浅析影响沥青混合料质量的因素档

浅析影响沥青混合料质量的因素 来源 考试大 考试大 中国最优秀的考试信息平台 2011 年 4 月 13 日 沥青混合料的组成设计对混合料的质量起着非常大的作用 现在混合料的设计手段和方法日趋合理 但在现实生产中仍然存在一些误区和容易被忽略的方面 主要表现在 1 选择沥青标号千篇一律 沥青混合料中沥青标号的选择应根据公路所在地的气候 混合料的类型及混合料铺筑厚度与层面位置 综合考虑 而现阶段有的设计人员对沥青标号的选择千篇一律 沥青面层分 2 3 层时 应采用不同标号的 沥青 表面层用稀的沥青 下层宜用较稠的沥青 这样沥青面层整体来看 既有较好的抗裂缝能力 又有 较好的抗车辙能力和抗疲劳抗破坏能力 既使同一地区也应当根据施工季节的气温适当调整所用的沥青标 号 2 认为细粒式沥青混合料透水性小于粗粒式沥青混合料 有些设计人员认为细粒式沥青混合料的透水性小 所以在设计路面结构时往往人为设计一层薄的细粒 式面层 甚至 3cm 的沥青混合料也要分二次铺筑 这给混合料的生产和施工带来很大麻烦 路面的质量 也不容易控制和保证 应当说粗粒式和中粒式混合料的构造深度优于细粒式沥青混合料 理论上讲它们都 可以做成透水性小的面层 也都可以做成透水性大的面层 其前提是混合料要均匀且少离析 如果现场离 析严重 则粗粒式沥青混合料的透水性将大于细粒式混合料 所以当采用相同的沥青标号且能满足压实度 的要求和保证拌和均匀不离析的情况下 沥青的结构层越少越好 做 0 5cm 的下封层加上 2 5cm 的沥青表 处无论从经济角度还是路面质量均优于二层铺筑 3cm 沥青面层 3 沥青用量控制 受传统思想影响 工程设计人员一般爱把混合料的沥青用量控制在高限 认为这样不容易出质量问题 其实现阶段随着沥青质量 拌和设备精确度及拌和质量的提高 沥青用量不再是影响混合料质量的关键因 素 只要完全按照混合料的组成设计用量 混合料的各项技术指标均能达到要求 相反沥青用量的提高容 易给路面带来负面影响 所以混合料的沥青用量应严格按照生产配合比设计的符合要求的 OAC 值 1 沥 青应选用重交通道路沥青 沥青的质量对沥青混合料有很大的影响 不管是高速公路 一级公路还是二 三级公路 在条件允许 的情况下应优先使用重交通道路石油沥青 用重交通道路石油沥青铺筑的沥青路面在高温稳定性 抗裂性 和耐久性能方面都有明显的优势 虽然优质沥青在价格上高出普通沥青 20 但使用它所带来的经济收益 还是十分明显的 4 粗集料应保持颗粒组成的一致性 用作沥青混合料的粗集料应符合规范要求外 还应当注意保持颗粒组成的一致性 这对于保持沥青混 合料级配组成的一致性和各个技术指标的稳定性有非常重要的意义 所以在生产中 对于接受的粗集料应 控制其组成的容许变化 10 之间 细集料的容许变化 5 之间 5 应推广机制砂的使用 现阶段在细集料的选择上 相当多的施工单位选择小石屑 也称石粉 即石料破碎过程中表面剥落或撞 下的棱角 可以说是碎石场下脚料 它的强度低且扁片含量及碎土比例很大 在使用过程中易进一步压碎 细化 对混合料的质量影响很大 因其含尘量过大 在拌和过程中往往会给拌和设备带来不利影响 故其 使用应加以限制 天然砂因其与沥青粘附性差及其圆滑无棱角的特点 会对混合料的稳定度与高温稳定性 产生不良影响 所以其用量不宜超矿料的 15 综合所述在细集料的选择上应首选机制砂 它洁净 有棱 角且其规格一致 大小也可以在生产中调整 虽然成本较高 但对沥青混合料的质量提高有很大益处 6 沥青混凝土的填料 在填料的选用上 有些单位用砸石和筛分场得到的石粉 或拌和厂干燥简抽出的粉料 其实这两种材 料的含泥量很大 使用到混合料中会对路面产生不良影响 并且因为它们的细度不够 所以在使用过程中 填加的量非常大 