第五章 沥青混合料.ppt

霍轶珍河套大学土木工程学院 第五章沥青混合料 第一节概述第二节热拌沥青混合料第三节其它沥青混合料 第五章沥青混合料 教学目标重点掌握 沥青混合料的定义 特点 分类 组成结构类型 影响沥青混合料抗剪强度的因素 沥青混合料技术性质和技术标准 沥青混合料配合比设计一般了解 其它沥青混合料组成材料及技术性质 3 第一节概述 按我国现行国家标准 沥青路面施工及验收规范 GB92 93 对沥青混合料定义和分类如下 一定义 沥青混合料是沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料的总称 1 沥青混凝土混合料 简称AC 由适当比例的粗集料 细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌和的沥青混合料 2 沥青碎石混合料 简称AM 由适当比例的粗集料 细集料 及填料 或不加填料 与沥青拌和的沥青混合料 二 沥青混合料的分类1 按结合料分类 1 石油沥青混合料 2 煤沥青混合料 第一节概述 2 按施工温度分类 沥青混合料拌制和摊铺温度 1 热拌热铺沥青混合料 2 常温沥青混合料3 按矿质混合料级配类型分类 1 连续级配沥青混合料 2 间断级配沥青混合料 第一节概述 4 按混合料密实度分类 1 密级配沥青混凝土混合料 型沥青混凝土混合料 剩余空隙率3 6 型沥青混凝土混合料 剩余空隙率4 10 2 开级配沥青混凝土混合料剩余空隙率大于15 3 亦有将剩余空隙率介于密级配和开级配之间的 即剩余空隙率10 15 混合料称为半开级配沥青混合料 第一节概述 5 按最大粒径分类沥青混凝土混合料的集料最大粒径可分为下列四类 1 粗粒式沥青混合料 2 中粒式沥青混合料 3 细粒式沥青混合料 4 砂粒式沥青混合料 第一节概述 密级配沥青混合料dense gradedbituminousmixtures 英 dense gradedasphaltmixtures 美 密实式沥青混凝土混合料 以AC表示 密实式沥青稳定碎石混合料 以ATB表示 设计空隙率2 6 沥青混合料的分类 按矿质混合料的级配组成分类 半开级配沥青混合料half semi open gradedbituminouspavingmixtures 英 沥青碎石混合料 以AM表示 设计空隙率在6 12 按矿质混合料的级配组成分类 开级配混合料open gradedbituminouspavingmixtures 英 opengradedasphaltmixtures 美 开级配沥青碎石OGFC表面层 OpenGradedFrictionCourse 排水式开级配沥青碎石ATPB基层 Asphalt TreatedPermeableBase 设计空隙率 18 按矿质混合料的级配组成分类 排水式沥青路面 间断级配沥青混合料gap gradedbituminouspavingmixtures 英 gap gradedasphaltmixtures 美 沥青玛蹄脂碎石SMA混合料 StoneMatrixAsphalt 沥青混合料的分类 按矿质混合料的级配组成分类 SMA StoneMatrixAsphalt 混合料 沥青稳定碎石混合料 简称沥青碎石 bituminousstabilizationaggregatepavingmixtures 英 asphalt treatedpermeablebase 美 密级配沥青碎石 ATB 开级配沥青碎石 OGFC表面层 ATPB基层 半开级配沥青碎石 AM 沥青混合料的分类 按矿质混合料的级配组成分类 沥青稳定碎石混合料 简称沥青碎石 bituminousstabilizationaggregatepavingmixtures 英 asphalt treatedpermeablebase 美 密级配沥青碎石 ATB 开级配沥青碎石 OGFC表面层 ATPB基层 半开级配沥青碎石 AM 沥青混合料的分类 按矿质混合料的级配组成分类 