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沥青路面技术讲义
沥青路面技术讲义
张志祥研究员
江苏中路工程技术研究院
二〇一五年五月
内容提纲
1.概述
2.沥青路面技术现状
3.沥青路面的技术挑战
4.行业规范新趋势
路面定义
路面是指用筑路材料铺在路基顶面，供车辆直接在其表面行驶的一层或多层的道路结构层
路面功能
支撑、扩散荷载、保护路基
舒适的行驶环境和条件
排水和环保
路面的作用
路面分类
路面结构层
常用的典型路面结构
现阶段高速公路采用的典型沥青路面结构
层位
早期结构
现阶段结构
上面层
4cmAK-13（普通沥青）
4cmSMA-13（改性沥青）
中面层
5cmAK-16（普通沥青）
6cmAC-20（改性沥青）
下面层
6cmAK-25（普通沥青）
8cmAC-25（普通沥青）
基层
20cm二灰碎石
36cm水泥稳定碎石
底基层
20cm石灰土
20cm二灰土
典型路面结构沿革
结构方面
沥青层厚度由早期的15cm过渡到现阶段的18~22cm，同时基层厚度由20cm增加到36~40cm。
厚度的增加对于路面结构整体的抗疲劳、防治早期损坏起到了重要作用，同时也可显著降低半刚性基层的层底弯拉应力，减少开裂的几率
材料方面
上中面层均采用SBS改性沥青替代普通沥青，改性沥青相比于普通沥青来说对于结构整体的抗推移、抗老化、防治早期损坏起到了至关重要的作用
面层SMA、AC、Superpave等材料推广
基层水泥稳定碎石替代二灰碎石
沥青路面技术现状
2.1沥青路面设计
设计指标
我国《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）中规定：
高速、一级、二级公路的路面结构设计，应以路表面回弹弯沉值、沥青混凝土层层底拉应力（或拉应变）及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。
路表设计弯沉
即根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型而确定，是路面厚度计算的主要依据。
层底容许拉应力
层底弯拉应力指标是为了控制疲劳裂缝的产生和扩展。
对半刚性基层沥青路面结构半刚性基层、底基层的拉应力起主要控制作用
具体设计流程
（1）设计弯沉值计算：
根据预测交通量计算在15年使用寿命期间路面所承担的累积当量轴次，并据此根据经验公式折算设计弯沉值；
（2）路面结构方案初拟：
根据工程经验初拟路面组合结构形式，包括路面结构材料形式、厚度、设计层位；
（3）材料参数拟定：
选择抗压回弹模量、泊松比、容许应力等材料力学参数；
（4）设计指标计算：
计算初拟路面结构方案的路表计算弯沉值和基层层底弯拉应力，并校验其是否符合设计弯沉和容许应力要求；
（5）设计层位调整：
如以上指标不满足要求，则需调整增加设计层位的厚度，重新进行以上环节的计算；如以上指标满足要求，可重点结合经济性要求适当减薄设计层位厚度；如计算指标始终无法满足要求，则需重新拟定路面结构方案。
层位
代表材料类型
模量取值（20℃，Mpa）
容许应力（Mpa）
泊松比
上面层
改性沥青AC-13
1200~1500
0.5~0.8
0.35
中面层
普通沥青AC-20
1000~1400
0.4~0.7
0.35
下面层
普通沥青AC-25
800~1200
0.3~0.6
0.35
基层
水泥稳定碎石
1200~1800
0.2~0.3
0.25
底基层
二灰土
