第八章 沥青及沥青混合料幻灯片.ppt

6 沥青和沥青混合料 6 1沥青材料6 2沥青混合料 学习目标 掌握沥青材料的基本组成 工程性质及测定方法 了解主要沥青制品及其用途 掌握沥青混合料配合比 包括矿质材料配合比的设计和配制 了解沥青混合料使用要点 6 1沥青材料 6 1 1沥青的分类与基本组成结构1 沥青的分类沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属 氧 硫 氮 的衍生物所组成的混合物 沥青材料按其在自然界中的获得方式可分为二大类 1 地沥青 天然沥青 石油沥青 2 焦油沥青 煤沥青 页岩沥青 沥青主要用于道路工程以及防潮 防水 防腐蚀材料 2 沥青的基本组成结构 1 石油沥青的基本组成石油沥青是由石油经蒸馏 吹氧 调和等工艺加工得到的残留物 化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质相近 而且具有某些共同特征的部分划分为一组 这些组就称为 组分 将沥青分离为油分 树脂和沥青质等三组分 油分赋予沥青以流动性 其含量直接影响沥青的柔软性 抗裂性及施工难度 树脂主要使沥青具塑性和粘性 沥青质决定沥青的粘结力 粘度和温度稳定性 以及沥青的硬度 软化点等 2 石油沥青的胶体结构胶体结构的形成 沥青的胶体结构是以沥青质为胶核 树脂和油分被吸附其表面 并逐渐向外扩散形成胶团 胶团再分散于油分中 胶体结构类型 A 溶胶结构 具有较好的自愈性和低温变形能力 但温度稳定性较差 B 溶 凝胶结构 在高温时具有较低的感温性 低温时又有较好的形变能力 C 凝胶结构 具有温度稳定性较好 但低温变形能力较差 6 1 2沥青的主要性质及其测试方法1 沥青的主要性质及测试方法 1 粘滞性石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种特性 也可以说 它反映了沥青软硬 稀稠的程度 是划分沥青牌号的主要技术指标 液体石油沥青的粘滞性用粘滞度 也称标准粘度 指标表示 它表征了液体沥青在流动时的内部阻力 对于半固体或固体的石油沥青则用针入度指标表示 它反映了石油沥青抵抗剪切变形的能力 粘滞度是在规定温度t 通常为20 25 30 或60 规定直径d 为3mm 5mm或者10mm 的孔流出50 沥青所需的时间秒数T 常用符号 表示 粘滞度测定示意图见下图 针入度是在规定温度25 条件下 以规定100g的标准针 在规定时间5s内贯入试样中的深度 1 10mm为1度 表示 针入度测定示意图见下图 显然 针入度越大 表示沥青越软 粘度越小 一般 地沥青质含量高 有适量的树脂和较少的油分时 石油沥青粘滞性大 温度升高 其粘性降低 2 塑性塑性是指石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏 除去外力后仍保持变形后的形状不变的性质 石油沥青的塑性用延度指标表示 沥青延度是把沥青试样制成 字形标准试模 中间最小截面积为1 在规定的拉伸速度 5cm min 和规定温度 25 下拉断时的伸长长度 以cm为单位 延度指标测定的示意图见下图 延度值愈大 表示沥青塑性愈好 一般 沥青中油分和地沥青质适量 树脂含量越多 延度越大 塑性越好 温度升高 沥青的塑性随之增大 3 温度敏感性温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能 1 软化点软化点是指沥青由固态转变为具有一定流动性膏体的温度 可采用环球法测定 见上图 沥青软化点不能太低 不然夏季易融化发软 但也不能太高 否则不易施工 并且品质太硬 冬季易发生脆裂现象 石油沥青温度敏感性与地沥青质含量和蜡含量密切相关 地沥青质增多 温度敏感性降低 工程上往往用加入滑石粉 石灰石粉或其它矿物填料的方法来减小沥青的温度敏感性 沥青中含蜡量多时 其温度敏感性大 2 针入度指数沥青针入度值的对数与温度具有线性关系 