知识拓展 沥青路面的种类 层铺法表面处治 喷洒沥青 洒布集料 压实 厚度1 0 3 0cm贯入式 粗集料 喷洒沥青 洒布填隙细集料 压实 厚度4 0 8 0cm 拌和法沥青混合料拌和 摊铺 压实 三 沥青混合料的特点 1 是一种弹塑性粘性材料 具有高温稳定性和低温抗裂性 不需设施工缝和伸缩缝 路面平整有弹性 2 路面有一定的粗糙度 具有良好的抗滑性3 施工方便 速度快 养护期短 4 可分期改造和再生利用 第一节概述 5 密实的沥青混凝土透水性小 防止路表水进入基层和路基 提高了路面结构的整体强度和稳定性 6 路面因老化而使表层产生松散 引起路面破坏 由于设计施工等原因 水分一旦进入基层和路基就难排出去 如遇水温性较差的基层材料和对含水量敏感的路基 也会导致路基破坏 7 温度敏感性强 路面易产生车辙 波浪等 第一节概述 一 沥青混合料的组成结构和强度理论二 沥青混合料的技术性质低温耐久性三 沥青混合料的技术标准四 沥青混合料组成材料五 沥青混合料配合比设计 第二节热拌沥青混合料 定义 热拌热铺沥青混合料 人工组配的矿质混合料与粘稠沥青在专门设备中加热拌和而成 用保温运输工具运送至施工现场 并在热态下进行摊铺和压实的混合料 第二节热拌沥青混合料 第二节热拌沥青混合料 一 沥青混合料的典型组成结构类型 a 密实 悬浮结构 b 骨架 空隙结构 c 密实 骨架结构连续密级配连续开级配间断级配 三种结构类型混合料的级配组成 沥青混合料的分类与特性 一 沥青混合料的组成结构和强度理论 1 悬浮密实结构力学特点连续密级配的沥青混合料粘聚力C大 内摩擦粗集料少 不能形成骨架角 小 级配特点 连续密级配 细集料多 粗集料较少 悬浮于细集料中 不能形成嵌挤骨架 空隙率较小使用特点 密实耐久 高温稳定性较差2 骨架空隙结构连续开级配的沥青混合料力学特点细集料少 不能填充集料间空隙C小 大 悬浮密实结构 级配特点 连续开级配 粗集料较多 细集料较少 不足以充分填充粗骨架空隙 空隙率较大使用特点 温度稳定性好 耐久性较差 骨架空隙结构 3 骨架 密实结构间断密级配的沥青混合料 C大 大 中间集料少 既有足够的是最理想的结构粗集料形成骨架 又有类型细集料填充其间的空隙 T 一 沥青混合料的组成结构和强度理论 骨架密实结构级配特点 间断密级配 粗集料形成骨架 细集料充分填充骨架空隙 形成密实 骨架嵌挤结构 5 1 1 1沥青混合料的组成结构 二 沥青混合料的强度理论沥青混合料铺筑的路面产生破坏的主要原因 1 夏季高温时的抗剪强度不足和塑性变形过剩而产生推挤波浪 拥包等 2 冬季低温时的抗拉强度不好和抵抗变形能力过差引起裂缝 3 要求沥青混合料在高温时 必须具备抗剪强度和抵抗变形的能力 称为高温强度和稳定性 一 沥青混合料的组成结构和强度理论 沥青混合料的抗剪强度 tg C 抗剪强度 MPa 法向压应力 MPa 内摩阻角 C 粘结力 MPa 试验表明 沥青混合料的抗剪强度 决定于沥青混合料的内摩擦角 和粘聚力C C tg 三 影响沥青混合料抗剪强度的因素1 沥青的粘度对沥青混合料抗剪强度的影响 粘聚力C随着沥青粘度的提高而增加 同时内摩擦角 随着沥青粘度的提高而稍有增加 一 沥青混合料的组成结构和强度理论 2 沥青与矿料之间的吸附作用 1 物理吸附 2 化学吸附3 沥青与矿料之间的用量比例 沥青用量过少 沥青不足以包裹矿粉表面 矿粉间不能完全地靠沥青薄膜联结 因而沥青混合料的粘聚力很差 随着沥青用量的增加 结构沥青的数量不断增多 混合料的粘聚力也不断提高 当沥青用量达到一定程度时 形成的结构沥青数量最多 混合料的粘聚力达到最大 此时沥青用量为最佳用量 随着沥青用量的继续增加 多余的沥青 将矿粉颗粒推开 在颗粒间形成未与矿粉作用的自由沥青 混合料的粘聚力开始逐渐降低 一 沥青混合料的组成结构和强度理论 4 矿料的级配类型 表面性质 粒度等对沥青混合料抗剪强度的影响 矿料表面粗糙有棱角且接近正立方体时 沥青混合料抗剪强度高 5 温度及加荷速度对沥青混合料抗剪强度的影响 