500~1000
0.1~0.2
0.35
路基
土基
30~120
0.4
2.2沥青路面材料
（1）原材料性能指标控制沥青、集料
（2）沥青混合料SMA、Superpave
（3）基层混合料水泥稳定碎石
2.2沥青路面材料
原材料质量控制
沥青：
三大指标针入度、软化点、延度
改性沥青、普通沥青、低标号沥青等
70号普通沥青试验项目
施工规范
试验方法
A级
B级
针入度（,,5s）
60～80
60～80
T0604-2000
延度（，/min）cm不小于
20
15
T0605-1993
延度（，/min）cm不小于
100
100
T0605-1993
针入度指数PI
-1.5~1.0
-1.8~1.0
T0604-2000
软化点TR&B℃不小于
46
44
T0606-2000
动力粘度Pa.s不小于
180
-
T0625-2000
密度g/cm3不小于
实测
实测
T0603-1993
闪点℃不小于
260
260
T0611-1993
溶解度%不小于
99.5
99.5
T0607-1993
含蜡量%不大于
2.2
3.0
T0615-2000
RTFOT后残留物
T0610-1993
质量变化%不大于
0.8
0.8
T0610-1993
针入度比%不小于
61
58
T0604-2000
延度（,/min）cm不小于
6
4
T0605-1993
延度（,/min）cm不小于
-
-
T0605-1993
集料：
吸水率、压碎值、磨耗值、针片状含量等
粗集料、细集料、玄武岩、石灰岩
上面层粗集料检验项目
技术要求
石料压碎值不大于（%）
20
石料高温压碎值不大于（%）
24
洛杉矶磨耗损失不大于（%）
30
磨光值不小于（BPN）
42
与沥青的粘附性（掺抗剥落剂后）不小于（级）
5
视密度不小于（t/m3）
2.60
吸水率不大于（%）
2.5（宜不大于2.2）
软石含量不大于（%）
3
抗压强度不小于（Mpa）
120
坚固性不大于（%）
12
细长扁平颗粒含量不大于（%）
13
水洗法<颗粒含量不大于（%）
1号料0.6
2号料0.8
3号料1.0
SMA
SMA（StoneMasticAsphalt）即沥青玛蹄脂碎石混合料，它是按照内摩擦角最大的原则，以间断级配的粗集料形成相互嵌挤的矿料骨架
按照空隙率较小的原则，以沥青玛蹄脂填充骨架的空隙，形成一种骨架密实结构的沥青混合料。
Superpave
原规范的AC-I结构为悬浮密实结构，粗集料在混合料中呈悬浮状态，施工时容易于压实，现场空隙度小，且易于离析。
该结构高温稳定性欠佳，在高温、重载交通、渠化交通的作用下路面出现车辙的几率很大。
Superpave：
骨架嵌挤，提高抗车辙性能
抗裂水泥稳定碎石
一种骨架密实型混合料，以连续级配粗集料形成相互嵌挤的骨架，以水泥及细料填充骨架的空隙，形成一种骨架嵌挤密实结构的无机结合料
振动成型
水泥剂量少，抗裂性能优越
2.3施工工艺
拌合
拌合是指将沥青混合料所需的原材料按照特定的工艺和技术标准进行拌合生产，拌合工序需在后场沥青拌合站完成。
在拌合过程中需根据混合料目标配合比和生产配合比设计结果进行生产，同时还需重点控制拌合温度、时间、拌合顺序等关键参数
间歇式、连续式拌合楼
运输
运输是指将拌合生产的成品沥青混合料通过装卸汽车运输至施工现场。
在运输环节中，一方面需通过篷布覆盖等设施保证沥青混合料到场温度，防治污染，另一方面在卸料放料过程中，采用适宜的工艺控制级配的离析；
摊铺
摊铺是指通过摊铺机将装卸车运输的沥青混合料均匀松铺至路面，以备压实。