则沥青的针入度指数PI可按下式计算 按针人度指数可将沥青划分为三种胶体结构 即针人度指数 者为溶胶结构 针入度指数 者为凝胶结构 针人度指数 一 十 者为溶凝胶结构 4 大气稳定性大气稳定性是指石油沥青在热 阳光 氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能 在大气因素的综合作用下 沥青中的低分子量组分会向高分子量组分转化递变 即油分一树脂 地沥青质 由于树脂向地沥青质转化的速度要比油分变为树脂的速度快得多 因此石油沥青会随时间进展而变硬变脆 亦即 老化 石油沥青的大气稳定性以沥青试样在加热蒸发前后的 蒸发损失百分率 和 蒸发后针入度比 来评定 其测定方法是 先测定沥青试样的质量及其针入度 然后将试样置于烘箱中 在160 下加热蒸发5h 待冷却后再测定其质量和针入度 则 蒸发损失百分率愈小 蒸发后针入度比愈大 则表示沥青大气稳定性愈好 亦即 老化 愈慢 5 闪点和燃点 闪点是指沥青达到软化点后再继续加热 则会发生热分解而产生挥发性的气体 当与空气混合 在一定条件下与火焰接触 初次产生蓝色闪光时的沥青温度 燃点又称着火点 当沥青温度达到闪点 温度如再上升 与火接触而产生的火焰能持续燃烧5s以上时 这个开始燃烧的温度即为燃点 各种沥青的最高加热温度都必须低于其闪点和燃点 6 溶解度 沥青的溶解度是指沥青在溶剂中 苯或二硫化碳 溶解的百分率 沥青溶解度是用来确定沥青中有害杂质含量的 沥青中有害物质含量高 主要会降低沥青的粘滞性 一般石油沥青溶解度高达98 以上 而天然沥青因含不溶性矿物质 溶解度低 7 水分水在纯沥青中溶解度在0 001 0 01 之间 沥青吸收的水分取决于所含能溶于水的盐分的多少 沥青含盐分越多 水作用时间越长 水分就越大 由于沥青中含有水分 施工前要进行加热熬制 在加热过程中 应加快搅拌 促使水分蒸发 并降低加热温度 而且锅内沥青不能装得过多 沥青的主要技术标准以针入度 延伸度 软化点等指标表示 见表6 1 6 1 3沥青的技术质量标准 表6 1石油沥青的质量指标 使用沥青 应对其牌号加以鉴别 在施工现场的简易鉴别方法见表6 2 6 1 4石油沥青的简易鉴别 表6 2石油沥青牌号简易鉴别方法 建筑石油沥青主要用于屋面 地下防水及沟槽防水 防腐蚀等工程 道路石油沥青主要用于沥青混凝土或沥青砂浆 用于道路路面或工业厂房地面等工程 根据工程需要还可以将建筑石油沥青与道路石油沥青掺和使用 6 5石油沥青的应用 煤沥青是炼焦或生产煤气的副产品 烟煤干馏时所挥发的物质冷凝为煤焦油 煤焦油经分馏加工 提取出各种油质后的产品即为煤沥青 6 2煤沥青的主要技术性质及应用 煤沥青可分为硬煤沥青与软煤沥青两种 硬煤沥青是从煤焦油中蒸馏出轻油 中油 重油及蒽油之后的残留物 常温下一般呈硬的固体 软煤沥青是从煤焦油中蒸馏出水分 轻油及部分中油后得到的产品 6 2 1分类 煤沥青的技术指标按国家标准GB2290 80规定 见表6 3 6 2 2煤沥青的技术指标 表6 3煤沥青的技术指标 煤沥青与石油沥青都是一种复杂的高分子碳氢化合物 它们的外观相似 具有共同点 但由于组分不同 它们之间存在着很大区别 石油沥青与煤沥青的主要区别见表6 4 6 2 3煤沥青与石油沥青的区别 表6 4石油沥青与煤沥青的主要区别 煤沥青的许多性能都不及石油沥青 煤沥青塑性 温度稳定性较差 冬季易脆 夏季易于软化 老化快 加热燃烧时 烟呈黄色 有刺激性臭味 略有毒性 但具有较高的抗微生物侵蚀作用 适用于地下防水工程或作为防腐材料用 6 2 4煤沥青的应用 2 石油沥青的技术要求 1 建筑石油沥青的标准与选用 表6 4 2 道路石油沥青的技术要求1 中 轻交通量道路石油沥青技术要求 表6 5 按针入度划分为 A 200 A 180 A 140 A 100甲 A 100乙 A 60甲 A 60乙六个标号 2 重交通量道路石油沥青技术要求 表6 6 按针入度划分为 AH 130 AH 110 