温度升高 粘聚力值减小 而变形能力增强 加荷频率高 可使沥青混合料产生过大的应力和塑性变形 弹性恢复很慢 产生不可恢复的永久变形 一 沥青混合料的组成结构和强度理论 思考题 1 沥青混合料有哪三种结构类型 主要表现出来的力学特性是什么 2 结构沥青是如何形成的 结构沥青是如何影响沥青混合料抗剪强度的 3 沥青在沥青混合料中以哪两种形式存在 4 什么是沥青最佳用量 一 沥青混合料的组成结构和强度理论 主要内容 组成材料技术要求及技术标准重点内容 高温稳定性及施工中对材料的选择难点 高温稳定性的影响因素及评定要求 1 掌握五大技术性质2 掌握高温稳定性的评定指标及提高措施3 掌握施工中对沥青材料的选择对沥青混合料有一定的影响 二 沥青混合料技术性质与技术标准 一 沥青混合料的技术性质1 高温稳定性 是指混合料在高温情况下 经车辆荷载长期作用 不产生车辙和波浪等病害 抵抗永久变形的性能 取决于高温时沥青混合料的抗剪切能力A 评定指标 马歇尔试验 稳定度 流值 马歇尔模数 1 稳定度 是指标准尺寸试件在规定温度和加荷速度下 在马歇尔仪中最大的破坏 二 沥青混合料技术性质与技术标准 二 沥青混合料技术性质与技术标准 荷载 KN 2 流值 是达到最大破坏荷载是试件的垂直变形 以0 1mm计 3 马歇尔模数 为稳定度和流值的比值 车辙试验 测定动稳定度 B 影响沥青混合料高温稳定性的主要因素 1 沥青的用量 2 沥青的粘度 3 矿料的级配4 矿料的尺寸 形状等 二 沥青混合料技术性质与技术标准 C 提高沥青混合料高温稳定性措施 1 提高粘聚力 采用高稠度沥青 控制沥青最佳用量采用碱性矿粉 掺外掺剂2 提高内摩擦角 增加粗集料用量采用表面粗糙有棱角的集料等 二 沥青混合料技术性质与技术标准 R 二 沥青混合料技术性质与技术标准 2 低温抗裂性 沥青混合料随着温度的降低 变形能力下降 路面由于低温而收缩以及行车荷载的作用 在薄弱部位产生裂缝 从而影响道路的正常使用 因此 要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性 沥青混合料的低温裂缝是由混合料的低温脆化 低温缩裂和温度疲劳引起的 1 低温脆化是指其在低温条件下 变形能力降低 R 二 沥青混合料技术性质与技术标准 2 低温缩裂通常是由于材料本身的抗拉强度不足而造成的 3 温度疲劳 是因温度循环而引起疲劳破坏 可以模拟温度循环进行疲劳破坏 但由于其试验条件要求较高 故改用低频疲劳试验代替 4 在混合料组成设计中 应选用稠度较低 温度敏感性低 抗老化能力强的沥青 3 耐久性 是指其在外界各种因素 如阳光 空气 水 车辆荷载等 的长期作用下 仍能基本保持原有的性能 1 影响沥青混合料耐久性的主要因素有 沥青与骨料的性质 沥青的用量 沥青混合料的压实度与空隙率等 2 目前 一般采用马歇尔试验来评价沥青混合料的耐久性 二 沥青混合料技术性质与技术标准 测定沥青混合料试件的空隙率 饱和度 残留稳定度等 这些指标均应达到规范的要求 才能说明沥青混合料的耐久性合格 4 抗滑性1 随着车辆行驶速度的增加 路面的抗滑性显得为重要 为了提高路面的抗滑性 必须增加路面的粗糙度 二 沥青混合料技术性质与技术标准 2 对于面层集料应选用质地坚硬 具有棱角的碎石骨料的颗粒适当大些 沥青用量少些 并对沥青中含蜡量进行严格控制 都可以提高路面的抗滑性 3 测定路面抗滑性的指标有路面摩擦系数和构造深度 摩擦系数和构造深度越大 说明路面的抗滑性越好 二 沥青混合料技术性质与技术标准 5 施工和易性 1 沥青混合料具备施工和易性才能顺利地进行施工作业 2 影响混合料施工和易性的主要因素是矿料级配和沥青用量 合理的矿料级配 使沥青混合料之间拌和均匀 不致产生离析现象 适量的沥青用量 可以避免混合料疏松或结团现象 另外 气候情况 机械性能 施工能力等外部条件也会不同程度地影响施工和易性 二 沥青混合料技术性质与技术标准 二 热拌沥青混合料的技术标准 我国的现行标准 