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沥青路面试验检测技术 铜合高速总监办中心试验室2013年3月 主要内容 一 沥青路面简介1 概述2 沥青路面基本特性二 新建沥青路面试验检测技术1 沥青2 集料 矿料 3 纤维稳定剂4 沥青混合料5 沥青混合料的质量检验6 沥青路面现场检测三 营运沥青路面养护检测技术 一 沥青路面简介 1 概述2 沥青路面基本特性 1 力学特性 2 温度特性 3 水稳定性 4 抗滑性能 1 概述 沥青路面具有行车平稳 舒适 噪音低 养护维修方便 可以再生利用等特点 在各类公路和城市道路 尤其是高速公路中得到广泛应用 沥青路面应满足行车安全 舒适 使用寿命长等要求 需具备足够承载能力 良好抗疲劳性 高温稳定性 低温抗裂性 表面抗滑性等特点 沥青路面是用沥青材料作结合料粘结矿料修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构 由于沥青路面使用沥青结合料 因而增强了矿料间的粘结力 提高了混合料的强度和稳定性 使路面的使用质量和耐久性都得到提高 1 概述 与水泥混凝土路面相比 沥青路面具有表面平整 无接缝 行车舒适 耐磨 振动小 噪音低 施工期短 养护维修简便 适宜于分期修建等优点 因而获得越来越广泛的应用 沥青路面属柔性路面 其强度与稳定性在很大程度上取决于土基和基层的特性 沥青路面的抗弯强度较低 因而要求路面的基础应具有足够的强度和稳定性 所以 在施工时必须掌握路基土的特性进行充分的压实 1 概述 在低温时 沥青路面的抗变形能力很低 在寒冷地区为了防止土基的不均匀冻胀而使沥青路面开裂 需设置防冻层 沥青路面修筑后 由于它的透水性小 从而土基和基层内的水分难以排出 在潮湿路段易发生土基和基层变软 导致路面破坏 因此 必须提高基层的水稳性 尽可能采用结合料处治的整体性基层 对交通量较大的路段 为使沥青路面具有一定的抗弯拉和抗疲劳开裂的能力 宜在沥青面层下设置沥青混合料的联结层 采用较薄的沥青面层时 特别是在旧路面上加铺面层时 要采取措施加强面层与基层之间的粘结 以防止水平力作用而引起沥青面层的剥落 推挤 拥包等破坏 2 沥青路面基本特性 1 力学特性 抗剪强度采用三轴剪切试验来确定其粘结力c和内摩阻角 沥青混合料的抗剪强度主要取决于沥青与矿料相互作用而产生的粘结力 以及矿料在沥青混合料中相互嵌挤而产生的内摩阻角 粘结力取决于许多因素 重要是沥青的粘滞度 沥青含量与矿粉含量的比值 以及沥青与矿料相互作用的特性 矿料的级配 颗粒的形状和表面特性都会对沥青混合料的内摩阻力产生影响 2 沥青路面基本特性 1 力学特性 抗拉强度沥青混合料的抗拉强度可采用直接拉伸试验或间接 劈裂试验拉伸试验 目前大多采用后者进行试验 以检验其性能 沥青混合料在低温下的抗拉强度同沥青的性质 沥青含量 矿质混合料的级配 测试时的温度等因素有关 2 沥青路面基本特性 1 力学特性 抗弯拉强度在行车重复荷载的作用下 往往因路面弯曲而产生开裂破坏 因此 必须验算沥青混合料的抗弯拉强度 其抗弯拉强度取决于所用材料的性质 沥青的性质 沥青的用量 矿料的性质 混合料的均匀性 及结构破坏过程的加荷状况 重复次数 应力增长速度等 此外 温度状况对抗弯拉强度也有较大的影响 2 沥青路面基本特性 1 力学特性 应力 应变特性沥青路面的承载能力 主要用以平衡车辆荷载反复作用下在路面结构层所产生的过量应力而引起的路面破坏 沥青混合料是一种弹性 粘塑性材料 在应力 应变关系中呈现出不同的性质 有时仅呈现弹性性质 有时则主要呈现粘塑性性质 在大多数情况下 几乎同时综合呈现上述性质 蠕变 松弛 2 沥青路面基本特性 1 力学特性 沥青混合料的疲劳特性沥青路面在其设计使用年限内 应能承受大量行车荷载的反复作用而不致过早地产生疲劳破坏 影响沥青混合料疲劳寿命的主要因素 沥青混合料的压实度 劲度 沥青含量 集料特性 矿料级配 矿料表面 纹理和形状 温度 指确定沥青混合料劲度模量时的温度 和进行疲劳试验的加荷速度 2 沥青路面基本特性 2 温度特性 高温稳定性高温稳定性是指沥青混合料抵抗车辆反复压缩变形及侧向流动的能力 a 取决于矿料骨架 尤其是粗集料的相互嵌挤作用及集料的级配 b 沥青结合料的性质与用量也起到阻碍混合料发生剪切变形的牵制作用 影响因素 沥青和矿料的性质及其相互作用的特性 矿料的级配组成等 一般是通过车辙试验来表征其高温稳定性 动稳定度 2 沥青路面基本特性 2 温度特性 低温抗裂性沥青混合料的低温抗裂性主要取决于 1 沥青结合料的低温拉伸变形能力 2 沥青混合料的温度收缩系数 抗拉强度 劲度模量等 影响因素 路面所用沥青材料的性质 当地的气温状况 沥青的老化程度 路基的种类 路面层次的厚度 沥青面层与基层的粘着状况 基层所用材料的特性 行车的状况等 2 沥青路面基本特性 3 沥青路面的水稳定性一般采用沥青混合料的残留稳定度和沥青与矿料的粘结力试验来判定 对于寒冷地区还应进行冻融劈裂残留强度试验来检验其水稳定性 4 沥青路面的抗滑性能影响抗滑性能的主要因素有 微观构造 宏观构造 防止滑溜性污染 微观构造与沥青混合料中矿料的磨光值PSV有关 与表面层的级配及结构类型有关 宏观构造与沥青路面表面层的结构 平整度 空隙率等有关 二 新建沥青路面试验检测技术 1 沥青2 集料 矿料 3 