AH 90 AH 70 AH 50五个标号 3 液体石油沥青技术要求 沥青路面施工及验收规范 GB50092 96规定 依据凝结速度分为快凝AL R 中凝AL M 和慢凝AL S 三个等级 6 3沥青的掺配 改性及主要沥青制品1 沥青的掺配施工中 若采用一种沥青不能满足配制沥青胶所要求的软化点时 可用两种或三种沥青进行掺配 掺配要注意遵循同源原则 即同属石油沥青或同属煤沥青 或煤焦油 的才可掺配 两种沥青掺配的比例可用下式估算 例7 1某建筑工程屋面防水 需用软化点为75 的石油沥青 但工地仅有软化点为95 和25 的两种石油沥青 问应如何掺配 解掺配时较软石油沥青 软化点为25 用量为 较硬石油沥青 软化点为95 用量为 Q2 100 Q1 71 4 以估算的掺配比例和其邻近的比例 10 进行试配 混合熬制均匀 测定掺配后沥青的软化点 然后绘制 掺配比一软化点 关系曲线 即可从曲线上确定出所要求的掺配比例 例7 2某工地需要使用软化点为85 的石油沥青5 现有10号石油沥青3 5 30号石油沥青1 和60乙石油沥青 试通过计算确定出三种牌号沥青各需用多少吨 解由表10 3知10号石油沥青的软化点为95 30号石油沥青的软化点为70 由表10 2知60乙石油沥青的软化点为50 1 10号石油沥青和30号石油沥青掺配 30号石油沥青掺量为 10号石油沥青掺量为Q2 100 Q1 100 40 60 设掺配1 30号石油沥青 需x1t10号石油沥青 60 x 40 1x 0 67t则用30号石油沥青1 和10号石油沥青0 67 可配制1 67t软化点为85 的石油沥青 尚需要用10号石油沥青和60号乙石油沥青配制5 1 67 3 33t软化点为85 的石油沥青 2 10号石油沥青和60号乙石油沥青掺配60号乙石油沥青掺量为10号石油沥青掺量为Q2 100 Q1 100 22 2 77 8 则配制3 33t软化点为85 的石油沥青 60乙石油沥青需要量为 3 33t 22 2 0 74t10号石油沥青需要量为 3 33t 77 8 2 59t10号石油沥青合计需要量为 0 67 2 59 3 26t故配制5t软化点为85 的石油沥青 需10号石油沥青3 26t 30号石油沥青1t 60乙石油沥青0 74t 由于10号石油沥青的软化点为95 30号石油沥青的软化点为70 60乙石油沥青的软化点为50 故配制软化点为85 的石油沥青 只能采取10号石油沥青与30号石油沥青掺配和10号石油沥青与60乙石油沥青掺配两种方式 6 4改性石油沥青1 矿物填料改性沥青在沥青中加入一定数量的矿物填充料 可以提高沥青的粘性和耐热性 减小沥青的温度敏感性 同时也减少了沥青的耗用量 主要适用于生产沥青胶 常用矿物填料矿物填料有粉状和纤维状两种 常用的有滑石粉 石灰石粉 硅藻土 石棉绒和云母粉等 矿物填充料改性机理由于沥青对矿物填充料的润湿和吸附作用 沥青可以单分子状态排列在矿物颗粒 或纤维 表面 形成结合力牢固的沥青薄膜 称之为 结构沥青 结构沥青具有较高的粘性和耐热性等 但是矿物填充料的掺入量要适当 一般掺量为 时 可以形成恰当的结构沥青膜层 2 树脂改性沥青用树脂改性石油沥青 可以改善沥青的耐寒性 耐热性 粘结性和不透气性 在生产卷材 密封材料和防水涂料等产品时均需应用 常用的树脂有 古马隆树脂 聚乙烯 聚丙烯 酚醛树脂及天然松香等 3 橡胶改性沥青 氯丁橡胶改性沥青石油沥青中掺入氯丁橡胶后 可使其气密性 低温柔性 耐化学腐蚀性 耐光 耐臭氧性 耐候性和耐燃性等得到大大改善 氯丁橡胶掺入的方法有溶剂法和水乳法 溶剂法是先将氯丁橡胶溶于一定的溶剂 如甲苯 中形成溶液 然后掺入液态沥青中并混合均匀即可 水乳法是将橡胶和石油沥青分别制成乳液 然后混合均匀即可使用 2 丁基橡胶改性沥青丁基橡胶沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似 热塑性丁苯橡胶 SBS 