路面工程总结

Load support  fiction  smoothness  drainage

The challenges

Special Vehicle  Large vehicle  Heavy Traffic  Over-loading 

里程碑作用的三种路面结构 填图

Roman Pavement  Telford Pavement  Macadam Pavement

斜坡设置的作用

Drainage

Material Definitions

Hot mixed asphalt(HMA)  Portland cement concrete(PCC)

Pavement types

Flexible pavement  Rigid Pavement

Basic Structural Elements

Surface Course  Base Course  Subbase Course  Subgrade

Subbase Course

1.the layer in contact with traffic loads and normally contains the highest quality materials

2.provides characteristics such as friction, smoothness, noise control, rut and shoving resistance and drainage

3.prevent the entrance of excessive qualities of surface water into the underly base, subbase and subgrade

Subbase Course

1.Minimize the intrusion of fines from the subgrade into the pavement structure

2.Improve drainage

3.Minimize frost action damage

4.Provide a working platform for construction

Types of asphalt pavement

Dense-grade HMA  Stone matrix asphalt(SMA)  Open-graded HMA

Cost Analysis of SMA

1.SMA is generally more expensive than a typical dense-graded HMA (about 20-25 percent)

2.It requires more durable aggregates

3.Higher asphalt content

4.A modified asphalt binder and fibers

5.Cost-effective because of its increased rut resistance and improved durability

P34 P37图

Three types of open-graded mixes

1.Open-graded friction course (OGFC)

2.Porous European mixes(PEM)

3.Asphalt treated permeable bases(ATPB)

Why is the Concrete pavement also known as Rigid pavement?

1.The pavement structure deflects very little

2.High modulus of elasticity of their surface course

Basic Structural Elements

Surface Course  Base Course  Subbase Course  Subgrade

Joints

Contraction Joints  Expansion Joints  Construction Joints

Expansion Joint

Load transfer 

Efficiency(%)=×100

Where:∆a=approach slab deflection

      ∆l=leave slab deflection

Load Transfer Factors

1.temperature (which affects joint opening)

2.joint spacing

3.number and magnitude of load applications

4.foundation support

5.aggregate particle angularity

6.the presence of mechanical load transfer devices

Dowel Bar

1.short steel bars that provide a mechanical connection between slabs without restricting horizontal joint movement

2.increasing load transfer efficiency

3.reducing joint deflection and stress in the approach and leave slabs

Three major categories and characteristics of PCC

1.Jointed plain concrete pavement (JPCP)

a.This is the most common type of rigid pavement

b.JPCP controls cracks by dividing the pavement up into individual slabs separated by contraction joints

c.Slabs are typically one lane wide

d.Between 3.7m (12ft.) and 6.1m (20ft.) long

e.JPCP does not use any reinforcing steel but dose use dowel bars and tie bars

2.Jointed reinforced concrete pavement (JRCP)

a.JRCP controls cracks by dividing the pavement up into individual separated by contraction joints

b.Slabs are much longer (as long as 15m (50ft.)) than JPCP slabs

c.JRCP uses reinforcing steel within each slab to control within-slab cracking

d.This pavement types is no longer constructed in the U.S.

3.Continuously reinforced concrete pavement(CRCP)

a.Uses reinforcing steel rather than contraction joints for crack control

b.Crack typically appear ever 1.1-2.4m (3.5-8ft.)

c.Cracks are held tightly together by the underlying reinforcing steel

沥青和水泥路面的优缺点

沥青路面：驾驶舒适 寿命短 成本高 维修养护便捷

水泥路面：驾驶舒适性差 寿命长 成本低 维修养护困难

Asphalt pavement:  Comfortable for driving   short of life   high cost   convenient for repair and maintenance

Cement pavement:   The driving comfort is poor   long life   low cost   difficult for repair and maintenance

Stripping (HMA)

a.In general, some aggregates have an affinity for water over asphalt. These aggregates tend to be acidic and suffer from stripping after exposure to water 

b.Some aggregates have an affinity foe asphalt over water. These aggregates tend to be basic and do not suffer from stripping problems

Reaction can be controlled by

a.Avoiding susceptible aggregates

b.Low-alkali cement

c.Low water-cement ratio

Maximum Aggregate Size

a.The smallest sieve through which 100 percent of the aggregates sample particles pass

b.One sieve larger than the nominal

c.Affect HMA, PCC and base/subbase courses

Nominal maximum size　

a.The largest sieve that retains some of the aggregates particles but generally not more than 10 percent by weight

b.One sieve larger that the first sieve to retain more than 10 percent of the material

Some minimum amount of void space is necessary because

a.Provide adequate volume for the binder to occupy

b.Promote rapid drainage and resistance to frost action for base and subbase course

公式计算

P=)n  n=0.45

Gradation Terminology对应曲线

Dense or well-graded  Gap graded  Open graded  Uniformly graded

试验方法

Los Angeles Abrasion Test    Soundness Tests

Disadvantages for Angularity Test

a.Inclusion of flat and elongated particles, which are known to cause mix problems, will cause the fine aggregate angularity test results to appear more favorable

b.Surface texture may have a larger effect on mix performance than fine aggregate angularity values

Sand Equivalent Equation了解  四种状态识图

Superpave Asphalt Binders 

•Grading System and Selection Based Primarily on Climate

HMA Mix Design Methods图片设计方法识别

Marshall (old)

Hveem (old)

Superpave (new)                                                         

Reason For Compaction

a. To prevent further compaction by traffic

b. To provide shear strength and resistance to rutting

c. To ensure the mixture is waterproof

d. To prevent excessive oxidation of the asphalt binder

Factors Affecting Compaction

Mix Properties

-Aggregate

-Asphalt 

-Mix Temperature (New: Warm Asphalts)

Layer Thickness

Environmental Factors

Rollers

Factors Affecting Workability(选择)

1. Method and duration of transportation

2. Quantity and characteristics of cementing materials

3. Aggregate grading, shape & surface texture

4. % entrained air

5. Water content

6. Temperature

7. Admixtures

Innovations(填空)

Innovations generally fall into one or more of the following categories:

Design 

Materials

Equipment

Processes

Improvements(填空)

Reason for Non-Uniform Support

Expansive Soils

Differential Frost Heave

Pumping

Pumping

The forceful displacement of soil and water mixture (mud) from beneath the pavement through joint and cracks

Control of Pumping

Use a Subbase 

Other Subbase Bnefits 

Works as a filter barrier

Provides a working platform 

Provides drainage layer 

Aids in controlling frost action

Traffic Considerations

Loading Magnitude

Loading Configurations

Number of Repetitions

Materials Characterization

Stresses  Strains  Strength  Modulus

Surface Distress

ASTM E1778 Standard Terminology Relating to Pavement Distress

Alligator cracking            Oil spillage

Polished aggregate          Potholes

Raveling                   Reflection cracking

Rutting                    Bleeding

Block cracking              Corrugations

Edge cracking               Jet-blast erosion

What Causes Rutting

Rutting primary in surface course (upper 2 inches of pavement)

–Too much binder, rounded aggregate

–High air voids

–Stripping

Rutting in the overall structure and/or subgrade 

–Lack of subgrade support

–Weak pavement layers

PCCP 破坏识图 各种破坏 判断