纤维稳定剂4 沥青混合料5 沥青混合料的质量检验6 沥青路面现场检测 1 沥青 1 1沥青的基本概念1 2沥青取样方法1 3沥青检验频率1 4沥青试验指标1 5沥青试验技术指标的定义及含义1 6石油沥青八大指标1 7沥青粘度1 8沥青试验中的常见问题 1 1沥青的基本概念 沥青概述沥青材料是以沥青为主要成分的一种有机结合料 沥青是由天然出产或各种有机物经热加工后得到的产品 它是由多种化学成分极其复杂的烃类所组成 这些烃类为一些带有不同长短侧链的高度缩合的环烷烃和芳环烃以及这些烃类的非金属元素 氧 氮 硫 的衍生物 有时还含有带有一些微量金属元素 钒 镍 锰 铁 的烃类等 它们几乎完全能溶于二硫化碳等有机溶剂 外观颜色呈黑色以至黑褐色 在常温时可为液态 半固态或固态 1 1沥青的基本概念 沥青 黑色到暗褐色的固态或半固态粘稠状物质 由自然形成或人工制造而得 主要为高分子的烃类和非烃类所组成 沥青结合料 在沥青混合料中起胶结作用的沥青类材料 含添加的外掺剂 改性剂等 的总称 乳化沥青 石油沥青与水在乳化剂 稳定剂等的作用下经乳化加工值得的均匀沥青产品 也称沥青乳液 液体沥青 用汽油 煤油 柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品 也称轻制沥青或稀释沥青 1 1沥青的基本概念 改性沥青 掺加橡胶 树脂 高分子聚合物 天然沥青 磨细的橡胶粉 或者其他材料等外掺剂 改性剂 制成的沥青结合料 从而使沥青或沥青混合料的性能得以改善 改性乳化沥青 在制作乳化沥青的过程中同时加入聚合物乳胶 或将聚合物乳胶与乳化沥青成品混合 或对聚合物改性沥青进行乳化加工得到的乳化沥青产品 天然沥青 石油在自然界长期受地壳挤压 变化 并与空气 水接触逐渐变化而形成的 以天然状态存在的石油沥青 其中常混有一定比例的矿物质 按形成的环境可以分为湖沥青 岩沥青 海底沥青 油页岩等 1 1沥青的基本概念 沥青的主要类型沥青按其在自然界中获得的方式 可分为地沥青和焦油沥青两大类地沥青 是由天然产状或石油精制加工得到 以 沥青 占绝对优势成分的沥青材料 按其产源又可分为石油沥青 是弥散于石油胶体中的沥青 经各种石油精制加工而得到的产品 最常得到的有直溜沥青 氧化沥青 裂化沥青 溶剂脱沥青 调和沥青等 还可加工而得到控制沥青 乳化沥青等 天然沥青 是石油在自然条件下 长时间受各种自然因素作用 形成以纯粹沥青成分存在 如地沥青砂 地沥青岩 前者可直接使用 后者可作为混合料使用 也可用水熬煮或溶剂抽提得纯地沥青后使用 1 1沥青的基本概念 焦油沥青 Tar 煤沥青 是各种有机物 煤 泥炭 木材 等 干馏加工得到的焦油经再加工所得的沥青 故称为焦油沥青 焦油沥青 Tar 煤沥青 按其加工的有机物名称而命名 如由煤干馏所得的煤焦油 经再加工所得的沥青即称为煤沥青以上各类沥青 可以归纳如下天然地沥青地沥青石油地沥青煤沥青沥青木沥青焦油沥青 页岩沥青 1 1沥青的基本概念 页岩沥青按其技术性质接近石油沥青 按其生产工艺则接近焦油沥青 目前分类暂属焦油沥青类 以上这些类型的沥青中 在道路建筑中最常用的主要是石油沥青和煤沥青两类 其次是天然沥青 我国也有较大储量 乳化沥青 将粘稠沥青加热至流动状态 经机械力的作用而形成微滴 粒径约为2 m 5 m 分散在有乳化剂 稳定剂的水中 由于乳化剂 稳定剂的作用而形成均匀稳定的乳状液 又称沥青乳液 简称乳液 改性沥青 是采用各种措施使沥青的性能得到改善的沥青 这些措施主要为掺加改性剂 改性剂主要为高聚物 其它材料如硫磺 碳黑等材料也可作为沥青改性剂使用 1 1沥青的基本概念 建筑石油沥青适用于建筑屋面和地下防水的胶结材料及制造涂料 油毡和防腐材料等 按针入度不同分为10号 30号二个牌号 道路石油沥青用于铺筑道路 也可用于屋面防水及制造油毡纸和绝缘材料 按针入度分为160号 130号 110号 90号 70号 50号 30号等七个牌号 1 2沥青的取样方法 取样数量粘稠沥青和固体沥青不少于1 5kg 液体沥青不少于1L 乳化沥青不少于4L 从贮油罐中取样注意事项无搅拌设备的贮油罐 将液面高度三等分取样 也可在流出口按不同流出深度分3次取样 可将3各样品混匀试验 也可分3次试验 有搅拌设备的贮油罐 从中部取样 1 2沥青的取样方法 从槽车 罐车 沥青洒布车中取样注意事项有取样阀时 待流出4kg或4L后再取样只有放料阀时 待放出一半沥青后再取样从顶盖处取样 用取样器从中部取样在装料或卸料过程中取样注意事项按时间间隔均匀地分3次取样 可以混匀进行试验 也可分别进行试验从沥青贮存池中取样注意事项经管道或沥青泵流至加热锅之后取样 分间隔至少取3各样品 可以混匀进行试验 也可分别进行试验 1 2沥青的取样方法 从沥青运输船取样到港后 从每个仓3个不同部位取样 混匀后作为1个仓的样品进行试验卸油过程中 根据卸油量 大体均匀分3次间隔取样 混匀后作为1个的样品进行试验从沥青桶中取样确认为一批产品时 可随机取样 不能确认是同一批产品时 按下表规定或总桶数的立方根数随机选出沥青桶数将桶加热至所有沥青熔化成流体后 按罐车取样方法取样若沥青桶不便加热熔化 亦可在桶高的中部距桶壁5cm以上的内部凿取 1 2沥青的取样方法 选取沥青样品桶数 1 2沥青的取样方法 固体沥青取样从桶 袋 箱装或散装整块中取样 应在表面以下及容器侧面以内至少5cm处取样能够打碎的沥青 