沥青路面施工与验收规范 GBJ92 93 对热拌沥青混合料马歇尔试验技术标准有规定 见教材 各技术标准含义解释如下 二 沥青混合料技术性质与技术标准 1 空隙率 是指空隙的体积占沥青混合料总体积的百分率 它是由理论密度和实测密度求得 空隙率是评价沥青混合料压实程度的指标 空隙率的大小 直接影响沥青混合料的技术性质 空隙率大的沥青混合料 其抗滑性和高温稳定性都比较好 但其抗渗性和耐久性明显降低 而且对强度也有影响 二 热拌沥青混合料的技术标准 2 流值流值是评价沥青混合料抗塑性变形能力的指标 在马歇尔稳定度试验时 当试件达到最大荷载时 其压缩变形值 也就是此时流值表上的读数 即为流值 FL 以0 1mm计 二 热拌沥青混合料的技术标准 3 残留稳定度是反映沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力 浸水马歇尔稳定度试验方法与马歇尔试验基本相同 只是将试件在60 1 恒温水槽中保温48h 然后 再测定其稳定度 浸水后的稳定度与标准马歇尔稳定度的百分比即为残留稳定度 二 热拌沥青混合料的技术标准 四 沥青混合料试件的饱和度沥青混合料试件的饱和度也称沥青填隙率 即沥青体积与矿料空 隙体积的百分率 饱和度过小 沥青难以充分裹覆矿料 影响沥青混合料的粘聚性 降低沥青混凝土耐久性 饱和度过大 减少了沥青混凝土的空隙率 防碍夏季沥青体积膨胀 引起路面泛油 降低沥青混凝土的高温稳定性 因此 沥青混合料要有适当的饱和度 式中 试件的沥青饱和度 矿料间隙率 试件的沥青体积百分率 试件空隙率 二 热拌沥青混合料的技术标准 第一节概述 沥青混合料试件的实测密度对于密实的沥青混凝土试件 其集料的吸水率不大时 采用水中重法测定 沥青混合料试件的密度式中 试件实测密度 g cm3 干燥试件的空气中质量 g 试件的水中质量 g 常温水的密度 1g cm3 对于表面较粗但较密实的沥青混凝土试件 其吸水率小于2 时 采用表干法测定 式中 试件的表干质量 g 意义同前 沥青混合料试件的密度 沥青混合料试件的密度 对于吸水率大于2 的沥青混凝土试件 采用蜡封法测定 式中 蜡封试件的空气中质量 g 蜡封试件的水中质量 g 常温下石蜡与水的相对密度 意义同前 沥青混合料试件的密度2 沥青混合料试件的理论密度假定沥青混合料压至绝对密实 而不考虑其内部空隙时试件的密度为理论密度 1 油石比 沥青与矿料的质量比 计算时 试件理论密度为式中 理论密度 g cm3 各种矿料的配合比 矿料总和为 各种矿料相对密度 油石比 沥青的相对密度 常温水的密度 g cm3 沥青混合料试件的密度 2 采用沥青含量 沥青质量占沥青混合料总质量的百分率 计算时 试件理论密度为 式中 各种矿料的配合比 矿料与沥青之和为 沥青含量 意义同前 沥青混合料试件的密度 沥青混合料试件的空隙率式中 试件的空隙率 试件的理论密度 g cm3 试件的实测密度 g cm3 沥青混合料试件的空隙率 沥青体积百分率是指沥青体积占试件体积的百分率 1 当试件采用油石比计算时 沥青体积百分率式中 意义同前 2 当试件采用沥青含量计算时 沥青体积百分率式中 意义同前 沥青体积百分率 1 沥青材料 不同型号的沥青材料 具有不同的技术指标 适用于不同等级 不同类型的路面 在选择沥青材料的时候 要考虑到交通量 重 气候条件 热 施工方法 沥青面层类型 材料来源等各种情况选择沥青 这样才能使拌制的沥青混合料具有较高的力学强度和较好的耐久性 三 沥青混合料组成材料的技术要求 2 矿质材料沥青混合料的矿质材料必须具有良好的级配 这样 沥青混合料颗粒之间既能够比较紧密地排列起来 以达到足够的压实度 又能让颗粒之间具有一定的空隙 使沥青混合料保持良好的稳定性沥青混合料的矿质材料包括粗集料 细集料和矿粉 这几种材料除了混合后能达到要求的级配外 对于它们本身还有不同的技术要求 三 沥青混合料组成材料的技术要求 1 粗集料沥青混合料的粗集料要求洁净 干燥 无风化 无杂质 并且具有足够的强度和耐磨性 