对于除尘设备不完善的拌和机会有不利的影响 造成管道堵塞 或大量微小的颗粒流失 2 最常见的矿粉应选用磨细石灰石粉 它的价格较低 容易管理 也可以选择干燥的高钙粉煤灰 它的性能 优于石灰石粉 沥青砼俗称沥青混凝土 经人工选配具有一定级配组成的矿料 碎石或轧碎 砾石 石屑或砂 矿粉等 与一定比例的路用沥青材料 在严格控制条件下拌 制而成的混合料 编辑本段分类 沥青混凝土按所用结合料不同 可分为石油沥青的和煤沥青的两大类 有 些国家或地区亦有采用或掺用天然沥青拌制的 按所用集料品种不同 可分为 碎石的 砾石的 砂质的 矿渣的数类 以碎石采用最为普遍 按混合料最大 颗粒尺寸不同 可分为粗粒 35 40 毫米以下 中粒 20 25 毫米以下 细 粒 10 15 毫米以下 砂粒 5 7 毫米以下 等数类 按混合料的密实程度不 同 可分为密级配 半开级配和开级配等数类 开级配混合料也称沥青碎石 其中热拌热铺的密级配碎石混合料经久耐用 强度高 整体性好 是修筑高级 沥青路面的代表性材料 应用得最广 各国对沥青混凝土制订有不同的规范 中国制定的热拌热铺沥青混合料技术规范 以空隙率 10 及以下者称为沥青混 凝土 又细分为 型和 型 型的孔隙率为 3 或 2 6 属密级配型 型 为 6 10 属半开级配型 空隙率 10 以上者称为沥青碎石 属开级配型 混 合料的物理力学指标有稳定度 流值和孔隙率等 编辑本段配料 沥青混合料的强度主要表现在两个方面 一是沥青与矿粉形成的胶结料的 粘结力 另一是集料颗粒间的内摩阻力和锁结力 矿粉细颗粒 大多小于 0 074 毫米 的巨大表面积使沥青材料形成薄膜 从而提高了沥青材料的粘结强度和温 度稳定性 而锁结力则主要在粗集料颗粒之间产生 选择沥青混凝土矿料级配 时要兼顾两者 以达到加入适量沥青后混合料能形成密实 稳定 粗糙度适宜 经久耐用的路面 配合矿料有多种方法 可以用公式计算 也可以凭经验规定 级配范围 中国目前采用经验曲线的级配范围 沥青混合料中的沥青适宜用量 应以试验室试验结果和工地实用情况来确定 一般在有关规范内均列有可资参 考的沥青用量范围作为试配的指导 当矿料品种 级配范围 沥青稠度和种类 拌和设施 地区气候及交通特征较固定时 也可采用经验公式估算 编辑本段制作工艺 热拌的沥青混合料宜在集中地点用机械拌制 一般选用固定式热拌厂 在 线路较长时宜选用移动式热拌机 冷拌的沥青混合料可以集中拌和 也可就地 路拌 沥青拌和厂的主要设备包括 沥青加热锅 砂石贮存处 矿粉仓 加热 滚筒 拌和机及称量设备 蒸汽锅炉 沥青泵及管道 除尘设施等 有些还有 热集料的重新分筛和贮存设备 见沥青混合料拌和基地 拌和机又可分为连续 式和分批式两大类 在制备工艺上 过去多采用先将砂石料烘干加热后 再与 热沥青和冷的矿粉拌和 近来 又发展一种先用热沥青拌好湿集料 然后再加 热拌匀的方法 以消除因集料在加热和烘干时飞灰 采用后一种工艺时 要防 3 止残留在混合料中的水分影响沥青混凝土使用寿命 最好能同时采用沥青抗剥 落剂 以增强抗水能力 沥青混合料主要由集料 粗集料 细集料 填充料 矿粉 外掺料 木质素等 和胶结料 沥青 组成 沥青混合料的主要类型有 AC 密集配沥青混合料 SMA 沥青玛蹄酯混合料 SUP 超级沥青混合料 OGFC 排水式沥青混合 料 ATB 柔性沥青碎石基层 分类 Classification 级配类型 Grade mate 最大粒径 Max grainsizex mm 粗粒式AC 25C AC 25F 26 5 AC 20C AC 20F 19 0 中粒式 AC 16C AC 16F 16 0 AC 13C AC 13F 13 2 密级配沥青混凝土 Dense graded Asphalt Concrete 细粒式 AC 10C AC 10F 9 5 AM 