打碎后取中间部分软塑沥青 用干净热工具切割试样的保护与存放液体沥青 乳化沥青可用塑料桶或金属桶存放 但要加盖密封其他沥青必须存放在密封的金属容器中样品应在阴凉干净处保存冬季 乳化沥青取样要注意保温沥青加热次数应尽可能少 一般不应超过2次 1 3沥青检验频率 在施工过程中 各种沥青的试验项目和频率各不相同 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 有如下规定 1 3沥青检验频率 1 使用成品改性沥青的工程 应要求供应商提供所使用的改性剂型号 基质沥青的检测报告 2 使用现场改性沥青的工程 应对试生产的改性沥青进行检测 3 质量不合格的不得使用 说明 1 3沥青检验频率 1 4沥青试验指标 道路石油沥青试验指标 共14项 1 25 针入度2 针入度指数3 软化点4 60 动力粘度5 10 延度6 15 延度7 蜡含量8 闪点9 溶解度10 密度 15 11 TFOT 或RTFOT 后 质量变化 残留针入度比 25 10 残留延度 30号沥青无此项 15 残留延度 30号沥青无此项 1 4沥青试验指标 道路用乳化沥青试验指标 共13项 阳 阴 非离子各11 1 破乳速度2 粒子电荷3 筛上残留物 1 18mm 4 粘度 恩格拉粘度E25 道路标准粘度C25 35 蒸发残留物 残留分含量 溶解度 25 针入度 15 延度6 与粗集料的粘附性 裹附面积 拌和用的无此项 7 与粗 细粒式集料拌和试验 喷洒用及非离子的无此项 8 水泥拌和试验的筛上剩余 阴离子 阳离子及非离子喷洒用的无此项 9 常温贮存稳定性 1d 5d 1 4沥青试验指标 聚合物改性沥青试验指标1 25 针入度2 针入度指数3 5 延度 EVA PE无此项 4 软化点5 135 运动粘度6 闪点7 溶解度 EVA PE无此项 8 弹性恢复 SBR EVA PE无此项 9 粘韧性 SBS EVA PE无此项 10 韧性 SBS EVA PE无此项 11 贮存稳定性 离析 48h软化点差 SBR无此项 12 TFOT 或RTFOT 后残留物 质量变化 25 针入度比 5 残留延度 EVA PE无此项 1 4沥青试验指标 改性乳化沥青试验指标1 破乳速度2 粒子电荷3 筛上剩余量 1 18mm 4 粘度 恩格拉粘度E25 道路标准粘度C25 35 蒸发残留物 含量 溶解度 三氯乙烯 25 针入度 5 延度 软化点6 与粗集料的粘附性 裹附面积 BCR无此项 7 贮存稳定性 1d 5d 1 5沥青试验技术指标的定义及含义 针入度 在规定温度和时间内 附加一定质量的标准针垂直贯入沥青试样的深度 单位以0 1mm表示针入度是反映沥青稠度的指标 通过以不同温度条件测得的针入度 可以反映沥青材料的高温稳定性和低温抗裂性延度 规定形态的沥青试样 在规定温度下以一定速度受拉伸至断开时的长度 单位以cm表示延度是反映沥青变形能力的指标 可以采用不同温度下的延度分别反应低温变形能力和高温变形能力 1 5沥青试验技术指标的定义及含义 软化点 沥青试样在规定尺寸的金属环内 上置规定尺寸和质量的钢球 放于水或甘油中 以规定的速度加热 至钢球下沉达规定距离时的温度 单位以 表示软化点使反映沥青温度稳定性的指标 软化点是沥青由固态转变为流动状态时的温度 它反应了沥青材料的高温稳定性蜡含量 以蒸馏法馏出沥青中的油分后 在规定的溶剂及低温下结晶析出的蜡含量 单位以 表示蜡含量是一个非常重要的指标 这对我国采用石蜡基原油炼制的沥青尤其重要 它直接影响到沥青产品的质量 所以在道路石油沥青技术要求中列入了蜡含量的指标 1 5沥青试验技术指标的定义及含义 蜡含量降低石油沥青的粘结性和塑性 同时对温度特别敏感 即温度稳定性差 蜡对沥青路面使用性能有极大影响 现有研究认为沥青中蜡的存在 在高温时会使沥青容易发软 导致沥青路面高温稳定性降低 出现车辙 同样 在低温时会使沥青变得脆硬 导致路面低温抗裂性降低 出现裂痕 此外 蜡会使沥青与石料的粘附性降低 在有水的条件下 会使路面石子产生剥落现象 造成路面破坏 更严重的是 含蜡沥青会使沥青路面的抗滑性降低 影响路面的行车安全 1 5沥青试验技术指标的定义及含义 蒸发损失 沥青试样在内径为55mm 深35mm的盛样皿中 在163 温度条件下加热并保持5h后质量的损失 单位以 表示通过测定薄膜加热或旋转薄膜加热后的蒸发损失 以及蒸发残留物的针入度 延度 软化点等 评价沥青受热时性质的变化及耐老化性能闪点 沥青试样在规定的盛样器内 按规定的升温速度受热时所蒸发的气体以规定的方法与试焰接触 初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度 单位以 表示闪点是反映沥青和油类可燃性的指标 在实际施工应用中 反映了施工加热的安全性 1 5沥青试验技术指标的定义及含义 针入度指数 一种沥青结合料的温度敏感性指标 反映针入度随温度而变化的程度 由不同温度的针入度按规定方法计算得到 一般情况下 可以测定15 20 25 30 35 时的针入度 按下列方法计算 lgP K AlgPen T式中 P 不同试验温度下的针入度 0 01mm T 不同试验温度 K 回归方程的常数项 AlgPen 针入度温度指数 针入度指数PI PIlgPen 按下式计算 PIlgPen 20 500AlgPen 1 50AlgPen 