第二章 沥青路面使用性能

第二章沥青路面使用性能、工作条件和损坏特征主要内容1 第2.1节路面使用性能的设计考虑2 第2.2节沥青路面的工作条件3 第2.3节自然因素对沥青路面的影响4 第2.4节沥青路面损坏第2.1节路面使用性能的设计考虑□ 2.1.1路面使用性能与结构行为路面性能是一个复盖面很宽的技术术语，泛指路面的各种技术行为。

包含了路面行驶质量、损坏状况、结构的力学反映、行驶安全性及路面材料的疲劳、变形、开裂、老化特性等各方面的含义，成为一个泛指路面和材料各种技术行为的术语。

从道路使用者角度说，希望路面拥有的性能如下：➢可接受的行车舒适性；➢行车安全性➢最小的环境影响➢高质量的车辆运营条件，以最大限度降低车辆损坏的风险；路面使用性能变化的原因则在于路面的结构行为。

同济大学的孙立军等将路面结构行为定义为“路面结构(和材料)的物理特征和力学特性在外界因素(荷载、环境)作用下的相互关系”，包括如下几个方面：(1）路面损坏(裂缝、松散、坑槽、构造深度变化等)；(2) 路面变形(车辙、平整度等)；(3) 材料特性(材料模量和劲度、材料强度等)；(4) 力学特性(弯沉、应力、应变等)。

上述的①和②属于路面的物理特征，将影响到路面的使用性能；③和④则属于力学特性，决定了路面物理特征的演变过程。

□ 2.1.2 路面结构行为在沥青路面设计中的应用从路面结构行为定义可知：为保证路面使用性能，应当限制损坏与变形。

在过去的表述中，一般是对路面的最基本要求是耐久、平整和抗滑。

➢耐久性是指路面具有足够长的使用寿命；这要求整个路面结构具有足够的强度和抗变形能力。

事实上，迄今为止所有的设计方法都是围绕着耐久性这个核心而提出的。

路面的过早损坏意味着路面的耐久性不足。

➢路面的损坏具有各种类型和各种形态。

一般而言，高等级公路／道路的路面损坏包括变形(车辙)、开裂(疲劳开裂、低温开裂和反射裂缝)以及目前出现的一些新的损坏类型，过多的路面损坏意味着路面寿命的终结；➢平整性要求是为了保证路面的行驶舒适性；对高等级公路／道路，由于行车速度快，平整度尤为必要。

要做到路面长期平整，就必须有正确的厚度设计、正确的材料设计和正确的施工方法。

➢抗滑是对路面表面特性的要求，表征了路面的行驶安全性，传统上不属于路面结构设计的内容，主要通过表层材料的选择和材料的设计予以保证。

不满足于基本要求的沥青路面意味路面使用性能不良，路面设计的主要任务就是要保证使用期内路面使用性能，限制、延迟影响路面使用性能的过早损坏的发生和发展。

根据以上讨论，可以认为结构、材料、荷载、环境、经济五个因素应当是影响路面使用性能的关健，也是本课程将讨论的主要内容。

□路面设计的主要任务就是确保其寿命期间不发生不可接受的损坏，这是任一种路面设计方法的共同目标。

要达到这一目标，就要考虑路面的“结构、材料、荷载、环境和经济”这五个方面的因素，而最终的判据则是路面的使用性能。

根据使用性能设计路面是一种合理的选择，这不仅是发展的趋势，也是发展的必然。

□所以，正确判定路面工作条件，分析路面损杯类型与损坏机理，是路面设计的基础□ 2.2.1车辆类型与轴型➢客车—小客车：6座以下中客车：6—20座大客车：20座以上➢货车----整车：货厢与发动机一体牵引式挂车：货厢与牵引车分离牵引式半挂车：货厢与牵引车分离，但通过铰接相互连接，牵引后轴承担部分货车重量．2.2.2行车荷载1、垂直力作用0.4—1.1Mp，路面设计标准轴载按０.7 Mp取值.轮胎接地面形状椭圆形，近似处理为圆形接触面积。

2、轮胎接地压强与以下因素有关1）轮胎的新旧程度2）轮胎的花纹3）路面的刚度4）轮胎的充气程度□ 1.单圆当量圆半径□ 2.双圆当量圆半径□公路路面设计标准ZZ-100单轴双轮组，轴载重100KN，轮胎内充气压强0.7Mpa. 以Ｐ=25KN,轮胎充气压强700Kp代入计算可知➢单圆图式半径0.151cm,直径0.302cm➢双圆图式半径0.106cm,直径0.213cm汽车行驶水平力对路面的要求➢保证路面具有足够的附着系数，以保证行车安全。

➢保证面层层间结合良好。

➢保证面层材料抗剪强度，以防止波浪形成。

车速—车速越高,摩阻系数越小，路面面层类型—面层等级越高，摩阻系数越大，路面干湿状况－路面越干燥，摩阻系数越大3、动力作用□动载定义—汽车在不平整路面上行驶,车轮以一定频率和振幅在路面上跳动,从而使轮载对路面的压力呈现动态波动状态．□动载的表示方法—冲击系数，振动轮载的最大峰值与静载之比．一般在１.5左右.冲击系数将用在水泥路面设计中。

