沥青混合料配合比设计及检测ppt课件.ppt

沥青混合料配合比设计及检测 冉龙飞重庆交通大学重庆市交通委员会质监站重庆市公路工程质量检测中心 学习目的 能够运用马歇尔方法进行沥青混合料目标配合比设计了解沥青混合料Superpave设计方法掌握沥青混合料常规检测方法熟悉市政工程沥青面层施工及质量验收标准 何为沥青混合料 沥青路面越来越多地被应用于不同等级的公路 其原因何在 地方道路 高速公路 城市道路 但是 老化定义 在长期的大气因素作用下 因沥青塑性降低 脆性增强 粘聚力减小 导致路面表面产生松散 引起路面破坏 沥青路面老化现象 夏季高温沥青易软化 路面易产生车辙 波浪 冬季低温时易脆裂 在车辆重复作用下易产生开裂 波浪 车辙 泛油 温度稳定性差的表现 沥青混合料 材料级配组成及空隙率大小分 材料组成及结构分 制造工艺分 公称最大粒径分 1 特粗式沥青混合料2 粗粒式沥青混合料3 中粒式沥青混合料4 细粒式沥青混合料5 砂粒式沥青混合料 1 连续级配沥青混合料2 间断级配沥青混合料 1 密级配沥青混合料2 半开级配沥青混合料3 开级配沥青混合料 1 热拌沥青混合料2 冷拌沥青混合料3 再生沥青混合料 目前公路与城市道路路面多采用复合类的沥青混合料 如AC 16F既属于热拌沥青混合料 又属于密级配的 中粒式沥青混合料 沥青混合料分类 热拌沥青混合料种类 3 耐久性 马歇尔试验 稳定度 0 1mm 车辙试验 动稳定度 次 mm 1 高温稳定性 2 低温抗裂性 低温弯曲试验 水稳性 耐老化性 耐疲劳性 浸水马歇尔试验 残留稳定度 冻融劈裂试验 残留强度比 4 抗滑性 5 施工和易性 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 就是马歇尔试验指标要求 参考规范 沥青混合料的拌合 沥青混合料的运输 沥青混合料的摊铺 沥青混合料的碾压 沥青路面的施工有着严格的程序 沥青混合料的拌合 拌制沥青混合料 需解决以下问题 1 对原材料有何要求 如何对其检测 2 怎样配制沥青混合料 即如何进行配合比设计 沥青材料 沥青混合料组成材料 粗集料 细集料 填料 基质沥青改性沥青 各种粒径的碎石 方孔筛 天然砂机制砂石屑 矿粉 原材料的技术要求 P204 P207 表观相对密度坚固性含泥量砂当量亚申蓝值棱角性 沥青混合料配合比设计 配合比设计方法 规范采用马歇尔试验配合比设计方法 适用于密级配沥青混凝土及沥青稳定碎石混合料 三个阶段 目标配合比设计 生产配合比设计 生产配合比验证 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 1 矿质混合料配合组成设计 2 最佳沥青用量确定 目标配合比设计 目标配合比设计例题 目标配合比设计阶段 生产配合比设计阶段 生产配合比验证阶段 矿料的组成设计 最佳沥青用量确定 图解法或试算法 集料筛分 水洗法 马歇尔试验 确定工程级配范围 预估计算沥青用量 沥青与集料相对密度测定 配合比设计三个阶段 矿料通过皮带输入拌和楼干燥筒加热 振动筛二次筛分热料 提升到拌和楼 热料仓 根据目标配合比的OAC OAC 0 3 三组沥青用量 根据热料比例 目标配合比 图解法确定冷料比例 确定目标配合比最佳沥青用量OAC 取样冷料筛分 根据冷料比例成型5组马歇尔试件 通过调整控制室皮带 转速达到设计比例 青用量确定提供标准 为生产配合比最佳沥 热料比例与最佳沥青用量输入控制室计算机生产沥青混合料 热料筛分 取分级 目标配合比与生产配合比设计关系图 成型3组马歇尔试件 一 确定工程级配范围 合成级配 目标配合比设计 根据设计类型查施工技术规范 确定C或F型类型及级配范围 并计算级级配中值 AC 16F沥青混凝土合成级配要求 一 矿料组成设计 目标配合比设计步骤 目标配合比设计 1 此处取样的集料为冷料 可以从料场直接取样 3 料场取样尽量要有代表性 均匀性 4 其他指标也需检测 只是配合比设计时不使用 2 矿粉直接从包装袋中取样 一 矿料组成设计 二 取样各种集料 冷料 筛分 水洗法 目标配合比设计步骤 目标配合比设计 一 矿料组成设计 1 试验时取样方法采用四分法 四分法取样 立面图 平面图 二 取样各种集料筛分 水洗法 4 筛分试验 4 采用通过百分率进行下一步计算 2 水泥混凝土用集料可采用干筛法试验 3 沥青混合料及基层用集料用水洗法试验 目标配合比设计步骤 目标配合比设计 三 用图解法或试验算法确定各种矿料的组成比例 1 绘制矩形图框 2 连接对角线 表示设计级配中值 即平均值 3 采用数学坐标绘制纵坐标 表示集料通过百分率 4 用以下方法绘制横坐标 表示筛孔尺寸 mm 1 先计算每个筛孔的设计级配中值 通过率 2 在纵坐标上根据每个筛孔的设计级配中值 平行作直线与对角线相交 3 根据交点作垂线 与横坐标的交点即为每个筛孔的位置 5 在矩形图上绘制出各集料的通过百分率的筛分曲线 6 按照各集料曲线重叠 相接 相离三种情况确定各集料的用量比例 7 根据确定的集料比例计算矿料的合成级配 判断其是否在工程级配范围内 否则需进行比例调整 重新计算直到满足标准为止 一 矿料组成设计 目标配合比设计步骤 目标配合比设计步骤 AC 16F矿料合成级配曲线示例 纵坐标为数学坐标横坐标为泰勒曲线的横坐标 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 一 测定沥青与集料的相对密度 1 测定沥青的相对密度 b 非经注明 测定沥青密度的标准水温为15 沥青与水的相对密度是指25 相同温度下的密度之比 可以测定15 密度 换算得相对密度 25 25 二者换算关系为 沥青与水的相对密度 25 25 沥青的密度 15 0 996 公路工程集料试验规程 JTGE42 2005 2 测定集料毛体积相对密度 与表观相对密度 网篮法 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ052 