针入度指数反映了沥青对温度变化的敏感程度 针入度指数越大 说明沥青对温度的变化越不敏感 反之则表示温度变化对沥青的性能影响较大 在工程实际使用中 希望温度变化对沥青性能的影响越小越好 1 5沥青试验技术指标的定义及含义 溶解度 沥青试样在规定溶剂中可溶物的含量 以质量百分率 表示溶解度指标主要是为了控制不溶物含量 根据目前情况 几乎所有的沥青均满足要求密度 沥青试样在规定温度下单位体积所具有的质量 以t m3或g cm3计密度与沥青中轻油份的含量有关 轻油份越多 密度越小 沥青老化的速度可能越快 一般情况下 沥青的密度应大于1 一般在1 01 1 06之间 1 6石油沥青的八大指标 1 针入度试验简述 针入度是在规定温度 附加荷重和荷重作用时间的条件下 标准针贯入沥青中的深度 以0 1mm为单位 常用的试验条件为P25 100g 5s 针入度用来划分沥青的标号 针入度越小 表示沥青的稠度越大 反之 则越小 要点强调 a 应注意试样在水中的保温时间 若浸泡时间超出规范要求时间过长 将使得实测值偏大 b 试样浸水的温度应严格控制 试验前应对恒温水箱进行标定 若水温相对试验要求温度高 则实测值偏大 c 试验前应确认标准针是否有弯曲 若有变形 则会导致实测值偏小 d 标准针应与沥青表面恰好接触 检查频率 石油沥青每2 3天1次 改性沥青每天1次 1 6石油沥青的八大指标 2 软化点试验简述 软化点是沥青在规定尺寸的铜环内 其上放置一规定质量 3 5 0 05 g的钢球 以5 min的升温速度加热 沥青软化 钢球从沥青试样中沉落至规定的距离的底板时的温度 软化点实质上反映沥青的粘度 与沥青的标号有关 是一种条件粘度 即是在等粘度条件下以温度表示的一种粘度 软化点反映沥青的温度敏感性 一般认为 软化点高 则其等粘温度也高 温度稳定性好 或者说热稳定性好 要点强调 a 试样应在5 的水中静置15min左右 再进行刮皮平整表面的工作 否则易从试模中拉扯出沥青试验 影响试验结果 b 每次必须校核水的升温速度是否准确为5 min 否则将出现实测值的极大误差 水杯底部应具有搅拌功能 保证水温均匀 c 试验用水须为蒸馏水或洁净水 不可用含杂质过多的水 否则对实测值有较大影响 检查频率 石油沥青每2 3天1次 改性沥青每天1次 工程实例 某工地试验室实测软化点每次都高于总监办试验结果 经现场核实试验过程 发现是加温速率有问题 高于5 min 3 延度试验简述 沥青在一定温度下 按一定的拉伸至沥青断裂时的长度 以cm记 通常试验温度为15 5 拉伸速度为5cm min 延度反映沥青的柔韧性 延度越大 沥青的柔韧性越好 如在低温下延度越大 则沥青的抗裂性越好 沥青延度与其粘度 组分有密切关系 一般来说 延度大的沥青含蜡量低 粘结性和耐久性都好 反之 含蜡量达 延度小 粘结性和耐久性也差 要点强调 a 磨具应保证均匀涂抹合格的隔离剂 否则在进行刮摸去皮工作时极易拉扯试样中部 导致试样在试验中发生提前断裂 b 试样在规定水浴中应放置足够时间 否则易导致实测结果不准确 C 应保证试验温度的准确 检查频率 石油沥青每2 3天1次 改性沥青必要时进行 工程实例 某高速重交沥青老化前15 延度居然不合格 因为业主提高了老化后延度指标 供应商参入了部分改性剂 但改性剂在沥青中搅拌不均匀 拉伸时可以看见很多细微颗粒 供应商不相信 亲自现场核实 最后在事实面前必须承认 并损失2000吨 1 6石油沥青的八大指标 4 溶解度 沥青在溶剂中的溶解度表明沥青中的有效成分 常用的溶剂是三氯乙烯 苯 5 闪火点 沥青在加热过程中 其挥发油分与空气混合气体在高温下极易发生闪火 闪火时的温度为闪火点 闪火点与沥青中的轻质油分的含量有关 为保证施工安全 需要了解沥青材料的闪火温度 6 薄膜烘箱试验 沥青混合料生产过程中 沥青要加热 尤其在生产沥青混合料时 沥青薄膜状态与热集料接触 沥青发生明显的老化 室内模拟这一老化过程 将沥青放在盘中形成3 2mm厚的薄层 然后在163 的烘箱中烘5h 根据加热前后试样的质量变化 测定其质量损失率 以表示其轻质油分挥发的数量 同时测定针入度 软化点 延度等指标 比较试验前后沥青性质的变化 以表征沥青的耐老化性能 7 含蜡量 含蜡量的多少对沥青的性质有很大影响 8 脆点 将一定数量的沥青涂在金属片上 在规定的降温速率下使金属片弯曲 当沥青薄膜出现裂缝时的温度即为脆点 脆点指标反映沥青材料的低温性能 1 6石油沥青的八大指标 1 7沥青粘度 1 沥青粘度与路用性能的关系沥青粘度对其路用性能有很大的影响 沥青粘度大 粘结力强 所拌制的沥青混合料强度高 稳定性和耐久性好 粘度是沥青的力学指标 粘度的大小反映沥青抵抗流动的能力 粘度越大 沥青路面抗车辙的能力就越强 试验表明 沥青的粘度与沥青混合料动稳定度有密切关系 粘度越大 动稳定值就越高 2 测试方法绝对粘度测试方法 运动粘度 毛细管法是测定沥青运动粘度的一种方法 该法是沥青试样在严密温控条件下 于规定温度 135 通过选定型号的毛细管粘度计 流经规定的体积 所需要的时间 s 真空减压毛细管法是测定沥青动力粘度的一种方法 该法是沥青试样在严密控制的真空装置内 保持一定的温度 60 通过规定型号毛细管粘度计 流经规定的体积 所需要的时间 s 工程实例某沥青供应商70 重交沥青现场实测动力粘度仅136Pa S 而该供货商不满 而抽检的单位有三份密封的样品 