对路面抗滑表层的粗集料应选用坚硬 耐磨 抗冲击性好的碎石或破碎砾石 不可使用筛选砾石 矿渣及软质集料 用于高速公路 一级公路 城市快速道路 主干路沥青路面表面层及各类道路抗滑层用的粗集料 应符合磨光值 道瑞磨耗值和冲击值 三 沥青混合料组成材料的技术要求 的要求 对于坚硬石料来源缺乏的情况下 允许掺加一定比例普通集料作为中等或小颗粒的粗集料 但掺加比例不应超过粗集料总质量的40 质量技术要求见表5 32 细集料 一般采用天然砂或人工砂 在缺少砂的地区 也可以用石屑代替 但对于高等级公路的面层或抗滑表层 石屑的用量不宜超过砂的用量 质量技术要求见表5 4 三 沥青混合料组成材料的技术要求 3 填料沥青混合料的填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性 憎水性 岩石磨制而成的 也可以由石灰 水泥 粉煤灰代替 但用这些物质作填料时 其用量不宜超过矿料总量的2 其中粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50 质量技术要求见表5 7 三 沥青混合料组成材料的技术要求 沥青路面的损坏类型及其破损机理沥青混合料应具备的基本技术性能评价方法与指标改善措施 沥青混合料应具备的技术性质及其评价方法 相关知识拓展 实践技能 高温稳定性低温抗裂性耐久性 水 疲劳 老化 表面功能 抗滑 降噪 排水 施工和易性 沥青混合料应具备的技术性质 1 高温稳定性定义 高温条件下 沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力 沥青混合料性能的评价方法与指标 1 评价方法 马歇尔稳定度 稳定度与流值马歇尔试验 车辙试验 动稳定度车辙试验 简单性能试验蠕变试验重复荷载试验剪切试验 高温稳定性评价方法与评价指标 2 评价指标马歇尔方法 稳定度 KN 流值 0 1mm 轮辙试验 动稳定度 次 mm 高温稳定性评价方法与评价指标 马歇尔稳定度MS 试件破坏时的最大荷载流值FL 达到最大荷载时 试件所产生的垂直流动变形值 以0 1mm计 马歇尔试验示意图 马歇尔试验仪 马歇尔自动击实仪 沥青路面车辙形成过程 2 沥青路面的车辙现象 沥青路面车辙形成过程 压密变形 剪切流动 沥青路面的车辙现象 车辙试验 DS 沥青混合料动稳定度 次 mm d1 d2 时间t1和t2的变形量 mm 42 每分钟行走次数 次 mm c1 c2 试验机或试样修正系数 动稳定度DS APA AsphaltPavementAnalysis 轮辙试验 轮辙疲劳浸水车辙 沥青路面加速加载试验仪APT 车辙诱因 交通量增大 重型车辆和高压轮胎渠化交通车辙危害 舒适性降低 路表变形 平整度下降危害行车的安全 车槽中的积水会引起水飘方向盘难以控制车辙成因 沥青混合料是粘弹性材料结构性车辙 路面结构本身的缺陷压密性车辙 路面压实度过小失稳性车辙 剪切变形 沥青路面早期车辙损坏成因分析 材料设计的措施沥青混合料高温强度的构成 C tg 提高沥青混合料的粘结力C 严格控制沥青用量 选择高粘度沥青 使用改性沥青 提高沥青混合料的内摩阻角 选择纹理粗糙 多棱角的集料 采用适当的矿料级配 增加粗骨料含量 选择合适公称最大粒径设计时考虑交通组成和环境温度的影响 提高沥青路面抗车辙能力的对策 提高施工质量与管理水平不恰当地强调平整度而忽视压实度为避免摊铺机停顿影响平整度 而不恰当地强调连续摊铺 以致等待时间过长料温下降而导致严重压实不足 提高沥青路面抗车辙能力的对策 1 评价方法 预估断裂温度确定方法抗拉强度 温度应力计算值 T 低温弯曲蠕变试验试验方法蠕变速率 受限试件的温度应力试验试验方法转折温度破裂温度 低温弯曲试验破坏应变 低温性能的评价方法与指标 应力与温度的关系 抗拉强度 直接抗拉强度劈裂抗拉强度试验 温度应力 T T T S t T 低温拉伸劲度S t 直接抗伸试验 弯曲蠕变试验试验温度收缩系数 T 低温收缩试验 