对沥青路面而言，本身属于柔性体系，吸收行车的冲击和震动性能较好，并注意到上述两种影响相互抵消，而不再考虑车轮荷载的动力作用。

车轮高速行驶对路面的瞬时性影响1) 高速行驶时，路面承受荷载的时间极短。

荷载应力尚未能传到路面下层和土基，从而使路面变形减小，这意味着路面结构刚度和强度的相对提高。

2 车速越大，路面变形越小，车速越小，路面变形越大，静载时，路面变形最大。

□高速行车中车头挤压前方空气，车尾形成真空吸力，在真空吸力作用下，碎石路面将产生扬尘现象，沥青路面上产生路面松散。

现行沥青路面设计规范中不考虑，但对沥青面层的材料整体性和粘结性有要求。

•冲击荷载和静载波动图车速与路面变形关系图第2.2节沥青路面的工作条件□ 2.2.3交通分析2.2.3.1交通及交通组成1.交通组成—道路上行驶的车辆种类轴型多,对路面的作用不同, 路面设计中,要对交通组成进行分析.2.交通量观测方法—轴载调查情况--见图轴载谱3.交通量—单位时间通过道路上某一断面的往返车辆数.第2.2节沥青路面的工作条件2.2.4 轴迹横向分布1.柔性路面车道分布系数—按车道进行设计车道系数，按照表3．1．6选用。

公路无分隔时，车道窄宜选高值，车道宽宜选低值。

当上下行交通荷载有明显差异时，可按上下行交通特点分别进行结构与厚度设计，设计时按公式(3．1．7)计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次N。

3.轮迹横向分布概念在设计中的应用刚性路面设计当量轴载作用次数应按轮迹分布系数计算——按每20厘米轮迹进行设计. 轮迹分布系数≤车道分布系数第2.3节自然因素对沥青路面的影响各种自然因素对沥青路面的物理、力学性质都有着直接的影响，使沥青及沥青混合料老化。

尤其是温度和水这两个因素对沥青路面具有重要影响。

2.3.1 温度对沥青路面的影响1.沥青路面温度的预估与研究□沥青路面结构内部的温度状况，可以通过在外部和内部影响因素之间建立联系的方法预估，这种方法有两类，即统计法和理论法。

➢统计方法需要在路面结构层中不同深处埋设测温元件，连续观测年内不同时刻的温度变化，同时收集当地的气象资料，包括对应的气温和辐射热等。

但由于影响沥青路面内部温度的因素很多，统计法不可能全面考虑，所以计算的精确度有地区局限性。

➢理论法是应用热传导理论方程式推演出各项气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程式，通常，由天参数确定难度大，理论假设理想化，使得理论预估公式结果与实测结果有一定差距。

应当明确的是沥青路面的路表温度和气温并不相同，沥青路面内部不同深度处的温度也不一致。

它是随着观测季节、观测时间和路面厚度等因素变化的一个复杂变量。

➢日本的秋山政敬在沥青路面温度变化的调查研究后得出如下几点结论。

（1）沥青路面的表面温度与气温之间，在雨天时大致呈直线关系，而在晴天及阴天时则呈曲线关系.（3）沥青路面内部温度与其表面温度之间的关素是，越接近沥青路面表面，表面温度对层内温度的影响越大，反之则越小。

每天11-12时表面温度最高，13时以后表面温度开始下降，此时层内温度反而较高（4）当气温在10左右，能及在雨天时，沥青路面的表面及层内温度最为稳定。

一般3月和11月，由于昼夜温差较小，沥青路面的温度变化幅度较小。

（5）从整层着眼，认为采用沥青层的层内平均温度作为计算温度较为合理。

通常把这个温度称为“平衡温度点”。

2. 温度对沥青路面的影响➢沥青的劲度（或粘度）受温度的影响极大，即随着温度的升高，其劲度下降，由低温时的硬脆固体到常温下的粘弹性体直至高温时软化呈流动状态。

➢沥青混合料的强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。

应当注意的是，虽然低温时沥青混合料有很高的强度，但其抵抗变形的能力则显著降低。

因而，冬季低温期间，沥青路面常由于面层本身收缩量超过其极限拉应变而导致开裂。

2.3.2 水对沥青路面的影响水对沥青路面的影响主要表现在如下两个方面。

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走，尤其是当水中含有易溶盐进会发生乳化作用，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。

2.3.3 沥青路面的老化沥青路面老化内涵——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，沥青路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，因为沥青质部分地转化为沥青碳，致使沥青混合产粘塑性降低，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，在行车荷载和冰冻作用下，极易产生裂缝，最终形成龟裂而导致路面的破坏。

沥青路面老化影响因素——当地的气候、沥青路面的层位能、沥青和沥青混合料的性能。

在气温、日照时间长的地区，受大气因素作用较强烈的表层，老化速度较快；沥青中的不饱和烃及芳香烃较多时，也易发生老化；沥青混合料的空隙率大时会加速老化；矿料中含有铝、铁等盐类时，会直催化作用，它们与沥青中的沥青酸作用生成有机酸铝盐或铁盐，从而加速沥青的老化。

沥青路面常见的损坏可分为裂缝、变形和表面损坏三类。

2.4.1 裂缝类沥青路面损坏的特征裂缝是沥青路面早期损坏的一种常见病害。

按照裂缝的方向和成因，可分为纵向、横向和网状裂缝2.4.2 变形类沥青路面损坏的特征沥青路面的变形是一种早期损坏现象，主要有沉陷、车辙和推挤，路面的变形将极大降低路面的平整度和道路服务水平，甚至影响行车安全。

1、沉陷指的是路面的局部凹陷，这种病害主要由路基未充分固结引起的继续沉陷或或路基压实不足引起的不均匀沉降所造成。

这种沉陷的发生都伴有贯穿于整个路面的结构性破坏，所以修补后还会继续发展，形成补丁破坏。

（图2-4 沉陷2、车辙指的是在高温和渠化交通作用下，沥青路面轮迹带上出现的永久变形。