共同再送样品到外省检测机构进行检测 结果为138Pa S 最后该沥青供应商赔款70万元 在此过程中 检测单位对自身的检测结果承担了很大责任 但很自信 建立在对自身试验技术 设备 样品管理十分严格的基础上 否则 将承担很大技术风险和信誉风险 1 7沥青粘度 沥青的粘附性及其与沥青路用性能的关系沥青的粘附性是指沥青与石料之间相互作用所产生的物理吸附和化学吸附的能力 粘结力是指沥青本身内部的粘结能力 粘结性好的沥青一般其粘附能力也强 沥青对石料粘附性的优劣 对沥青路面的强度 水稳性以及耐久性都有很大影响 是沥青的重要性质之一 在干燥状态下 沥青与石料的粘附较好 但在潮湿状态下 由于水比沥青更容易浸润石料 石料表面的沥青就可能被水取代 沥青从石料表面剥离下来 当集料失去沥青的粘结作用 路面就出现松散 这就是雨季沥青路面经常出现松散的原因 1 7沥青粘度 影响沥青与石料粘附的因素沥青品种 沥青中所含的表面活性物质 沥青酸 酸酐 酸值大于0 7的沥青为活性沥青 这种沥青对碱性岩石的干燥表面具有良好的粘附性 但与酸性石料却粘附不好 酸值小于0 7的非活性沥青 与大多数石料的表面都不能形成牢固的粘附 容易被水剥落 温度 当沥青温度升高时 沥青的粘度降低 流动度增大 便于沥青在石料表面自由地展开 促进浸润 提高沥青与石料的粘附性 石料种类 石料按所含SiO2的多少 分为酸性 碱性和中性 含量大于65 为酸性 小于52 为碱性 之间为中性 表面状态 光滑的石料表面 沥青易于浸润 但当遇水后却容易剥落 粘结不牢 石料表面粗糙 形成凹凸不平的表面 不仅增加了表面积 使石料增加了与沥青接触的机会 而且沥青能嵌入凹穴中 固化后形成牢固的机械嵌锁力 使沥青与石料牢固粘结 石料表面的清洁程度对沥青的粘附性有很大影响 1 7沥青粘度 沥青粘附性的评定试验方法 1 水煮法 2 水浸法 3 马歇尔残留稳定度试验 4 冻融劈裂试验 5 浸水轮辙试验 水煮法 粒径大于13 2mm的粗集料 采用水煮法判断沥青的粘附等级 取粒径13 2 19mm形状接近立方体的规则集料5个 洗净后置于烘箱烘干冷却 在集料中部系紧细线再置于105 烘箱中1h 然后用手提线浸入预先加热的沥青达一定时间 使得颗粒完全为沥青膜所裹覆 于室温中冷却15min后逐个提起集料浸入煮沸水中3min 取出后观察沥青膜剥离程度 并判定其粘附等级 注意控制煮沸水的火候 应微沸 但不可有沸腾的气泡产生 1 7沥青粘度 1 7沥青粘度 水浸法 粒径小于13 2mm的粗集料 采用水浸法判断沥青的粘附等级 将20颗裹覆沥青的集料置于玻璃板上 放入80 的恒温水槽中保持30min后取出 再浸入冷水中 仔细观察沥青剥落情况 判断其粘附等级 工程实例 某高速由于周边石料紧张 使用了酸性石料于下面层 最后结果是通车不到一年就产生车辙 三层全部洗刨 损失较大 教训深刻 1 8沥青试验中的常见问题 针入度试验温度控制不严格锥入质量未校准针的锥度和针尖长度不符合要求锥入针不垂直沥青试样的保温时间不足由于以上一些问题的存在 导致不同单位 不同仪器 不同操作人员的试验结果存在较大差异 1 8沥青试验中的常见问题 延度试验温度控制不严格沥青试样的保温时间不足试模的尺寸差异较大样品的成型不规范水槽内的水温不均匀仪器的拉伸速度未校核低温延度往往误差较大 1 8沥青试验中的常见问题 含蜡量试验蒸馏温度和速度误差较大冷冻分离时的控温不准确冷却过滤不充分砂芯过滤片的滤孔孔径存在很大差异试验设备和方法有待改进同一个样品 由不同的人员 不同单位 用不同的设备进行试验 得到的结果可以相差5 6倍 在进行比对试验时 同一样品的蜡含量试验结果在0 5 3 7 之间 而且统计分析结果是 所有结果均在有效范围内 说明离散性很大 1 8沥青试验中的常见问题 针入度指数试验温度影响很大 针入度对温度的影响非常敏感低温时的针入度测定结果误差很大几种温度下的累计试验误差对结果有较大影响许多沥青的针入度指数达不到要求 包括进口的改性沥青在内 1 8沥青试验中的常见问题 闪点试验温度不易控制点火时间不易掌握不同的人员对着火的判断存在明显差别试验结果的离散性很大试验方法和仪器需要改进 2 集料 矿料 生产沥青路面用石料的矿厂一般规模小分布散 且所产的石料随着岩脉变化的影响 性质和密度会相差很大 而矿料密度的不同对沥青混合料配合比的结果将产生较大的影响 一般规律是 矿料的视比重与沥青用量成反比 矿料的总体密度每变化 0 01g m3将会对油石比产生 0 02 的影响 矿料的性质对沥青混合料配合比也有影响 如天然砂属酸性石质 与沥青结合差 它在沥青混合料中的用量直接影响了马歇尔稳定度 也就对油石比产生了影响 因此一般限制天然砂的用量不能超过10 有条件时尽可能选用碱性或中性机制砂 粗集料 指粒径大于4 75mm的碎石 是沥青混凝土中的骨架 在结构层中起着承重 稳定以及抗高温变形的作用 其除保证规范规定的常规检测指标外 还必须与沥青路面结构层厚度相匹配 2 集料 矿料 细集料 指粒径小于2 36 的天然砂 人工砂及石屑 细集料用以在沥青混合料中填充粗集料空隙 使成型后的沥青混凝土整体性能好 减少沥青混合料在施工 拌和 运输 摊铺 过程中粗集料离析现象的发生 并提高沥青混凝土的密实性和防水性能 细集料包括天然砂 机制砂和石屑 矿粉 是在沥青混合料中起填充作用的小于0 075 的矿物质粉末 其在沥青混合料中的作用 不仅是为了填充粗细骨料空隙 