在摊铺过程中，首先需控制摊铺速度，保证连续稳定的摊铺，以提高路面平整度，同时应通过工艺调整确保松铺铺面的均匀性，包括温度离析、级配离析等。
碾压
碾压是指通过压实机械将松铺沥青混合料压实至设计空隙率状态。
根据不同沥青混合料选择不同的压实机械组合，常用的包括钢轮和胶轮，在压实过程中，一方面要保证合理的压实遍数，确保沥青路面的密实性，另一方面还需重点控制压路机的速度，保证整体铺面的实施质量。
2.4沥青路面使用状况
由于沥青路面设计、施工等技术的进步，现阶段在局部省份范围内基本上已经解决了沥青路面早期水损坏问题，但从整体来说，仍有部分地区由于相应的技术、工艺等发展条件制约，早期水损坏依旧是困扰广大公路建设者的难题
《公路技术状况评定标准》（JTGH20-2007）
评价指标
计算参数
单位
水平范围
备注
路面损坏状况PCI
破损率DR
%
92~98
裂缝、修补
行驶舒适性RQI
国际平整度指数IRI
m/km
1.0~1.5
不均匀沉降
车辙状况RDI
车辙深度RD
mm
5~10
压密型车辙
抗滑状况SRI
横向力技术SFC
52~58
SMA表面粗糙
路面结构强度PSSI
弯沉
0.01mm
5~10
基层强度高
以江苏省为例，由于沥青路面原材料、混合料组成、施工工艺等环节的技术进步，在十年前基本已经彻底解决了路面早期损坏，路面使用性能得到了全面提升，但与此同时仍然面临着反射裂缝、车辙等问题，仍需通过材料优化等措施来进一步提升沥青路面的整体质量
3.1沥青混合料离析防治
从控制离析的角度来说，一方面可以通过工艺的进一步优化来实现，另一方面需要通过管理角度，提升施工质量精细化和标准化。
设计：
一般的要求是路面层厚应大于混合料最大公称粒径的三倍。
正确的配合比设计对防治离析也很重要。
料堆：
不同规格的材料应分开堆放，堆料方式应保证材料的均匀性。
料堆转移的方法对减少堆料离析很重要，装载机的装卸方式对料堆的离析和料堆级配的变化很关键。
拌和厂：
可采用自卸式底板冷料仓，进料将比较均匀，减少离析现象。
运料车装料和卸料：
当卸料车卸载时，将料一次性卸到摊铺机中是很重要的，尽量减少停顿，能防止粗集料滚到摊铺机料斗的两边。
摊铺机：
a）任何时候摊铺机中的混合料都不应少于其装载量的30%；b）施工中尽可能不隆料；c）尽可能将料一次性卸到摊铺机的料斗；d）摊铺机料斗的仓门要尽量开大；e）连续摊铺；f）保证螺旋布料器连续旋转；g）安装挡板以防止粗料滚到螺旋变速箱的前面而引起中线离析；h）保证螺旋的外侧不缺料；j）调节摊铺机熨平板的伸缩，让摊铺机能从料斗的每边均匀地进料。
传料车（MTV）：
传料车能保证摊铺机连续摊铺，传料车能保证从混合料卡车卸料、输送到摊铺机料斗的过程中不发生离析，同时也能消除由于拌和时间短而产生的离析。
3.2施工质量精细化管理体系
（1）原材料的质量管理要求
①加强沥青路面用木质素纤维和抗剥落剂质量要求
明确木质素纤维和抗剥落剂的检测项目、方法、频率和技术要求
②统一沥青路面粗集料高温压碎值试验方法
在规范基础上提高要求，粗集料压碎值要求为常温为20%，高温为24%
③加强沥青路面原材料控制
在明确告诉公路沥青路面低基层、路面基层、路面下封层、路面面层原材料的检测项目和检测频率
（2）施工前后场质量管理要求
①加强沥青混合料施工温度检测
施工温度的检测项目包括出厂温度、到场温度、摊铺温度、初压温度、复压温度、终压温度，以及检测温度的位置和频率
②加强高速公路沥青路面面层纵向接缝施工质量
规定两台摊铺机重叠宽度不小于20cm，上下层接缝位置错开距离不小于15cm，注重接缝位置碾压，增加接缝位置的压实度和渗水系数测定等措施