20 19 0 中粒式 AM 16 16 0 AM 13 13 2 半开级配沥青碎石 细粒式 AM 10 9 5 SMA 16 16 0 SMA 13 13 2 SMA 10 9 5 沥青玛蹄脂碎石 Stone Matrix asphalt SMA 5 4 75 AC 10 9 5 彩色沥青产品 Color asphalt products AC 5 4 75 乳化沥青产品 Emulsified asphalt products 阳离子乳化沥青 Cation emulsified asphalt 9 5 改性沥青产品 Modified asphalt 可掺加 PE SBS EVA APAP APP 等多种改性剂进行单一或 复合改性 9 5 OGFC 16 16 0 中粒式 OGFC 13 13 2 开级配排水式磨耗 层 细粒式OGFC 10 9 5 ATB 4037 5 特粗式 ATB 3031 5 密级配沥青稳定碎 石 粗粒式 ATB 2526 5 ATPB 4037 5 开级配沥青稳定碎 石 特粗式 ATPB 3031 5 4 粗粒式 ATPB 2526 5 冷拌沥青混凝土产品 弹性沥青混凝土产品 改性乳化 彩色改性乳化产品 一 沥青混合料配合比设计方法 沥青混合料配合比设计包括目标配合比设计 生产配合比设计和生产配合 比验证等三个阶段 通过配合比设计决定沥青混合料的材料品种 矿料级配及 沥青用量 1 材料准备 按相关试验规程规定的取样方法 取足够数量的具有代表性沥青及矿料试 样 按 公路沥青路面施工技术规范 JTJ032 2004 材料质量的技术要求 试验各项性质 当检验不合格时 不得用于试验 2 矿质混合料的配合比组成设计 矿质混合料配合比组成设计的目的是选配一个具有足够密实度并且有较高 内摩阻力的矿质混合料 可以根据级配理论 计算出需要的矿质混合料的级配 范围 但是为了应用已有的研究成果和实践经验 通常是采用规范推荐的矿质 混合料级配范围来确定 按现行规范规定 按下列步骤进行 1 确定沥青混合料类型 沥青混合料类型根据道路等级 路面类型 所处的结构层位选定 2 确定矿料的最大粒径 规范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 为此结构层厚度人与最大粒径口之比应控制在 h D 2 5 只有控制了结构层 厚度与最大粒径之比 才能拌和均匀 易于达到要求的密实度和平整度 保证施 工质量 3 确定矿质混合料的级配范围 根据已确定的沥青混合料类型 查阅规范推荐的矿质混合料级配范围 4 矿质混合料配合比例计算 组成材料的原始数据测定 根据现场取样 对粗集料 细集料和矿粉进行筛 析试验 按筛析结果分别绘出各组成材料的筛分曲线 同时测出各组成材料的 相对窃度 供计算物理常数备用 计算组成材料的配合比 根据各组成材料的筛析试验资料 采用图解法或电 算法 计算符合要求级配范围的各组成材料用量比例 调整配合比 计算得的合成级配应根据下列要求作必要的配合比调整 a 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 0 075 2 36 和 4 75 删筛孔的通过量尽量接近设计级配范围中限 b 对高速公路 一级公路 城市快速路 主干路等交通量大 轴载重的道路 宜偏向级配范围的下 粗 限 对一般道路 中小交通量或人行道路等宜偏向 级配范围的上 细 限 c 合成的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过级配范围时 必须对原材料进行调 整或更换原材料重新设计 3 通过马歇尔试验确定沥青混合料的最佳沥青用量 沥青混合料的最佳沥青用量可以通过各种理论计算的方法求得 但是由于实际 材料性质的差异 