌挤、保护边角、加强整体性等 基 层-石灰水泥稳定类材料、碎（砾）石类材料、贫水泥混凝土等 作用：承重结构层（影响着路面的整体强度和稳定性）,3. 材料和结构要求 高级石块路面1级石料琢成顶面平整而边角方正的整齐石块，一般 基层为贫水泥混凝土，常用水泥砂浆做整平层，填缝 料 用水泥砂浆 中级石块路面采用1-2级石料粗琢的半整齐石块，基层用石灰煤渣土或 碎石，整平层和填缝料宜用粗砂或石屑 低级石料路面采用天然石料粗打而成的拳石和片弹石等不整齐石块，可 直接铺在厚10-20cm的砂或煤渣上,4. 优缺点及其适用性 优点： 坚固耐久，清洁少尘，粗糙抗滑，养护修理方便，容易实现彩图路面； 缺点：路面整体性较差，平整度不易保证，难以实现机械化施工，铺筑慢，建筑费用高，精琢块石耗费劳动力多。 适用性：适应重型汽车及履带车辆交通 适宜土基不稳定的桥头高填土路段 铁路平交道口以及有地下管线的城市道路 用于山区急弯、陡坡路段,防滑性能好 城市道路景观铺装的图案路面,二块石基层,1. 构造特点,2. 优缺点 强度高，水温稳定性好，整体性差，手摆方式施工，费工费时。 3. 适用性 一般适用于低等级道路，且地产石料丰富、劳动力廉价的地区。土基湿软或不均匀时，不宜采用，容易导致石块不均匀下沉，破坏路面。,§8-3 碎（砾）石路面与基层,碎（砾）石路面是用天然砾石或经轧制的碎（砾）石或碎砾石混合料按嵌挤原理铺压而成的路面结构层。 种类: 水结碎石、泥结碎石、泥灰结碎石、干压碎石、 级配碎石、碎石土混合料等,优缺点: 投资不高，但平整度差，易扬尘。 适用: 常作路面结构的基层，可作中低级路面的面层，常用作过度期的简易路面,一、水结碎石路面 以碎石作骨料，石粉与水形成的胶浆起粘结作用，压实而成为路面，一般厚为1016cm。 水结碎石作中低等级路面面层时，需加铺米石或石屑封层。 二、干压碎石基层 采用干压法，不洒水或适当洒水铺压而成的路面，要求石屑填缝紧密，碾压坚实 。 软土地基上不宜直接铺筑，以防软土上挤和碎石下陷。,三、泥结碎石路面 以碎石作骨料，粘土泥浆为填充料和粘结料，经压实而成的路面。 可通过灌浆法、拌合法、层铺法施工。 可作沥青路面基层多用于干燥路段。 四、泥灰结碎石路面 以碎石为骨料，用一定数量的石灰和土作粘结填缝料的碎石路面。因为掺入石灰，泥灰结碎石路面的水稳定性比泥结碎石好。其它方面与泥结碎石相似。,五、级配或天然级配碎（砾）石结构层 这一类结构层的结构强度受材料的级配影响较大，应严格按规范要求的级配范围选料。 强度特点：依靠不同粒径的粒料逐级填充空隙而相互挤密，成为一个较稳定的结构层。 作面层时需加铺封层（磨耗层和保护层）,以减轻行车磨耗较大，避免产生波浪、变形。,以上这些路面共有的特点： 投资不高，低等级路可作为过度期的简易路面; 平整度差，易扬尘; 结构强度依靠碎（砾）颗粒压实嵌琐形成强度，部分用填缝料增加密实性和胶结稳定（粒料自身的强度、形状、尺寸、表面特性，压实紧密程度， 填缝料种类均是重要的影响因素）; 结构层的强度还与其下卧层的刚度有关。,磨耗层 磨耗层是碎砾石路面的表面部分，多用坚硬、耐磨、抗冻性强的级配小颗粒料铺筑而成。 用于抵抗车轮水平力和轮后吸力所引起的路面的磨损和松散，缓解大气温度和湿度变化等引起的路面破坏，并提高路面的平整度。 保护层 在磨耗层上用粘土和砂土构成的土砂稳定的封面或粗细砂粒均匀撒铺而成松散保护层.,六、磨耗层与保护层,松散粒类料结构的力学特征： 1、强度特性 2、应力应变特性 3、变形累计特性,1、强度特性,强度的构成：矿料颗粒本身的强度； 颗粒之间的联结强度 抗剪强度理论：按摩尔-库仑原理进行分析。 