预估断裂温度Tk 低温性能的评价方法与指标 0 沥青混合料小梁试件下缘的蠕变弯拉应力 MPa t1和t2 分别为蠕变稳定期的初始时间和终止时间 s 1和 2 分别与时间t1和t2对应的跨中梁底应变 第一阶段 蠕变迁移阶段第二阶段 蠕变稳定阶段第三阶段 蠕变破坏阶段 蠕变速率 1 s MPa 受限试件温度应力试验 转折点温度破裂温度 低温小梁弯曲试验 试件 试验温度 10 指标 破坏应变 影响因素 沥青混合料劲度模量 沥青劲度 T T S t T 沥青劲度 感温性老化程度改善措施 采用劲度模量较低的沥青 使用橡胶改性沥青适当增加沥青用量 改善措施 概念 沥青混合料抵抗长时间自然因素 风 日光 温度 水分等 和行车荷载反复作用的能力1 现象 沥青的老化或硬化 变脆 易裂 集料被压碎 或冻融崩解 磨损或级配退化 沥青与集料间的粘附性降低 剥落 松散 耐久性 浸水马歇尔试验残留稳定度MS0式中 MS 试件常规马歇尔稳定度 kN 浸水0 5hMS1 试件浸水48h 或真空饱水后浸水48h 后的稳定度 kN 评价方法 冻融劈裂强度试验试验冻融劈裂强度比TSR 1 试件经冻融后的劈裂强度 MPa 0 未经冻融试件的劈裂强度 MPa 浸水劈裂强度试验 浸水车辙试验等 评价方法 劈裂强度测试 选择耐老化沥青 坚硬集料降低沥青混合料空隙率插图增加沥青用量插图掺加外加剂插图降低沥青混合料的离析程度插图 耐久性改善措施 透水性大强度降低 沥青路面的压实空隙率过大 沥青路面坑槽破损与成因 沥青用量不足水稳定性降低 空隙率与沥青膜厚度匹配TSR 7 3623 11 3038沥青膜厚度 3 2470空隙率 R 0 8993 n 21 沥青路面坑槽破损与成因 沥青与集料的粘附性不足 剥落与松散集料矿物组成沥青粘度集料的洁净程度 沥青与集料的粘附性 沥青路面坑槽破损与成因 重视组成材料设计选择适宜的级配组成 AC I AK A选择洁净集料使用改性沥青及抗剥落剂提高沥青与集料的粘附性改善效果 水泥 TJ 066抗剥落剂 消石灰 提高沥青路面抗早期坑槽破损的对策 1 影响因素集料的表面构造 粗糙度 集料的级配组成 抗滑性 评价方法与指标构造深度 铺砂法摩阻系数 摆式摩阻仪 选用坚硬 耐磨 磨光值高 抗冲击性好的碎石或破碎砾石对酸性集料采取抗剥措施严格控制沥青含量 抗滑性改善措施 混合料易于拌和 摊铺和碾压影响因素混合料的级配沥青用量沥青粘度施工条件 气候温度 风速施工设备 拌和设备 摊铺机械和压实工具等 施工和易性 1 设计指标体积参数指标插图 空隙率 矿料间隙率 沥青饱和度 性能指标 高温稳定性 马歇尔稳定度 KN 流值 0 1mm 动稳定度 次 mm 水稳定性 残留稳定度 冻融劈裂强度比 低温抗裂性 破坏应变 渗透性 渗水系数 ml min 我国沥青混合料设计方法及设计指标 试件的体积参数指标 空隙率VV 沥青体积VA 矿料间隙率VMA VV VA 油石比Pa 沥青质量占矿质混合料 集料 质量百分含量沥青混合料 沥青质量 集料质量 Pa Pi Pa 100 试件的体积参数指标 沥青含量Pb 沥青质量占沥青混合料质量的百分含量沥青混合料质量 沥青质量 集料质量 Pb Pi 100 空隙率VV 毛体积密度 理论密度 试件的体积参数指标 JTGF40 2004 计算理论密度的方法 试件的体积参数指标 BIGBILL 理论密度仪测试条件 振动频率为120rpm 抽真空时间为15 25min 试验水温为室温 老化时间为4h 真空度为97 3kPa 振动模式为顺时针 逆时针 改性沥青混合料 计算普通沥青混合料 真空法实测 矿料间隙率VMA VA VV 沥青饱和度VFA沥青体积百分率VA 试件的体积参数指标 试件的体积参数指标 JTGF40 2004 计算矿料间隙率的方法考虑了沥青吸入量VMA计算值降低 试件的体积参数指标 JTGF40 2004 沥青混合料最大密度矿料间隙率VMA沥青饱和度VFA 技术标准考虑因素 气候分区 高温 低温 降雨量道路等级 高速公路 