按理论公式计算得到的最佳沥青用量仍然要通过试验方法修 5 正 因此理论方法只能得到一个供试验参考的数据 采用试验方法确定沥青最 佳用量目前最常用的方法有维姆法和马歇尔法 我国现行 公路沥青路面施工技术规范 JTJ 032 2004 规定的方 法 是在马歇尔法和美国沥青学会方法的基础上 结合我国多年研究成果和生 产实践总结发展起来的更为完善的方法 该法确定沥青最佳用量按下列步骤 1 制备试样 1 按确定的矿质混合料配合比计算各种矿质材料的用量 2 根据相关材料推荐的沥青用量范围 或经验的沥青用量范围 估计 适宜的沥青用量 或油石比 2 测定物理 力学指标 以估计沥青用量为中值 以 0 5 间隔上下变化沥青用量制备马歇尔试 件不少于 5 组 然后在规定的试验温度及试验时间内用马歇示仪测定稳定度和 流值 同时计算空隙率 饱和度及矿料间隙率 3 马歇尔试验结果分析 1 绘制沥青用量与物理力学指标关系图 以沥青用量为横坐标 以视密度 空隙率 饱和度 稳定度 流值为纵坐标 将试验结果绘制成沥青用量与各项 指标的关系曲线 2 求取相应于稳定度最大值的沥青用量 a1 相应于密度最大的沥青用量 a2 以及相应千规定空隙率范围中值筋青用量 a3 求取三者平均值作为最佳沥青用 量的初始值 OAC1 3 求出各项指标符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围 OACmin OACmax 其中值为 OAC2 4 根据 OAC1 和 OAC2 综合确定沥青最佳用量 OAC1 按最佳沥青用 量的初始值 OAC1 在图中求取相应的各项指标值 检查其是否符合规定的马歇 尔设计配合比技术指标 同时检验 VMA 是否符合要求 如能符合时 由 OAC1 及 OAC2 综合决定最佳沥青用量 OAC 如不能符合 应调整级配厘新 进行配合比设计马歇尔试验 直至各项指标均能符合要求为止 5 根据气候条件和交通特性调整最佳沥青用量 由 OAC1 和 OAC2 综合决 定最佳沥青用量 OAC 时 还应根据实践经验和道路等级 气候条件考虑所属 情况进行调整 对热区道路以及车辆渠化交通的高速公路 一级公路 城市快速路 主干路 预计有可能造成较大车辙的情况时 可以在中限值 OAC2 与下限 OACmin 范围 内决定 但一般不宜小于中限值 OAC2 的 0 5 对寒区道路以及一般道路 最佳沥青用量可以在中限值 OAC2 与上限值 OACmax 范围内决定 但一般不宜大于中限值 OAC2 的 0 3 4 水稳定性检验 按最佳沥青用量 OAC 制作马歇尔试件进行浸水马歇尔试验 或真空饱水马歇 尔试验 检验其残留稳定度是否合格 如当最佳沥青用量 OAC 与两个初始值 OAC1 OAC2 相差甚大时 宜将 OAC 与 OAC1 或 OAC2 分别制作试件 进行残留稳定度试验 我国现行规范 规定 型沥青混凝土残留稳定度不低于 75 型沥青混凝土不低于 70 如不符合要求 应重新进行配合比设计 或者采用掺加抗剥剂方法来提高水稳 定性 6 5 抗车辙能力检验 按最佳沥青用量 OAC 制作车辙试验试件 按 公路工程沥青及沥青混合料试 验规程 JTJ 052 2000 方法 在 60 条件下用车辙试验相对设计的沥青用 量检验其动稳定度 用最佳沥青用量 OAC 与两个初始值 OAC1 或 OAC2 分别 制作试件进行车辙试验 我国现行 公路沥青路面施工技术规范 JTJ 032 94 规定 用于上 中面层的沥青混凝土 在 60 时车辙试验的动稳定度 对 高速公路 城市快速路不小于 800 次 mm 对一级公路及城市主干路宜不小于 600 次 mm 如不符合上述要求 应对矿料级配或沥青用量进行调整 重新进 行主配合比设计 经反复调整及综合以上试验结果 并参考以往工程实践经验 