而且是沥青混合料结构形成的最主要成分之一 当它与沥青发生物理 化学作用后 便可显著改善沥青混合料的力学性能 从而可提高沥青混凝土的强度 温度稳定性以及耐久性 且在沥青混合料性质确定的情况下还能节约沥青用量 2 1粗集料密度 密度定义堆积密度 单位体积 含物质颗粒固体及其闭口 开口孔隙体积及颗粒间空隙体积 物质颗粒的质量 有干堆积密度及湿堆积密度之分 表观密度 视密度 单位体积 含材料的实体矿物成分及闭口孔隙体积 物质颗粒的干质量 表干密度 饱和面干毛体积密度 单位体积 含材料的实体矿物成分及其闭口孔隙 开口孔隙等颗粒表面轮廓线所包围的全部毛体积 物质颗粒的饱和面干质量 毛体积密度 单位体积 含材料的实体矿物成分及其闭口孔隙 开口孔隙等颗粒表面轮廓线所包围的毛体积 物质颗粒的干质量 各密度的相对密度是该密度同同温度水的密度的比值 2 2集料试验项目 1 表观密度和毛体积密度 2 粗集料颗粒形状 3 粗集料含泥量及泥块含量 4 粗集料压碎值试验 5 粗集料洛杉矶试验 6 粗集料磨光试验 7 细集料表观密度试验 8 细集料含泥量试验 9 细集料砂当量试验 10 细集料棱角性试验 11 细集料的坚固性试验 12 细集料亚甲蓝试验 13 矿粉筛分试验 14 矿粉密度试验 15 矿粉的亲水系数试验 a 四分法取样 要求试样具有代表性 b 应对不同规格的集料分别测定 不得混杂 条件许可情况下进行单一级配测定 对于每一种规格的试样 应用规格的上下限筛孔对集料进行过筛 c 试样在浸泡前需先用清水对其表面进行充分的洗涤 将表面灰尘泥土尽量洗尽 d 加洁净水浸没试样 并充分搅荡 除却集料间气泡 所有试验试样置于相同室温条件下静置24h 期间用捣棒搅动 排出气泡 浸泡后再次用洁净水对集料进行清洗 保证试样表面无尘土沾染 e 网篮挂于挂钩上浸入水中 应保证网篮在水中时处于水平位置的 不可有倾斜 以免造成水中重测试的不准确 试验测试水温应用温度计进行监控 保证每组试样每次试验的温度相同且处于试验规定范围内 试样移入吊篮后 稍作晃动 保证篮底及试样间无水泡 再进行水中重的测试 1 表观密度和毛体积密度 f 对于4 75mm以上的粗集料 建议准备至少两张毛巾 完全浸湿后尽量拧干 将试样倒在其中一张拧干的毛巾上 将毛巾对折 将两端握紧使整张毛巾成兜状 试样位于毛巾兜中 水平左右晃动毛巾 使试样在同毛巾摩擦及试样相互摩擦的过程中快速达到饱和面干的状态 过程中如毛巾过湿应迅速的将试样换置于另一张毛巾上 重复该过程 直至集料达到饱和面干的状态 在整个过程中 既要将表面水除干 又不能将颗粒内部的水吸出 且需注意不能有颗粒在试验过程中丢失 若颗粒尺寸不大 仅采用此方法即可 不需逐颗擦干 判断饱和面干状态的依据是 集料表面无水迹 无反射面发光 但须处于潮润状态 不可过干 g 对于2 36 4 75 的粗集料 该档集料的试验过程中应特别小心 不得丢失集料 进行水中重的测试时 可在网篮下加垫毛巾或塑料薄膜以防止集料从网篮中漏出 在晃动毛巾或檫拭集料的过程中可在诸如盆这样的稍大的广口容器中进行 这样可防止集料在不经意间丢失 1 表观密度和毛体积密度 h 试样至饱和面干且无水迹反光后 秤取其表干重mf 再将试样放入105 C的烘箱中烘干 秤取干重ma i 根据测得的数据计算得表观密度及毛体积密度 注 现在对粗集料的密度 相对密度的定义 测定 使用方法比较混乱 常常出现错误的理解 首先应特别注意各种相对密度和密度的不同用途 工程上常用相对密度而少用密度 例如在沥青混合料的配合比设计时 常用表观相对密度 毛体积相对密度 1 表观密度和毛体积密度 2 粗集料颗粒形状 针片状颗粒对沥青混合料所造成的影响当集料中含有较多的针片状颗粒 就会导致颗粒之间相互搭架 细小颗粒没有进入其空隙中去 致使混合料不密实 针片状颗粒在沥青混合料施工和使用过程中 会产生不同程度的破损 使级配细化 沥青混合料内部出现损伤 影响混合料的强度 骨架密实结构沥青混合料对针片状颗粒比较敏感 应严格控制其针片状含量 细型密级配沥青混合料对针片状颗粒不太敏感 但针片状含量的增加会使混合料技术性能下降 不论是悬浮密实结构还是骨架密实结构 当针片状含量增加时 混合料的水稳定性 高温稳定性 抗疲劳性能都会降低 车辙深度和集料的破碎率也相应会有所增大 从实际工程中考虑 针片状的含量增加也会造成不容易压实 需要增大压实功 增大压实功又会造成针片状颗粒的破坏 形成恶性循环 2 粗集料颗粒形状 下图为AC25的1 料 两家路面标的对比图 2 粗集料颗粒形状 试验方法对用于沥青混合料的粗集料 采用游标卡尺法测定其针状及片状颗粒含量 试验要点强调a 用目测挑出接近立方体的颗粒 剩下可能属于针状 细长 和片状 扁平 的颗粒 对于模棱两可无法立即判断的颗粒 应归入用尺量的组中 b 用卡尺逐颗测量石料的最大长度方向与最大厚度方向的尺寸之比大于3的颗粒定义为针片状颗粒 注意 亚针片状含量也应引起重视 3 粗集料含泥量及泥块含量 粗集料清洁度对沥青混合料的影响对于密级配沥青混合料 随着粗集料混合料水洗法 0 075mm颗粒含量的增大 矿料级配最佳油石比呈显著的线性增大 对于密级配沥青混合料 随着粗集料混合料水洗法 0 075mm颗粒含量的增大 沥青混合料马歇尔稳定度MS 劈裂强度 车辙DS 浸水车辙残留DS和低温弯曲 呈显著的线性减小 随着粘附在粗集料表面上的泥粉含量增大 沥青与粗集料的粘附等级降低 