改性沥青SBS热塑性橡胶兼有橡胶和塑料的特性 常温下具有橡胶的弹性 在高温下又能像塑料那样熔融流动 成为可塑的材料 所以采用 橡胶改性沥青 其耐高 低温性能均有较明显提高 再生橡胶改性沥青再生橡胶掺入石油沥青中 同样可大大提高石油沥青的气密性 低温柔性 耐光 热和臭氧性 以及耐候性 且价格低廉 第二节沥青基防水材料1 沥青防水卷材凡用原纸或玻璃布 石棉布 棉麻织品等胎料浸渍石油沥青 或焦油沥青 制成的卷状材料 称为浸渍卷材 有胎卷材 将石棉 橡胶粉等掺入沥青材料中 经碾压制成的卷状材料称为辊压卷材 无胎卷材 这两种卷材通称沥青防水卷材 1 1普通原纸胎基油毡和油纸采用低软化点沥青浸渍原纸所制成的无涂盖层的纸胎防水卷材叫油纸 当再用高软化点沥青涂盖油纸的两面 并撒布隔离材料后 则称为油毡 按原纸1m2的质量克数 油毡分为200 350和500三种标号 油纸分为200和350两种标号 1 2新型有胎沥青防水卷材新型有胎沥青防水卷材主要有麻布油毡 石棉布油毡 玻璃纤维布油毡 合成纤维布油毡等 这些油毡的制法与纸胎油毡相同 但抗拉强度 耐久性等都比纸胎油毡好得多 适用于防水性 耐久性和防腐性要求较高的工程 SBS改性沥青柔性油毡是近年来生产的一种弹性体沥青防水卷材 它以聚酯纤维无纺布为胎体 以 橡胶改性沥青为面层 以塑料薄膜为隔离层 油毡表面带有砂粒 它的耐撕裂强度比玻璃纤维胎油毡大15 17倍 耐刺穿性大15 19倍 可用氯丁粘合剂进行冷粘贴施工 也可用汽油喷灯进行热熔施工 是目前性能最佳的油毡之一 弹性体 SBS 改性沥青防水卷材 塑性体改性沥青防水卷材 APP卷材 塑性体 APP 改性沥青防水卷材是以聚酯粘或玻纤粘为胎体 以无规聚丙烯 APP 或聚烯类聚合物 APAO APO 作改性剂 以PE膜为底面防粘隔层或单面粘砂粒自带保护层的塑性体改性沥青防水卷材 产品用途 用于工业与民用建筑的屋面 地下室 卫生间的防水 防潮以及桥梁 停车场 游泳池 隧道 蓄水池等建筑物的防水 APP适用于环境温度较高地区的建筑防水 产品特点 弹性大 抗拉强度和延伸率高 高温不流淌 低温不脆裂 耐疲劳 抗老化 施工操作简便 环境适应性广 造价低 维修方便 防水性能优异 改性沥青聚乙烯胎防水卷材 以改性沥青为基料 高密度聚乙烯膜为胎体 铝箔为覆面材料 经滚压 水冷成型制成的改性沥青聚乙烯胎铝箔覆面防水卷材 2 沥青基防水涂料2 1乳化沥青乳化沥青是沥青以微粒 粒径 m左右 分散在有乳化剂的水中而成的乳胶体 配制时 首先在水中加入少量乳化剂 再将沥青热熔后缓缓倒入 同时高速搅拌 使沥青分散成微小颗粒 均匀分布在溶有乳化剂的水中 由于乳化剂分子一端强烈吸附在沥青微小颗粒表面 另一端则与水分子很好地结合 产生有益的桥梁作用 使乳液获得稳定 乳化剂是一种表面活性剂 工程中所用的阴离子乳化剂有钠皂或肥皂 洗衣粉等 阳离子乳化剂有双甲基十八烷溴胺和三甲基十六烷溴胺等 非离子乳化剂有聚乙烯醇 平平加 烷基苯酚环氧乙烷缩合物 等 矿物胶体乳化剂有石灰膏及膨润土等 乳化沥青涂刷于基材表面 或与砂 石材料拌和成型后 其中水分逐渐散失 沥青微粒靠拢而将乳化剂薄膜挤破 从而相互团聚而粘结 这个过程称乳化沥青成膜 乳化沥青可涂刷或喷涂在材料表面作为防潮或防水层 也可粘贴玻璃纤维毡片 或布 作屋面防水层 或用于拌制冷用沥青砂浆和沥青混凝土 2 2 橡胶沥青防水涂料及水性沥青基薄质防水涂料橡胶沥青防水涂料是以沥青为基料 加入改性材料橡胶和稀释剂及其他助剂等而制成的粘稠液体 橡胶沥青防水涂料的特点是耐水性强 由于橡胶的加入改善了沥青涂膜的性质 故在水的长期作用下 涂膜不脱落 不起皮 抗渗性好 抗裂性优异 有较好的弹性和延伸性 尤其是低温下的抗裂性能更好 故适用于基层易开裂的屋面防水层 又因其耐化学腐蚀性好 故也可作木材 金属管道等的防腐涂层 以化学乳化剂配制的乳化沥青为基料 掺入氯丁胶乳或再生橡胶等形成的防水涂料 称为水性沥青基薄质防水涂料 3 沥青胶与冷底子油3 1沥青胶沥青胶又称沥青玛瑅脂 