综合决定矿料级 配和最佳沥青用量 浅谈室内沥青混合料配合比设计注意事项 摘摘 要要 热拌沥青混合料配合比组成设计是否合理 直接影响了沥青砼路面的路用性能 本文就试验人 员进行室内配合比设计时 如何规范操作和进行数据分析 减小试验数据的变异性 以及优化沥青混合料 配合比组成设计应注意的事项 谈谈作者的几点看法 关键词关键词 道路工程 沥青混合料 配合比设计道路工程 沥青混合料 配合比设计 0 前前 言言 热拌沥青混合料 以下简称沥青混合料 路面作为一种路面结构形式 以其行车舒适 噪声低 易于 维护等优点 被广泛应用于公路建设中 尤其是高等级公路建设 但是通过国内十几年的建设实践 发现 国内的沥青路面普遍存在工程的耐久性和早期损坏两大突出问题 造成这种情况有设计方面的原因 施工 方面的原因 如材料 机械 施工工艺 质量控制等 其中很重要的一个原因就是沥青混合料的配合比设 计不合理 不合理的配合比设计难以生产出合格的产品 施工工艺 施工设备再先进 保证工程质量也只 能是一句空话 下面着重介绍室内沥青混合料配合比设计中应注意的几个问题 1 影响因素影响因素 1 1 原材料的质量和取样原材料的质量和取样 材料的质量对于路面质量及使用寿命具有决定性作用 主要技术指标包括矿料的级配 颗粒形状 坚 固性 粘附性等级以及沥青和填料的质量等 其中对设计沥青混合料影响最大的是矿料加工的分档和级配 材料分档和级配的好坏决定了矿质混合料合成级配好坏 目前 市场上供应的水泥砼所用的建筑用集料针 片状含量高 含泥量大 级配和材料均匀性差 采用这样的矿料生产的沥青混合料产品质量也不够稳定 因此设计好的沥青混合料在抓好原材料选材的同时 控制矿质材料备料质量尤为重要 原材料的取样正确与否决定了是否能够真实地反映原材料的质量 根据 JTJ058 2000 集料试验规程 规定 同批来料取样时 应先铲除堆脚等处无代表性的部分 再在料堆的顶部 中部和底部 各从均匀分 布的几个不同部位 取大致相等的若干份组成一组试样 当从皮带运输机上取样时 应在皮带运输机的出 料处抽取有代表性的试样 并由若干份组成一组试样 在货船上取样时 应从不同部位和深度抽取大致相 等的若干份组成一组试样 取样数量应不少于规范要求 以保证试验取样有足够的代表性和表征能力 原材料选取还应注意试样的缩分 规范要求采用四分法或分料器 但在实际操作中 经常出现试验人 7 员任意在料堆上铲取试样或随意称取不等数量的试样进行试验 这种极不严谨的操作方法使平行试验误差 增大 并导致试验采集的数据没有代表性 1 2 矿质混合料设计矿质混合料设计 矿料的合成比例决定了矿质混合料的合成级配 规范要求普通沥青混合料矿料设计合成级配应使包括 0 075mm 2 36mm 4 75mm 筛孔在内的较多筛孔通过量接近设计级配范围的中限 但由于江西地处热区 我们建议沥青混合料合成级配时采用骨架密实型结构 可适当减少 2 36mm 4 75mm 筛孔的通过量 增加 0 075mm 筛孔的通过率 采用较粗的级配 通常设计矿质混合料时应使级配曲线平顺 圆滑 避免过多的 犬牙交错 目前 在实例设计过程中 试验单位多采用传统的图解法初算 再进行电脑试算调整或直接用 人机对话的计算方法都很大程度上取决于试验人员的经验 熟练程度 实例中不乏矿质混合料设计时对当 地道路交通环境 气候条件等因素重视不够 未针对沥青路面不同层位功能需要相应调整矿料配合比设计 有的试验单位片面追求合成级配接近级配中值 忽视了交通流量 气候因素影响 使得建成公路通车后不 久就出现了早期损坏 我省已建成的高速公路中就有这样的实例 如梨温高速公路 沥青路面设计为 4cm AK16A 型 抗滑表层 6cm AC20I 型 中面层 7cm AC25I 型 下面层 该高速公路于 2002 年 底建成通车 