粗集料表面粘附的沥青剥落面积增大 3 粗集料含泥量及泥块含量 试验方法要点简述含泥量的测定 选用规定重量m0的粗集料水中浸泡24h 在水中对粗集料表面进行充分清洁 过程中应尽量小心不要将浊液溅出或被手带出 将浊液用1 18mm与0 075mm筛过筛 并重复加水洗料过筛的步骤 直至清洗液清澈 在过筛之前一定要用洁净水将两个筛浸润 在倒浊液的过程中应控制浊液缓缓地流出 不可过猛 应小心有颗粒损失 整个实验过程中所用的水应用蒸馏水或洁净水 不能使用含杂质多的不洁净水 秤取筛上余料及剩余粗粒质量m1 以m0 m1计算含泥量 3 粗集料含泥量及泥块含量 工程实例 甘肃省天定高速于2010年12月投入试运营 2011年6月下旬 天定高速公路部分路面出现质量问题 经专家及试验分析 初步认定出现路面病害的主要原因是 一是进场原材料把关不严 路面用碎石含泥量及针片状含量超标 二是施工单位施工过程控制不严 压实度不足造成局部路面空隙率大 局部渗水 沥青混合料部分筛孔超出规范控制范围 三是在不良环境下施工 存在将雨水封入路面结构内部及低温施工导致路面孔隙率偏大问题 为路面出现坑槽埋下隐患 4 粗集料压碎试验 集料压碎值用于衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力 是衡量石料力学性质的指标 以评定其在公路工程中的适用性 试验方法简述 将要求质量m0的试样分3次 每次数量大体相同 均匀装入试模中 压头放入试筒内石料面上 均匀地施加荷载 在10min左右的时间内达到总荷载400kN 稳压5s 然后卸荷 取出试样用2 36mm标准筛筛分经压碎的全部试样 称取通过2 36 筛孔的全部细料质量m1 以m0 m1计算集料压碎值 4 粗集料压碎试验 要点强调 a 试样若较湿 应通过烘箱烘干 但烘箱温度不宜超过100 若温度过高 很可能会导致集料压碎值结果偏大 b 金属筒确定试验集料描述如下 将试样分3次 每次数量大体相同 均匀装入试模中 每次均将试样表面整平 用金属棒的半球面端从石料表面上均匀捣实25次 最后用金属棒作为直刮刀将表面仔细整平 此步骤的目的是使试验试样尽量密集接触 不会存留过大的集料间隙率 如试验中有较大的集料间隙率 将使得石料内部受力不均而导致压碎石料偏少 测得压碎值偏小 5 粗集料洛杉矶试验 本方法适用于各种等级规格集料的磨耗试验 其目的测定标准条件下粗集料抵抗摩擦 撞击的能力 以磨耗损失 表示 试验方法简述 根据规范要求及实际情况秤取相应规格的粗料m0 并选择对应要求的钢球 两者一同放入磨耗机圆筒 在放入试样之前 应仔细检查筒内是否干净无杂物 按规范规定设定钢筒的回转次数 完成回转次数后 将试样仔细清出圆筒 不可有遗漏 之后 将试样用l 7 的方孔筛过筛 筛去试样中被撞击磨碎的细屑 用洁净水冲干净留在筛上的碎石 置105 5 烘箱中烘干至恒重 通常不少于4h 准确称量 m1 以m0 m1计算集料磨耗率 注 粗集料的洛杉矶磨耗损失是集料使用性能的重要指标 尤其是沥青混合料和基层集料 它与沥青路面的抗车辙能力 耐磨性 耐久性密切相关 一般磨耗损失小的集料 集料坚硬 耐磨 耐久性好 软弱颗粒含量多 风化严重的石料经过磨耗试验 粉碎严重 这个指标很难通过 所以世界各国的沥青路面规范都对粗集料的洛杉矶磨耗损失提出了要求 对要求粗集料嵌挤能力强的SMA等 磨耗损失的要求更有所提高 洛杉矶磨耗试验也是优选石料的一个重要手段 6 粗集料磨光试验 集料磨光值是利用加速磨光机磨光集料 用摆式摩擦系数测定仪测定的集料经磨光后的摩擦系数值 以PSV表示 集料磨光值是关系到一种集料能否用于沥青路面抗滑磨耗层的重要决定性指标 所以在工程上选取集料品种时应对此特别重视 试验方法简述 将集料过筛 剔除针片状颗粒 取9 5 13 2 的集料颗粒用水洗净后置于温度为105 5 的烘箱中烘干 注 根据需要 也可采用4 75 9 5 的粗集料进行磨光值试验 根据规范规定进行试件制备 试件通常在40 烘箱中养护3h 再自然冷却9h拆模 经过加速磨光机磨光后 用摆式仪对其进行磨光值的测读 7 细集料表观密度 用容量瓶法测定细集料 天然砂 石屑 机制砂 在23 时对水的表观相对密度和表观密度 本方法适用于含有少量大于2 36 部分的细集料 试验方法要点简述 四分法取样适量烘干试样m0装入盛有半瓶洁净水的容量瓶中 取一定数量的洁净水 加入容量瓶中 保证水面盖过试样表面并距离试样表面有一定高度 晃动容量瓶使气泡充分排出 用洗耳球往瓶中添水 洗净附在瓶颈和瓶壁的试样后置于相同的室温下静置24h 期间应多次晃动容量瓶使气泡充分排出 用洗耳球缓慢加水至容量瓶顶部以下0 5cm处 静置5分钟后继续加水至水溢出容量瓶 用毛巾擦净漂浮物 塞上瓶塞 保证瓶中无任何气泡 记为m1 倒出瓶中料与水 洗净后加同温度洁净水至满瓶塞紧瓶塞无气泡 秤取瓶 水的总重量m2 以m0 m1 m2计算细集料表观密度及表观相对密度 8 细集料含泥量试验 本方法仅用于测定天然砂中粒径小于0 075 的尘屑 淤泥和粘土的含量 不适用于人工砂 石屑等矿粉成分较多的细集料 试验方法要点简述 取一定质量 m0 试验于纯净水中搅拌浸泡24h 手工淘沙 使尘屑 淤泥和粘土等浮于水中 过程中应当心不可使浊液溅出或被手带出浊液 缓缓地将浑浊液倒入1 18 至0 075 的套筛上 滤去小于0 075 的颗粒 重复上述过程 