它是在熔 溶 化的沥青中加入粉状或纤维状的填充料经均匀混合而成 填充料粉状的如滑石粉 石灰石粉 白云石粉等 纤维状的如石棉屑 木纤维等 沥青胶的常用配合比为沥青70 90 矿粉10 30 如采用的沥青粘性较低 矿粉可多掺一些 一般矿粉越多 沥青胶的耐热性越好 粘结力越大 但柔韧性降低 施工流动性也变差 沥青胶有热用和冷用的两种 一般工地施工是热用 配制热用沥青胶时 先将矿粉加热到100 110 然后慢慢地加入已熔化的沥青中 继续加热并搅拌均匀即成 热用沥青胶用于粘结和涂抹石油沥青油毡 冷用时需加入稀释剂将其稀释后于常温下施工应用 它可以涂刷成均匀的薄层 3 2 冷底子油冷底子油是用汽油 煤油 柴油 工业苯等有机溶剂与沥青材料溶合制得的沥青涂料 它的粘度小 能渗入到混凝土 砂浆 木材等材料的毛细孔隙中 待溶剂挥发后 便与基材牢固结合 使基面具有一定的憎水性 为粘结同类防水材料创造了有利条件 因它多在常温下用作防水工程的打底材料 故名冷底子油 冷底子油常随配随用 通常是采用30 40 的30号或10号石油沥青 与60 70 的有机溶剂 多用汽油 配制而成 4 建筑防水沥青嵌缝油膏建筑防水沥青嵌缝油膏是以石油沥青为基料 再加入改性材料废橡胶粉和硫化鱼油 稀释剂 松焦油 松节重油和机油 及填充料 石棉纺和滑石粉 等 经混拌制成膏状物 为最早使用的冷用嵌缝材料 沥青嵌缝油膏的主要特点是炎夏不易流淌 寒冬不易脆裂 粘结力较强 延伸性 塑性和耐候性均较好 因此广泛用于一般屋面板和墙板的接缝处 也可用作各种构筑物的伸缩缝 沉降缝等的嵌填密封材料 沥青混合料的定义沥青混合料是将石子 砂 0 15mm 和矿粉 0 15mm 经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适量的沥青材料经拌和所组成的混合物 将沥青混合料经摊铺后碾压成型 即成为各种类型的沥青混合料路面 沥青混合料主要包括沥青混凝土混合料 简称AC 和沥青碎 砾 石混合料 简称AM 两类 一般经碾压密实后前者的剩余空隙率不大于10 称为沥青混凝土 后者的剩余空隙率大于10 的称为沥青碎 砾 石混合料 6 4沥青混合料 1 沥青混合料的分类 1 按施工温度分类 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 2 按最大粒径分类1 特粗粒式沥青混合料D 37 5或45mm2 粗粒式沥青混合料D 26 5或31 5mm3 中粒式沥青混合料D 16或19mm4 细粒式沥青混合料D 9 5或13 2mm5 砂粒式沥青混合料D 4 75mm 3 按沥青混合料级配分类1 沥青混凝土混合料 AC 2 密级配沥青混凝土混合料I型压实后剩余空隙率3 6 II型压实后剩余空隙率4 10 3 半开级配沥青混合料 AM 压实后剩余空隙率 10 4 开级配沥青混合料压实后剩余空隙率 15 5 间断级配沥青混合料 2 沥青混合料的组成结构和强度理论 沥青混合料的组成结构沥青混合料的强度理论 1 沥青混合科的组成结构a 悬浮密实结构连续密级配的沥青混合料力学特点粗集料少 不能形成骨架粘聚力C大 内摩擦角 小 b 骨架空隙结构连续开级配的沥青混合料细集料少 不能填充集料间空隙C小 大c 骨架密实结构间断密级配的沥青混合料 中间集料少 既有足够的粗集料形成骨架 又有细集料填充其间的空隙C大 大 T 2 沥青混合料的强度理论用沥青混合料铺筑的路面产生破坏的主要原因 夏季高温时的抗剪强度不足和塑性变形过剩冬季低温时的抗拉强度不好和抵抗变形能力过差引起试验表明 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 影响沥青混合料内摩擦角的因素 a 沥青的粘度对沥青混合料抗剪强度的影响通常情况下 沥青的粘度越大 沥青混合料抗剪强度越高b 沥青与矿料化学性质对沥青混合料抗剪强度的影响结构沥青 沥青与矿粉交互作用后 沥青在矿粉表面产生化学组分的重新排列 