一级公路其它公路行人道路交通量 中轻交通重载交通沥青混合料类型 密级配 AC半开级配 AM开级配 OGFC间断级配 SMA 密级配沥青混凝土马歇尔试验技术标准 JTGF40 2004 沥青碎石混合料马歇尔试验配合比设计技术标准SMA混合料马歇尔试验配合比设计技术要求OGFC混合料技术要求 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 技术标准 沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求 JTGF40 2004 沥青混合料水稳定性检验技术要求 JTGF40 2004 沥青混合料低温弯曲试验破坏应变 技术要求 JTGF40 2004 小梁弯曲试验 试验温度 10 加载速率50mm min 沥青混合料试件渗水系数 ml min 技术要求 JTGF40 2004 沥青混合料组成设计内容 组成材料的选择配合比设计性能检验 原材料沥青集料填料其它 抗剥落剂 石灰 纤维 组成材料的的选择 沥青的选择依据 气候条件 温度交通性质 渠化交通 重交通 车速结构层位沥青路用性能气候分区 集料 粗集料与细集料粗集料 碎石 破碎砾石和矿渣 骨架 嵌挤细集料 天然砂 人工砂或石屑 填充表面特征 多棱角 粗糙洁净 干燥 无风化 不含杂质级配 级配类型 最大粒径 组成材料的技术要求 集料应具备的技术性质 粗集料强度 压碎值冲击值 磨耗率坚固性针片状含量吸水率磨光值与沥青的粘附性 细集料坚固性砂当量棱角性 矿粉 石灰岩经磨细得到的矿粉 品质要求 干燥 洁净 细度 用量 粉胶比 其它材料 抗剥落剂 石灰 水泥 纤维 目的 选配具有足够密实度 并有较高内摩阻力的矿质混合料设计步骤 1 确定沥青混合料类型依据 道路等级 路面类型 所处的结构层位2 确定矿质混合料的级配范围插图3 矿质混合料配合比设计 合成级配插图 合成级配曲线尽量接近设计级配中限 关键筛孔0 075mm 2 36mm 4 75mm 交通量大 轴载重的道路 合成级配接近范围下限 中小交通量或人行道路 合成级配接近范围上限 图解法 步骤 马歇尔试验法1 制备试样插图2 测定与计算试件的体积结构参数毛体积密度空隙率VV矿料间隙率VMA沥青饱和度VFA3 测定试件的力学指标马歇尔稳定度流值4 马歇尔试验结果分析插图5 配合比设计检验 计算各档集料用量 根据按矿质混合料配合比 估计适宜沥青用量 或油石比 成型数组马歇尔试件 以估计沥青用量为中值 按0 3 0 5 间隔变化 制备试样 绘制沥青用量与物理 力学指标关系图关系图沥青用量 毛体积密度 空隙率 饱和度 矿料空隙率稳定度 流值 确定最佳沥青用量初始值OAC1插图1OAC1 a1 a2 a3 a4 4 确定沥青最佳用量初始值OAC2插图3OAC2 OACmin OACmax 2 确定沥青最佳用量OAC 确定最佳沥青用量初始值OAC1 a1 a2 a3 a4 4从图中取相应于 稳定度最大值 沥青用量a1密度最大值 沥青用量a2目标空隙率 或中值 沥青用量a3沥青饱和度范围的中值 沥青用量a4 首先确定各指标均符合技术标准 不含VMA 的沥青用量范围 OACmin OACmax 确定沥青最佳用量初始值OAC2 确定沥青最佳用量初始值OAC2 OACmin OACmax 2 OACmax OACmin 根据OAC1和OAC2综合确定沥青最佳用量OAC 通常情况下 OAC OAC1 OAC2 2 检验在OAC下 VMA和VV是否符合技术要求 OAC宜位于VMA凹形曲线最小值贫油一侧 对于炎热地区公路 高速公路 一级公路的重载交通路段 山区公路的长大坡度路段 城市快速路 主干路 设计沥青用量 OAC 0 1 0 5 空隙率必须符合设计要求范围 对于寒区道路 旅游公路 交通量很少的公路 设计沥青用量 OAC 0 1 0 3 设计沥青用量调整 5 配合比设计检验高温稳定性检验 抗车辙能力检验水稳定性检验低温抗裂性能检验渗水系数检验 我国沥青混合料设计方法 