沥青路面的配合比优化设计与质量控制PPT课件.ppt

沥青混合料配合比优化设计与质量控制 主讲 张国辉 1 一 沥青路面的特点 1 表面平整 无接缝 行车舒适 2 耐磨 3 振动小 噪音低 4 施工期短 5 养护维修方便 6 适宜于分期修建 等 2 二 沥青路面的主要病害 1 水损害 松散 坑槽原因 空隙率过大 透水 路面积水 沥青与集料的粘附性差空隙率过大的原因 1 原材料级配不稳定或拌和机不稳定 造成混合料配合比失控 2 运输摊铺过程中混合料出现离析 3 混合料温度低造成压实度不足 4 碾压机械吨位小或碾压遍数少造成压实度不足 2 车辙原因 1 内因 混合料高温稳定性不足 2 外因 高温与超载 3 三 沥青路面质量指标的分类及质量控制阶段的划分 公路工程质量检验评定标准 中 沥青混凝土面层实测项目共有十个检查项目 其中的平整度 厚度 中线平面偏位 纵断高程 宽度 横坡等是用测量手段控制的 属于外形尺寸指标 而压实度 弯沉值 渗水系数 抗滑等由试验手段控制 属于内在质量指标 沥青路面出质量问题 往往大多出在内在质量方面 因此内在质量控制是沥青路面质量控制的重点 内在质量的好坏 是在三个阶段中逐渐形成的 原材料 配合比设计 施工 质量控制必须贯穿三个阶段 4 四 材料选择与检验 原材料的品种和质量 对沥青路面的质量影响巨大 必须谨慎选择与检验 这是搞好路面质量的基础工作 1 沥青高速公路 一级公路的各个层次 应优先选用A级沥青 对高速公路 一级公路的下面层及以下层次 二级及二级以下公路的各个层次 也可以选择B级沥青对有抗车辙要求的沥青路面 路面的上 中 下面层最好选用改性沥青 5 对透层油应选择慢裂型乳化沥青 如PC 2 PA 2 PN 2或液体石油沥青 对下封层应选择快裂型乳化沥青 如PC 1 PA 1或热沥青 对粘层油应选择快裂或中裂型乳化沥青 如PC 3 PA 3 由于沥青路面的车辙是沥青路面主要且较为普遍的病害 所以改性沥青的使用也变得越来越普遍 尤其在高速公路上 不仅上面层 连中 下面层也出现了普遍采用改性沥青的趋势 用以提高沥青路面的高温稳定性 延缓或减轻车辙的出现 下面是某高速公路中 上面层采用的MAC70号改性沥青技术要求 6 MAC70号改性沥青技术要求 7 从表中可以看出 相对于规范中改性沥青的技术要求 对MAC70号改性沥青提出了更高的标准 特别是针入度较低 软化点较高 有利于提高高温稳定性 在刚刚碾压完毕的半刚性基层上及时喷洒透层油 沥青能很好的透入基层 这对保护基层 提高基层的防水能力 提高基层与面层的粘结力具有重要意义 同时由于不再需要覆盖洒水养生 对降低成本 节约投资 提高效益也大有好处 沥青规范反复强调这一点 应该是一种重大进步 在工程实践中也充分证明了这一点 8 要保证透层油能很好地透入基层 除了很好地掌握透层油的撒布时机以外 选择合适的材料也很重要 一定要用慢裂型乳化沥青或慢凝型液体沥青 使其在破乳前或凝固前有较长的时间渗透 对于乳化沥青 其蒸发残留物也不必要求太高 下封层是处于基层与面层之间 主要用于防水的层次 一般采用一油一料的单层表处 由于基层上已喷洒了透层油 不需要下封层的沥青再继续渗透 所以最好采用热沥青或快裂乳化沥青 避免流淌 9 粘层油主要用于增强层间粘结力 避免层间滑动 提高密水性和抗车辙能力 要求用量少 洒布均匀 用快裂或中裂型乳化沥青 不能用慢裂型化乳化沥青 也不能用热沥青或液体石油沥青 总之 沥青的选择对沥青路面的质量至关重要 不能马虎 紧接下来 就是沥青的质量检验问题 沥青质量检验的重要性不言而喻 必须按规范规定的标准和频率认真进行 工程开工前和施工过程中 应取样做几次全检 日常施工可对三大指标进行检验 乳化沥青日常施工中可只对蒸发残留物含量和破乳速度进行检验 10 2矿料矿料是指粗集料 细集料和填料 一般是由各级碎石 机制砂 天然砂 矿粉等组成 它们形成了沥青路面的骨架 集料的质地 形状及级配 对混合料的内摩阻力影响巨大 对沥青路面的抗车辙能力起着巨大的作用 