沥青在矿粉表面形成一层扩散溶剂化膜 此膜以内的沥青为结构沥青 自由沥青沥青在沥青混合料中以两种形式存在 一种为结构沥青 一种为自由沥青 c 矿料比表面对沥青混合料抗剪强度的影响比表面越大 一定沥青用量条件下 沥青在矿料表面膜层薄 矿料间以结构沥青联结的机会就大 沥青混合料抗剪强度高 d 沥青用量对沥青混合料抗剪强度的影响沥青用量过少 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 当然 少量自由沥青的存在也是必要的 它可以增加沥青混合料的塑性 减少沥青路面的开裂 e 矿料的级配 表面性质 粒度等对沥青混合料抗剪强度的影响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 提高措施 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 3 沥青混合料的技术性质 1 高温稳定性沥青混合料的高温稳定性是指在夏季高温条件下 沥青混合料承受多次重复荷载作用而不发生过大的累积塑性变形的能力 沥青混合料路面在车轮作用下受到垂直力和水平力的综合作用 能抵抗高温而不产生车辙和波浪等破坏现象的为高温稳定性符合要求 在国内外的沥青混凝土技术规范中 多数采用高温强度与稳定性作为主要技术指标 评定指标 马歇尔试验 稳定度 流值车辙试验 动稳定度影响沥青混合料高温稳定性的主要因素 沥青的用量 沥青的粘度 矿料的级配 矿料的尺寸 形状等 我国国家标准采用马歇尔稳定度试验法作为高温稳定性的测试评定方法 马歇尔试验法是将选定级配组成的矿质混合科 加入适量的沥青 在规定条件下拌制成均匀混合料 击实成直径101 6mm 高63 5mm的圆柱形试件 按规定条件保温 然后把试件迅速卧放在弧形加荷头内 以50 5mm min的速度加压 当试件达到破坏时的最大荷载即为稳定度 kN 此时对应的压缩变形量称为流值 0 1mm 除测定稳定度和流值外 还要测定沥青混合料的密度 空隙率和饱和度 用这五个指标共同控制混合料的技术性质 稳定度马歇尔稳定度是评价沥青混合料高温稳定性的指标 将沥青混合料按一定的比例混合并拌匀 采用人工或机械击实的方法制成圆柱形试件 直径101 6 0 25mm 高63 5 1 3mm 再将试件置于60 1 的恒温水槽中保温30 40min 对粘稠石油沥青 然后 把试件置于马歇尔试验仪上 以50 5mm min的速度加荷 至试验荷载达到最大值 此时的最大荷载即为稳定度 MS 以 N计 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 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 空隙率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 沥青混合料的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 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 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 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 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 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 2 当试件采用沥青含量计算时 沥青体积百分率 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 混合料的低温脆化是指其在低温条件下 变形能力降低 一般通过不同温度下小梁弯拉破坏试验来反映 