性能检测 1 沥青混合料五大技术性质是什么 2 什么是沥青混合料高温稳定性 评定指标 提高措施 3 施工中如何选择沥青材料 4 熟悉物理指标计算公式 思考题 主要内容 沥青混合料配合比设计重点内容 沥青最佳用量的选择难点 选择沥青混合料类型确定沥青最佳用量要求 会选择沥青混合料掌握沥青最佳用量的确定方法 四 沥青混合料配合比设计 一 沥青混合料配合比设计的任务 就是通过确定粗集料 细集料 矿粉和沥青之间的比例关系 使沥青混合料的各项指标达到工程要求 让沥青混合料的强度 稳定性 耐久性 平整度等各项要求 在联系与矛盾中达到统一 二 沥青混合料配合比设计包括 试验室配合比设计 生产配合比设计和试拌试铺配合比调整等三个阶段 主要着重介绍试验室配合比设计 四 沥青混合料配合比设计 试验室配合比设计分为矿质混合料配合组成和沥青最佳用量确定两部分 1 矿质混合料的组成设计 是让各种矿料以最佳比例相混合 从而在加入沥青后 使沥青混凝土既密实 又有一定的空隙 供夏季沥青的膨胀 矿质混合料的组成设计分下列几步 1 确定沥青混合料类型确定所设计的沥青混合料用于什么样的公路等级路面类型及哪一结构层 根据各层的不同 四 沥青混合料配合比设计 要求 选择沥青混合料类型 2 确定矿料的最大粒径各国对沥青混合料的最大粒径 D 同路面结构层最小厚度的关系均有规定 我国研究表明 随h D增大 耐疲劳性提高 但车辙量增大 相反h D减小 车辙量也减小 但耐久性降低 特别是在h D 2时 疲劳耐久性急剧下降 为此建议结构层厚度h与最大粒径D之比应控制在h D 2 3 四 沥青混合料配合比设计 3 确定矿质混合料的级配范围根据确定下来的沥青混合料类型 参照 公路沥青路面施工技术规范 GBJ92 93 推荐的级配作为沥青混合料的设计级配 4 测出矿质集料的密度 吸水率 筛分情况以及沥青的密度 5 采用图解法或数解法 求出已知级配的粗集料 细集料和矿粉之间的比例关系 求得的合成级配应根据下列要求作必要的配合比调整 四 沥青混合料配合比设计 1 通常情况下 合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限 尤其应使0 075mm 2 36mm和4 75mm筛孔的通过量尽量接近设计级配范围中限 2 对交通量大 轴载重的公路 宜偏向级配范围的下 粗 限 对中小交通或人行道路等宜偏向级配范围的上 细 限 3 合成级配曲线应接近连续或有合理的间断级配 不得有过多的犬牙交错 当经过再三调整 仍有两个以上的筛孔超出级配范围时 必须对 四 沥青混合料配合比设计 原材料进行调整或更换原材料重新设计 四 沥青混合料配合比设计 2 沥青最佳用量的确定沥青最佳用量的确定可以通过理论计算得到 但误差较大 故一般采用实验的方法求得 目前 我国采用马歇尔试验法来确定沥青最佳用量 其方法是 1 按所设计的矿料配合比配制五组矿质混合料 每组按规范推荐的沥青用量 或油石比 范围加入适量沥青 沥青用量按0 5 间隔递增 拌和均匀 制成马歇尔试件 2 根据集料吸水率大小和沥青混合料的类型采用合适的方法 测出试件的实测密度 并计算理论密度 空隙率 沥青饱和度等物理指标 3 进行马歇尔试验 测定稳定度和流值这二个力学指标 四 沥青混合料配合比设计 4 以沥青用量为横坐标 以实测密度 空隙率 饱和度 稳定度 流值为纵坐标 分别将试验结果点入坐标中 沥青用量与这些指标之间连成关系曲线 从图中取相应于密度最大值的沥青用量 相应于稳定度最大值的沥青用量 相应于规定空隙率范围的中值的沥青用量 以三者平均值作为最佳沥青用量的初始值 四 沥青混合料配合比设计 四 沥青混合料配合比设计 沥青用量 密度 最密度大值 a1 稳定度 沥青用量 沥青用量 四 沥青混合料配合比设计 空隙率 沥青用量 流值 沥青用量 沥青用量 四 沥青混合料配合比设计 沥青用量 空隙率饱和度稳定度流值共同范围 饱和度 根据沥青混合料马歇尔试验技术标准 确定各关系曲线上沥青用量范围 取各沥青用量范围的共同部