目前 对中 下面层 粗集料 4 75mm以上部分 多采用石灰岩碎石 细集料 4 75mm 0 075mm 多采用水洗石灰岩机制砂或河砂 填料 0 075mm以下 多采用石灰岩矿粉 对上面层 粗集料多采用玄武岩碎石 细集料多采用水洗玄武岩机制砂 填料多采用石灰岩矿粉 11 集料的质地是天然形成的 很难人工改变 而集料的形状 粒形 粗细均匀性 级配稳定性 洁净程度是由加工工艺 生产规模等人工因素决定的 恰恰是人工因素的不理想 多年来一直制约着沥青料质量的提高 如破碎工艺落后造成针片状颗粒过多 生产规模小造成不得不从多家石料厂进料 形成粗细不匀 级配不稳 工艺落后造成集料的粉尘含量太多 天然砂用量过高造成内摩阻力降低 碾压 推移等 令人可喜的是 近几年随着市场经济的进一步发展和质量意识的提高 一批现代化大型石料厂逐渐成长起来 它们均采用的大型反击式或冲击式石料粉碎机 而且配有先进的水洗除尘设备 生产的碎石粒形好 针片颗粒非常少 产量大 解决了级配不稳定的问题 粉尘含量少 石料洁净 提高了沥青与集料的粘附性 水洗机制砂产量高 粉尘少 基本满足细集料需要 可以少用或不用天然砂或石屑 12 表2水洗和未水洗玄武岩机制砂质量对比 从某厂家取样 13 不论是SMA上面层还是沥青混凝土中 下面层 所用填料均采用石灰岩磨细矿粉 为了增加沥青与集料的粘附性 目前很多工程都规定 在磨制矿粉的过程中 要加入不超过矿粉总量的30 且不超过矿料总量2 的生石灰粉替代矿粉 据介绍 用生石灰水浸泡过的石料较之未浸泡过的 粘附性有很大提高 这对提高路面的抗水损害能力意义重大 对于沥青路面的碎石应做到 中 下面层所用石灰岩必须采用反击式破碎机生产的碎石 必须在生产过程中进行水洗除尘 且同一合同段的碎石来自同一厂家 沥青面层用细集料宜采用机制砂 机制砂要采用水洗除尘 少用或不用天然砂 上面层采用玄武岩碎石和玄武岩机制砂 且在生产过程中进行水洗除尘 矿粉均采用磨细石灰岩矿粉 且在生产过程中掺加不超过30 且不超过矿料总量2 的生石灰粉 填料的塑性指数要 4 14 3纤维稳定剂在SMA混合料中 一般均加入纤维稳定剂 防止沥青析漏 纤维稳定剂可采用木质素纤维 矿物纤维 目前工程上多采用木质素纤维 使用前 要按规范要求对木质素纤维进行质量检验 15 五 配合比设计 沥青路面的配合比设计可分为三个阶段 即目标配合比设计阶段 生产配合比设计阶段和生产配合比验证阶段 1目标配合比设计目标配合比设计的目的是 确定沥青混合料中各种材料的比例 使按这一比例生产的沥青混合料的物理力学性能满足规范要求 生产的沥青路面具有良好的路用性能和耐久性 目标配合比设计也可以分为两个阶段 矿料配合比设计和最佳沥青用量设计 16 1 根据已有成功经验 确定工程设计级配范围规范只给出了一个很宽的级配范围 还需要根据本地区已有成功经验 为本工程确定一个设计级配范围 就矿料级配而言 最佳级配是相对的 并没有一个放之四海而皆准的标准 需要重视对成功经验的借鉴 成功的就是正确的 工程设计级配范围一般由设计单位或科研咨询机构提供 也可以参考采用规范条文说明中各科研机构所推荐的级配范围 17 2 对各级矿料进行筛分 进行矿料配合比设计对矿料进行筛分要用水筛法 特别是机制砂 石屑 天然砂 矿粉 干筛将得不出正确的结果 矿料配合比设计可采用图解 数解 试验软件来进行 目前的试验软件均能直接进行设计 要对矿料配合比进行反复调整 使级配曲线达到理想状态 特别要注意控制点和禁区 在确定了配合比之后 再选择两个对比配比 使其合成级配一条偏粗 一条偏细 作为优选之用 用三个矿料配合比 用预估的最佳沥青用量 分别做马歇尔试验 根据三个配合比的物理力学指标 从中选出一个最好的矿料配合比 作为一下步最佳沥青用量设计之用 18 3 进行最佳沥青用量设计以预估的最佳沥青用量为中值 以0 5 的级差拟定5个或5个以上不同的沥青用量 用优选出的矿料配合比 分别制作马歇尔试件 测定各种物理力学指标 