直至筒内砂样洗出的水清澈为止 再用小水冲洗剩留在筛上的细粒 以充分洗除小于0 075 的颗粒 然后将两筛上筛余的颗粒和筒中已经洗净的试样一并装入浅盘 置于温度为105 5 的烘箱中烘干至怛重 冷却至室温 称取试样的质量 m1 以m1 m2计算含泥量 注 不得直接将试样放在0 075mm筛上用水冲洗 或者将试样放在0 075mm筛上后在水中淘洗 以免误将小于0 075mm的砂颗粒当作泥冲走 9 细集料砂当量试验 本方法适用于测定天然砂 人工砂 石屑等各种细集料中所含的粘性土或杂质的含量 以评定集料的洁净程度 砂当量用SE表示 试验简述 按规范配置冲洗液 将规定质量的试样加入已注入100mm冲洗液的试筒中 静置10min 再先后使用振荡机和人工手动对试筒进行振荡 用冲洗管插入试筒试筒壁及试样进行冲洗 并继续加入冲洗液至380mm高 之后再次静置20min 用尺量测从试筒底部到絮状凝结物上液面的高度h1 将配重活塞徐徐插入试筒里 直至碰到沉淀物 量取套筒顶面至活塞底面的高度h2 以h1 h2计算砂当量 注 细集料中的泥土杂物对细集料的使用性能有很大的影响 尤其是对沥青混合料 当水分进入混合料内部时 这些泥土杂物遇水即会软化 严重影响沥青混合料的各种技术性能 因此测定砂当量可以有效评断细集料的可用性 不管天然砂 石屑 机制砂 各种细集料中小于0 075 的部分不一定是土 大部分可能是石粉或超细砂粒 为了将小于0 075 的矿粉 细砂与含泥量加以区分 采用砂当量试验是一个较好的方法 10 细集料棱角性试验 流动时间法 本方法测定的细集料棱角性 适用于评定细集料颗粒的表面构造和粗糙度 预测细集料对沥青混合料的内摩擦角和抗流动变形性能的影响 试验简述 将试样用标准筛过筛 除去超粒径的部分 并水洗除去0 075mm以下部分 并烘干待用 按规范的相关要求算取一定质量的试样 选取与集料规格对应的漏斗 读取细集料流出漏斗开口的时间 注 当工程上同时使用不同品种的细集料 如将天然砂和机制砂或石屑混用 应以实际配合组成的混合细集料进行试验 并满足相应规范的要求 11 细集料的坚固性试验 本方法用以确定砂试样经饱和硫酸钠溶液多次浸泡与烘干循环 承受硫酸钠结晶压而不发生显著破坏或强度降低的性能 以评定砂的坚固性能 也称安定性 试验方法同粗集料坚固性试验相同 12 细集料亚甲蓝试验 用于小于2 36 或小于0 15 的细集料 也可用于矿粉的质量检验 其目的确定细集料中是否存在膨胀性粘土矿物 并测定其含量 以评定集料的洁净程度 以亚甲蓝值MBV表示 13 矿粉筛分试验 本方法的目的是测试矿粉颗粒级配 试验简述 将烘干矿粉用0 075mm筛过筛 将筛上残留物倒在0 6mm筛上 在0 6 0 3 0 15 0 075 按顺序组成的套筛上进行水洗过筛 之后将每层筛上的残留矿粉分别装盘烘干 秤取其重量 试验要点 干筛矿粉时应注意矿粉有无结块现象 水洗时将套筛置于水龙头下直接进行水洗 但龙头上下应连接一胶管 且水流不应过急 要细心防止矿粉溅出造成损失 14 矿粉密度试验 本方法的目的是用于检验矿粉的质量 供沥青混合料配合比设计汁算使用 试验简述 向比重瓶中注入蒸馏水 至刻度0 1mL之间 将比重瓶放入20 的恒温水槽中 静放至比重瓶中的水温不再变化为止 一般不少于2h 读取比重瓶中水面的刻度 V1 并称取瓶 水总重m1 用小牛角匙将矿粉试样通过漏斗徐徐加入比重瓶中 待比重瓶中水的液面上升至接近比重瓶的最大读数时为止 轻轻摇晃比重瓶 使瓶中的空气充分逸出 再次将比重瓶放入恒温水槽中 待温度不再变化时 读取比重瓶的读数 V2 并准确称瓶 水 矿粉重 m2 用 m2 m1 V2 V1 计算矿粉密度 试验要点 严格控制水温 整个过程中水温变化不得超过超过1 因矿粉易沾容器 对于矿粉的重量 需采用采用减量称重法 15 矿粉的亲水系数试验 矿粉的亲水系数即矿粉试样在水 极性介质 中膨胀的体积与同一试样在煤油 非极性介质 中膨胀的体积之比 用于评价矿粉与沥青结合料的粘附性能 试验简述 称取烘干至恒重的矿粉5g 准确至0 01g 将其放在研钵中 加入15 30mL 蒸馏水 用橡皮研杵仔细磨5min 然后用洗瓶把研钵中的悬浮液洗入量筒中 使量筒中的液面恰为50mL 然后用玻璃棒搅和悬浮液 同上法将另一份同样重量的矿粉 用煤油仔细研磨后将悬浮液冲洗移入另一量筒中 液面亦为50mL 将上两量筒静置 使量筒内液体中的颗粒沉淀 每天两次记录沉淀物的体积 直至体积不变为止 Vb Vh注 亲水系数大于1的矿粉 表示矿粉对水的亲和力大于对沥青的亲和力 亲水系数小于1的矿粉 则表示对沥青有大于水的亲和力 2 3对集料各项目检查频率 据 公路沥青路面施工技术规范规范 JTGF40 2004 要求 对集料各项目的检查频率如下 2 4集料试验取样 各种场合粗细集料均有离析的可能性 若取样不均将造成施工检测指标变异性 取样方法简述 冷仓料取样 应从皮带运输机上采集样品 取样时 可在皮带运输机骤停的状态下取其中一截的全部材料 或在皮带运输机的端部连续接一定时间的料得到 将间隔3次以上所取的试样组成一组试样 作为代表性试样 需注意的是 应在皮带行走一段时间 待输出集料外观较稳定的时刻再进行取样 料堆取样 若有条件 可让装载机先将料进行粗拌使其大致均匀 再于料顶部 中部 底部首先观察料外观 找寻均匀分布的几个不同部位 取得大致相等的若干份组成一组试样 热料