低温缩裂通常是由于材料本身的抗拉强度不足而造成的 目前 比较科学的方法是采用能量法来评定 对于温度疲劳 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 3 耐久性沥青混合料的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 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 目前 一般采用马歇尔试验来评价沥青混合料的耐久性 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 抗滑性随着车辆行驶速度的增加 路面的抗滑性显得尤为重要 为了提高路面的抗滑性 必须增加路面的粗糙度 因而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 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 5 施工和易性沥青混合料除了具备上述技术性质外 还应具备施工和易性才能顺利地进行施工作业 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 间断级配混合料的施工和易性就较差 当沥青用量过少 或矿粉用量过多时 混合料容易产生疏松 不易压实 反之 如沥青用量过多 或矿粉质量不好 则容易使混合料粘结成块 不易摊铺 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 目前 评价施工和易性还没有一个定量的指标 只能凭经验来目估 4 沥青混合料组成材料的技术要求 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 要考虑到气候条件 交通量 施工方法等情况 寒冷地区宜选用稠度较小 延度较大的沥青 以免冬季裂缝 较热地区选用稠度较大 软化点高的沥青 以免夏季泛油 发软 一般路面的上层宜用较稠的沥青 下层和联结层宜用较稀的沥青 6 2 3矿质混合料的配合比设计 1 矿质混合料的级配理论 各种不同粒径的集料 按一定比例搭配 可达到较小的空隙率或较大的摩擦力 集料的级配有连续级配和间断级配两类 级配理论主要有最大堆积密度理论和粒子干涉理论 常用的是最大堆积密度理论 1 富勒 uller理论富勒根据实验提出一种理想级配 认为 级配曲线愈接近抛物线时 则其密度愈大 因此 当级配曲线为抛物线时为最大密度曲线 当粒径 等于最大粒径 时 矿质混合料的通过率等于 则 T 泰波 albal理论泰波认为富勒曲线是一种理想曲线 实际矿料的级配应允许有一定的波动范围 故将富勒最大密度曲线改为n次幂的通式 即从泰波公式可看出 当 时为抛物线 即富勒曲线 根据试验认为 之间时 矿质混合料具有较好的密实度 泰波理论可用来解决连续级配的级配范围问题 故具有很大的实用意义 3 我国简化公式这种方法计算简单 从最大粒径D为100 开始 不断乘以i值即可得出后一级通过百分率 直接应用计算所得数据可绘制级配曲线 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 必须对原材料进行调整或更换原材料重新设计 例题 矿料配合比图解法 6 2 4沥青混合料配合比设计 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 沥青混合料配合比设计包括 试验室配合比设计 生产配合比设计和生产配合比验证等三个阶段 本节主要着重介绍试验室配合比设计 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 矿料配合比计算是让各种矿料以最佳比例混合 从而加入沥青后 使沥青混凝土既密实 又有一定的空隙 供夏季沥青的膨胀 矿料配合比计算步骤如下