绘制沥青用量和物理力学指标关系曲线 选择的沥青用量范围必须涵盖设计空隙率的全部范围 并尽可能涵盖沥青饱和度的要求范围 并使密度及稳定度曲线出现峰值 如果没有涵盖设计空隙率的全部范围 试验必须扩大沥青用量范围重新 继续 进行 19 根据沥青用量和各种物理力学指标关系曲线所体现出的规律 按下列方法选择最佳沥青用量OAC1 在曲线上求取相应密度最大值 稳定度最大值 目标空隙率 或中值 沥青饱和度范围中值的沥青用量a1 a2 a3 a4 取其平均值作为OAC1 即 OAC1 a1 a2 a3 a4 4 如果所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围 则 OAC1 a1 a2 a3 3 如果所选择的沥青用量范围 密度或稳定度没有出现峰值时 可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1 但OAC1所对应的各项马歇尔指标必须合格 即必须处在OACmin OACmax的范围内 否则应重新进行配合比设计 20 以各项马歇尔指标均合格 不含VMA 的沥青用量范围OACmin OACmax的中值作为OAC2 即 OAC2 OACmin OACmax 2 确定OAC 通常情况下取OAC1和OAC2的中值作为最佳沥青用量OAC 即 OAC OAC1 OAC2 2OAC所对应的矿料间隙率VMA应符合规范要求 宜位于VMA凹形曲线最小值的贫油一侧 21 4 最佳沥青用量的调整 与当地同等条件已有成功经验比较 不能相差太大 应比较接近 炎热地区公路 高速一级公路重载交通路段 山区公路的长大坡度路段 预计有可能产生较大车辙时 宜在空隙率符合要求的范围内减小沥青用量0 1 0 5 寒区公路 通行小车的公路 交通量很小的公路 宜增加沥青用量0 1 0 3 22 5 其它指标计算 计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量 检验粉胶比和有效沥青膜厚度 粉胶比宜符合0 6 1 6的要求 对常用的公称最大粒径为13 2 19mm的密级配沥青混合料 粉胶比宜控制在0 8 1 2范围内 计算集料的比表面积和沥青膜有效厚度 23 6 配合比的检验对用于高速公路和一级公路的密级配沥青混合料 需在配合比设计的基础进行各种使用性能的检验 高温稳定性检验对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料 要进行车辙试验 其动稳定度应符合规范或招标文件要求 水稳定性检验要按规定的试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验 其残留稳定度和残留强度比必须符合规范要求 低温抗裂性能检验对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料 按规定方法进行低温弯曲试验 其破坏应变宜符合规范要求 渗水系数检验利用轮碾成型机成型的车辙试件 架空进行渗水系数试验 其结果宜符合规范规定 24 7 配合比设计报告配合比设计报告应包括工程设计级配范围选择说明 材料品种选择与原材料质量试验结果 矿料级配 最佳沥青用量 各项体积指标 配合比设计检验结果等 25 2生产配合比设计对于间歇式拌和机 在目标配合比完成之后 在试验段铺筑之前 必须进行生产配合比设计 为什么要进行生产配合比设计 各种原材料 矿料 经过冷料仓 按目标配合比确定的比例混合后 经过烘干筒加热 经过振动筛筛分后进入各个热料仓 形成了4 5种新规格的材料 在生产过程中 这几种料按什么比例使用 则必须通过生产配合比来确定 26 生产配合比的矿料合成级配曲线不可能和目标配合比的合成级配曲线完全重合 也就是说 矿料级配必定发生了变化 目标配合比所确定的最佳沥青用量是否还适用 必须进行检验 矿料经过烘干 筛分 受到磨损 棱角性发生变化 内摩阻力降低 