由于油面各结构层矿料设计时未充分考虑当地交通 气候等影响因素 矿质混合料配合比设 计片面追求规范中值 对关键筛孔的通过率未引起足够的重视 2003 年 7 8 月份 江西出现了历史上罕 见的持续高温天气 致使局部路段产生了较严重的车辙 当然 沥青路面产生车辙的原因多种多样 其中 有设计方面的原因 有恶劣天气的影响 也有施工控制方面的原因 这里就不作细述 1 3 沥青试样的制备沥青试样的制备 沥青试样经加热处理后会引起沥青老化 试验人员在操作时 对沥青试样不能直接放在电炉或明火上 加热 如利用冷却后的试样反复加热不能超过 2 次 避免沥青老化使沥青混合料性能发生变化 来源 考 试大 公路监理工程师考试 1 4 试验条件及试验操作精确度试验条件及试验操作精确度 JTJ058 2000 集料试验规程中提出对沥青混合料所用矿料级配采用干筛法和水洗法共同确定 这是因 为采用干筛法 往往会因为小于 0 075mm 的成分粘附在矿料上筛不下去 而不能真实反映矿料的级配 从而影响矿粉的添加数量 这种影响当某些矿料含石粉较多时 对矿料掺配比例的影响尤其明显 有些试 验室仍采用水洗法小于 0 075mm 的含量来评定集料的含泥量 这是不科学的 由于在细集料中小于 0 075mm 的成分包括粘土 尘屑和石粉等 用水洗法无法区别开来 因此对细集料还应进行砂当量试验 以真实评价细集料的洁净程度 试验操作中 马歇尔试验是极其重要的一方面 包括马歇尔试件的拌制 成型 各种物理力学指标的测 试及数据的处理 1 4 1 马歇尔试件的制作以前存在人工炒拌 一组试件集中拌和的作法 容易导致沥青局部过热老化 沥 青混合料拌和不均匀等情况 因此 实际操作时 试验人员应遵照试验规程按分计筛余单个配料 并使用 小型沥青混合料拌和机和烘箱制备试样 一次拌制一个试件 1 4 2 试验表明 沥青混合料温度或模具预热温度达不到规定击实温度时将影响试件的密度和空隙率 而 试件尚未冷却就脱模 容易使试件受到损伤 8 1 4 3 马歇尔试件成型高度对沥青混合料马歇尔性能测定有较大的影响 因此 每个试件击实结束后应用 游标卡尺测量试件的高度 并据此调整试件击实需要的数量 如测定高度不符合 63 5 1 3mm 的试件应予 以废弃 以减小试验数据的变异性 1 4 4 成型试件密度的测试应针对不同性质的沥青混合料采用不同的测试方法 规范要求对吸水率不大于 2 的 沥青混合料采用表干法测定其毛体积相对密度 对几乎不吸水的密实型沥青混合料采用水中重法测定表观 相对密度 对吸水率大于 2 或空隙率大于 10 的沥青砼或沥青碎石采用蜡封法测定其毛体积相对密度 当用计算法计算沥青混合料最大理论密度时 粗集料的相对密度采用其毛体积相对密度 细集料采用表观 相对密度 采用不同方法测得的马歇尔试件密度或选用不同矿料比重计算得出的试件最大理论密度计算得 到的沥青混合料空隙率结果是不同的 并因此影响最佳沥青用量的选定 1 4 5 试件从恒温水浴取出后 必须在规定的时间 30 秒 内完成 如果超出规定时间 试验温度相差较 大 将影响单个试件的稳定度和流值 另一方面也会造成试件测定值离散性增大 导致试验结果不具备代 表性 1 5 试验仪器设备检定情况试验仪器设备检定情况 试验仪器设备精度是影响试验结果准确性的重要因素 在沥青混合料配合比设计中 使用的主要试验 仪器有称量仪器 马歇尔稳定度测定仪 试件养护用的恒温水浴 烘箱等 其中马歇尔试验是混合料配合 比设计中关键的试验项目 数据的准确性十分重要 通常要求对试验采用的仪器在使用前必须检定合格后 才能使用 在实际试验过程中 有时会遇到荷载 变形曲线顶部平坦 即荷载增加很小 流值却持续增 大的情况 出现这种情况时除了要仔细的检查仪器是否符合规范允许的精度范围外 另外就是对试验结果 进行修正 如采