③统一高速公路沥青上面层压实度检测方法
沥青上面层压实质量采用取芯和核子密度仪两种检测方法控制，核子密度仪检测结果不作为评定标准
④加强桥面防水层施工质量管理
加强到场原材料的抽检，对防水粘结层的喷涂数量和均匀性进行检测，达到龄期后，对桥面防水层的外观和粘结强度做检验
⑤加强高速公路沥青面层施工后场管理
及时清扫料堆场地，对料堆和废弃矿料等明确的标识包括：
集料、名称、规格、产地、责任人等
⑥加强桥面水泥混凝土铺装层施工质量管理
需在桥面处理、铺装层施工准备、施工、养护、评定等几个方面提出了明确的要求
（3）特殊季节施工质量管理要求
①加强高温多余期间施工现场管理
密切关注天气变化；加强结构物附近的柴草等易燃物进行全面清理；水稳施工时注意合理混合料运输车的速度与摊铺速度匹配
②加强高速公路雨季施工质量管理
加强雨季施工前准备，对材料仓库提前检查。
加强原材料的防护工作，加强底基层、基层的施工管理
③加强高速公路冬期施工质量管理
合理安排施工进度，制定详实，可操作的冬季施工技术方案；施工前备足冬期施工的物质和设备，并排专人负责气象信息的收集与监测
4.1路面设计规范
既有设计规范不足
设计指标不完善
路表弯沉不能真实反映沥青路面结构实际使用性能和损坏状况
设计参数与实际状况对应性差
现有沥青路面材料设计参数均为静态参数，与实际行车荷载作用下材料的动态响应不符，且没有充分考虑温度、湿度和应力状态等对材料性能的影响
设计理论与实际工况不符
国际上沥青路面设计方法趋向于采用力学-经验法，以弯沉为主要指标的经验法使设计结果不能真实反映沥青路面结构的实际使用性能和损坏状况。
采用力学经验法，重点针对路面疲劳开裂受力特征进行了设计方法的梳理
力学-经验设计指南
Availableat:
www.trb.org/mepdg/
结构分析软件
采用针对具体损坏的设计指标体系。
增加了路基永久变形、沥青层永久变形和路面低温开裂设计指标，改进了沥青层和无机结合料层疲劳开裂预估模型，路表弯沉不再作为设计指标
沥青层疲劳开裂
无机结合料层疲劳开裂
路基永久变形
沥青层永久变形
低温开裂
改变了路面材料和路基的设计参数，调整了测试方法，规定了确定路面材料和路基设计参数的三个层次
第一层次，按标准试验方法，实测材料的设计参数；
第二层次，实测材料的物性参数，利用经验关系式确定；
第三层次，参考值表，根据项目情况选用。
规范了轴载谱及交通参数的调查分析方法
基于轴载谱
调整了路基湿度状况分类指标及标准，引入了温度调整系数和等效温度
4.2沥青路面施工技术规范
《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）距今已有近11年的使用周期，在此期间内国内各省市沥青路面施工技术均取得了不同程度的进步，与此同时也衍生了大量新的技术成果和工艺，2004版规范在使用过程中逐渐凸显了自身的局限性，因此，相关部门已经启动了《公路沥青路面施工技术规范》的修编工作，此次修订内容主要体现在以下几个方面：
吸收引进Superpave沥青混合料设计理念
改进了沥青路面全过程的施工工艺要求
加强了质量指标的控制范围和力度
江苏中路工程技术研究院
路面技术中心
项目科研、材料研发
技术咨询服务
养护技术中心
养护规划、路面运营管理
专项改造设计
低碳安全中心
节能低碳工程策划
绿色低碳指标与体系评价
交通安全评估
特铺技术中心
环氧、浇注、特种沥青
改造、钢桥面、隧道等
中心实验室
支撑相关业务
第三方试验检测
升级会员 