目标配合比所确定的矿料级配曲线和沥青含量是否仍然适用 也要进行检验 27 2 矿料配比设计开启搅拌机 按目标配合比确定的矿料配比上料 烘干 筛分 使各热料仓中存有相当数量的料 将各热料仓中的料逐一放出 形成料堆 从料堆的上 中 下各部位取料混合形成试样 试样一定要有代表性 将各个试样进行筛分 按矿料配比设计方法进行配合比设计 矿料合成级配曲线要尽量与目标配合比矿料合成级配曲线相一致 在此基础上 再拟定两个配合比 使其级配曲线处在确定的级配曲线上 下两侧 做优选之用 以目标配合比所确定的最佳沥青用量 以矿料配比设计确定的三个矿料配合比 用拌和机分别出料 取样成型马歇尔试件 测定各项马歇尔指标和路用性能指标 从中确定一个各项指标都比较理想的矿料配合比 28 3 最佳沥清用量复核用选定的矿料配合比 用目标配合比所确定的最佳沥青用量及 0 3 三个沥青用量 用拌和机分别出料 取样做抽提试验并成型马歇尔技术指标 从中选出一个各项指标均满足要求的比较理想的配合比 作为生产配合比 用于铺筑试验段之用 29 3生产配合比验证生产配合比设计所用混合料虽是用拌和机拌制的 但并没有大批量连续生产 马歇尔试件的体积状态与生产过程中经运输 摊铺 碾压所形成的路面的实际状态也有差别 因此 必须铺筑试验路段 取样进行马歇尔试验 同时从路上钻取芯样观察 测定空隙率大小 由此确定生产用的标准配合比 标准配合比的矿料合成级配中 至少下列几个筛孔 0 075mm 2 36mm 4 75mm及公称最大粒径 的通过率接近优选的工程设计级配范围的中值 并避免在0 3 0 6mm处出现驼峰 对确定的标准配合比 宜再次进行车辙试验和水稳定性检 30 4确定施工级配允许波动范围沥青混合料的矿料级配对沥青路面的抗车辙能力 抗水损害能力 抗滑力影响巨大 施工中必须保持稳定 避免发生较大的波动 施工技术规范或招标文件中 对矿料级配的波动范围均做出了明确的规定 应在标准配合比矿料级配的基础上确定级配波动范围 标准配合比的矿料级配如何取值 经试验路验证通过的生产配合比即为标准配合比 按标准配合比出料时多次抽提筛分的矿料级配曲线的平均值即可作为标准级配 在此基础上 矿料级配允许波动的上下边界线之间的范围即为允许波动范围 在以后的生产中 抽提筛分的矿料级配曲线必须落在这个范围内 31 六 沥青路面施工质量控制 1原材料沥青路面材料用量大 使用消耗快 施工过程中必须不停地进料 一定要把好进料关 这是搞好沥青路面施工质量的基础 1 沥青沥青作为结合料 是沥青混合料中最重要的材料 一旦质量出现问题 后果不堪设想 施工中除做几次全检外 要按规范规定的频率对三大指标进行检验 32 2 集料对集料 要控制好石质 粒形 级配 石质好 坚硬耐磨 不易压碎 能长期保持其棱角性 粒形好 针片状少 石料不易压碎 级配稳定 才能保证混合料的矿料级配稳定 才能保证混合料的体积指标和力学指标保持稳定 就当前来讲 重点是碎石级配的稳定性 要保持料源的单一性 稳定性 如果多家进料或频繁更换料源 要控制好集料的质量是十分困难的 3 矿粉要采用石灰石为原料磨制的石灰石粉 不得采用以石屑为原料生产的矿粉 当要求在矿粉中掺加生石灰粉时 应对石灰含量进行检验 33 2拌和沥青拌和厂的根本任务是什么 是又快又好地生产混合料 要 快 就要保证搅拌站的机械性能的稳定 也就是保证机械的完好率 还要组织好生产 保证材料 电力 劳力 机械的供应和正常运转 怎么是 好 好的沥青混合料包括三个方面 沥青含量 矿料级配 温度 这三个方面控制好了 就是好的沥青混合料 要生产好的混合料 必须做到 两个稳定 材料稳定 机械稳定 34 3运输 摊铺 碾压成型沥青路面施工的一个很大特点是全部采用机械化作业 应该说 刚铺出的路面平整 光洁 坚实 厚度 密度 宽度 平整度 横坡度等外型尺寸指标是没有问题的 所谓沥青路面质量出了问题 并不是这些指标出了问题 而是在其它两个方面出了问题 一 水损害 二 车辙 水损害是由于沥青路面的空隙率过大 路面渗水造成的 应该说配合比