强度的影响因素： 单颗粒料的性质（如石料的强度、形状、尺寸、表面粗糙度等） 混合料的级配组成性质 压实的密实程度 受力状态等,2、应力-应变特性,路面材料受力后产生的变形包括：弹性变形、塑性变形，粘弹及粘性变形； -应力-应变特性大部分都表现为非线性特性！,式中: K1 、K2与材料有关的试验参数；为主应力之和。,回弹模量随主应力和的变化,塑性变形的大小主要与材料的级配和初始密实程度以及荷载的大小及持续的时间等有关。级配不良或粒径单一的材料容易产生塑性变形累积。,3、变形累计特性,细粒土、碎（砾）石 无机结合料和工业废渣 常用的有： 石灰稳定土基（垫）层 水泥稳定土基层 石灰水泥综合稳定类 工业废渣基层 结构特点： 具有结构自身板体性好、强度高、稳定性好、抗冻性强等特点，广泛用于修筑路面结构的基层和底基层，以提高路面的整体刚度。,§8-4 无机结合料稳定土,混合-拌和、摊铺、碾压、养生,统称为半刚性基层,组成: 石灰（616%） 、天然土、碎（砾）石 特点: 后期强度高 具有良好性能的原因: 对土塑性的影响 土掺入石灰后，由于离子交换等作用，细颗粒结成团粒，使土的塑性指数降低。 改变了土的压实性 对难以压实的湿度较大的细粒土掺入石灰后 掺入石灰后含水量明显下降，压实效果增强。 形成生胶凝物质将松散的粒料结合成整体,一、石灰稳定土基（垫）层,影响石灰土强度的主要因素 （1）土质 （2）灰质和剂量 （3）含水量 （4）密实度 （5）养生条件,路用性能 此类材料作基层，强度较高刚度较大； 石灰稳定类基层材料强度生成较缓慢，不宜过早开放交通或受冰冻作用； 石灰稳定细粒土抗水冲蚀能力差，不宜直接做高等级路面的基层 。,（1）种类 水泥稳定细粒土 水泥稳定碎（砾）石 （2）强度生成机理 土、水和水泥之间发生了复杂的物理、化学和物理-化学作用： * 水泥自身的水化作用产生水化胶凝物质-强度的重要来源 * 离子交换作用使粘土颗粒间引力增强土粒凝聚 * 碱性环境激发了粘土中原有矿物的活性，与钙离子反应生成水化胶凝物质； * 其中Ca(OH)2的碳酸化反应，生成碳酸钙晶体。,二水泥稳定类路面材料,（3）强度影响因素 * 土质 土的矿物成分、级配，有机质和硫酸盐含量不宜过高； 细粒土过多消耗水泥量多，塑性过高的土不宜用水泥稳定 （塑性指数12的土宜用水泥稳定，塑性指数17的土，宜用石灰预先处理后再用水泥进行综合稳定。） *水泥 水泥的矿物成分和分散度影响其活性和硬化稳定的效果； 不存在水泥最佳用量（越多越好）存在经济用量，48%为宜； *其他影响因素同石灰土,路用性能 水泥稳定类较石灰稳定类强度生成快； 结合料剂量相同时强度和刚度高于石灰稳定类； 水泥稳定类抗冻性和抗水冲蚀能力优于石灰稳定类； 水泥稳定类的缩裂较石灰稳定类严重。,即一定比例的水泥和石灰掺入土石混和而成。 与水泥或石灰稳定类相比有以下特点： 1、掺入的石灰改变了土的塑性，再用水泥稳定可节省水泥用量； 2、过湿土可先用石灰稳定，消耗土中的多余水分后再用水泥稳定效果更好； 3、因有水泥的掺入可加快材料强度生成的速度，赶工期时可采取此类稳定办法； 4、对酸性粘土、重压粘土不宜单独用水泥稳定，可先用石灰稳定后再掺入水泥。,三石灰水泥综合稳定类,工业废渣是指：钢铁厂的矿渣和钢渣，化工厂的电石渣，漂白粉和硫铁矿渣，火力发电厂的粉煤灰和煤渣等。 （1）稳定土种类 石灰粉煤灰土（二灰土） 石灰粉煤灰砂砾（二灰砂砾） 石灰粉煤灰碎石（二灰碎石）等等,四工业废渣稳定类基层,（2）强度生成机理,（3）基本性能 *石灰稳定工业废渣早期强度较低而后期强度较高，是很好的基层材料； * 粗骨料加强嵌挤骨架-提高初期的承重能力。 （对施工季节及早期开放交通有要求）,开裂现象及对路用性能的影响 破坏了半刚性基层的整体性，荷载扩散能力大大减弱； 使沥青面层产生反射裂缝，使结构的整体承载能力下降； 路面渗水, 耐用性下降。 影响半刚性材料缩裂的因素 稳定土中细料含量多 土的粘性大 结合料的问缩合干缩敏感和剂量大 施工含水量偏大 施工温度、风力等,五、石灰、水泥稳定类基层开裂问题 *,减少沥青路面半刚性基层反射裂缝的措施* 改善土质（塑性高的土收缩性大） 控制压实时的含水量（多余水分的散失会增加收缩） 混合料中掺加一定比例粗集料（相对减少细料用量，可以降低结合料的用量） 半刚性基层上铺筑碎石类的过渡层（吸收裂缝，缓解反射） 分期修建（初期缩裂严重，待缩裂稳定不再发展，经处理后再铺筑沥青结构层） 半刚性基层上设置收缩缝（控制裂缝开裂的位置） 加快早期强度的生成，提高基层自身抗裂能力（添加剂、施工温度、养生保湿措施、越冬问题等）,六、无机结合料稳定土材料的力学特性,与原材料的性质、结合料的性质和剂量、密实度、养生条件、龄期等有关。,* 应力应变特征（刚性性质）,抗压性质 抗拉性质 （弯拉、劈裂）,* 疲劳特性,与反复施加的弯拉应力f和一次荷载作用下的极限弯拉强度s的比值（称作应力水平）有关 。在f 0.75s的范围内，反复应力施加的频率对试验结果影响不大。 通常，疲劳寿命的预估与实际相差很大！(材料的变异性大),注意： 室内试验条件同水泥混凝土路面的实际工作状态有较大的差异。 室内试验是不停顿的加载(相对于室外)，对材料的 疲劳寿命不利； 路面实际工作环境对材料疲劳寿命的不利影响比室 内复杂。所以，以上疲劳方程也只是反应一个规律， 建立的关系是否符合实际，能否用于指导生产实际，还需经过实际使用情况的检验反复予以修正。,不同荷载因素对路面产生的疲劳影响采用线性叠加的方法予以累计迈因纳定律,即有K种荷载作用，级位为i 的荷载对应的疲劳寿命为Ni，当实际的i 荷载若作用ni次，则产生ni /Ni的疲劳损伤。,在一定的应力水平下，无机结合料稳定类材料的疲劳寿命决定于材料的极限强度，故在多数情况下凡有助于提高材料强度的措施也有利于延长其疲劳强度。,§8-5 沥青稳定类路面材料,本节的主要内容: 一、沥青稳定类路面材料的构成及路用性能 二、沥青类路面材料的力学特性,在矿质材料中以各种方式掺入沥青材料铺筑而成的路面结构层，统称为沥青层。有以下两种情况: 沥青稳定细粒土: 路基土的水稳定性处理 路面防水和隔水的垫层 沥青稳定砂石材料: 路面面层和路面基层 面层采用沥青层的路面，称为沥青路面。,（一） 分类 A. 按强度构成特点分类 * 密实类 矿料的级配按最大密实原则设计，其强度和稳定性主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻力。 *嵌挤类 矿料的级配按嵌挤原则设计，路面强度和稳定性主要依靠骨料间的嵌挤所生成的内摩阻力，粘聚力起次要作用。 B. 按级配类型分类 * 连续级配型各档矿料按照一定的级配组成要求混合形成的沥青混合料。 * 间断级配型矿料级配组成中缺少1档或几档（或用量很少)而形成的沥青混合料。 #混合料结构组成特点-不同强度特征不同-路用性能不同-施工性能也不同！#,一、沥青稳定类路面材料的构成及路用性能,C. 按空隙率大小分类 密级配（空隙率36%, 矿料间相互嵌挤填充, 有一定比例的填料） 半开级配（空隙率612%, 矿料中有粗料, 细料及少量或无填料） 开级配（空隙率18%，主要由粗集料组成，矿料相互拨开）,D. 按公称最大粒径大小分类 特粗式：公称最大粒径等于或大于31.5mm 粗粒式：