2000 测定标准 测定标准 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 二 预估计算沥青用量 1 计算矿料的合成毛体积密度 sb 2 计算矿料的合成表观相对密度 sa P1 P2 Pn 各种矿料的比例 其和为100 1 2 n 各种矿料相应的毛体积相对密度 1 2 n 各种矿料相应的表观相对密度 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 二 预估计算沥青用量 3 预估沥青混合料适宜的油石比 Pa 或含油量 Pb 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 三 马歇尔试验 1 按照确定的矿料比例配料 根据预估的油石比为中值 以0 5 的间隔成型5组马歇尔试件 1 按确定的矿料比例 计算本次成型试件所需矿料的数量 3 试模 套筒及击实座等应置于100 烘箱中加热1h 4 拌合时先加入粗细集料到拌合机 再加入热沥青 沥青采用减量法称量 拌和1 1 5min 再加入加热后的矿粉 继续拌和 标准拌合时间共3min 5 成型马歇尔试件时试模上下要垫滤纸 试件周边插捣15次 中间插捣10次 应先成型1个试件进行高度校核 校核公式如下 6 根据调整后的混合料质量进行称量 成型所有试件 2 烘料时 粗细可混合加热 矿粉单独加热 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ052 2000 测定标准 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 三 马歇尔试验 2 冷却 脱模 1 冷却方法有三种 试件横置室温冷却 12h以上 电风扇吹 1h以上 浸水冷却 3min以上 最好 但时间太长 较好 但冷却效果不好 时间一般需延长 工程上常采用室温下用电风扇吹12h以上冷却 2 脱模 3 高度测量 测量工具 游标卡尺 测量方法 四个方向测量 取平均值 合格判断 标准试件63 5 1 3mm 超出此范围作废 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ052 2000 测定标准 局限性大 只能用于测定稳定度和流值 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 三 马歇尔试验 4 马歇尔试件密度测定 1 通常采用表干法测定毛体积相对密度 2 对于吸水率大于2 的试件 宜改用蜡封法测定毛体积相对密度 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ052 2000 测定标准 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 三 马歇尔试验 5 马歇尔稳定度 流值测定 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ052 2000 测定标准 标准马歇尔试件养护温度为60 养护时间为30 40min 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 三 马歇尔试验 6 马歇尔物理指标计算 1 确定矿料的有效相对密度 se 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 计算标准 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 三 马歇尔试验 6 马歇尔物理指标计算 2 确定沥青混合料的最大理论相对密度 ti 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 计算标准 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 三 马歇尔试验 6 马歇尔物理指标计算 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 计算标准 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 四 最佳沥青用量确定 1 将不同油石比 或含油量 的马歇尔试验的所有指标点绘于图上 规范要求 5KN a1 5 9 a2 5 28 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 四 最佳沥青用量确定 1 将不同油石比 或含油量 的马歇尔试验的所有指标点绘于图上 规范要求2 4 5mm 规范要求3 6 a3 5 32 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 四 最佳沥青用量确定 1 将不同油石比 或含油量 的马歇尔试验的所有指标点绘于图上 规范要求70 85 规范要求 14 a4无法确定 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 四 最佳沥青用量确定 2 确定OAC1 1 从上述图上找出毛体积密度最大值对应沥青用量a1 稳定度最大值对应沥青用量a2 目标空隙率 或中值 对应沥青用量a3 沥青饱和度范围内的中值对应沥青用量a4 2 计算OAC1 a1 a2 a3 a4 4 a1 5 9 a2 5 28 a3 5 32 a4无法确定 1 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 只取a1 a2 a3计算 2 若密度或稳定度没有出现峰值 以a3作为OAC1 但OAC1必须介于OACmin OACmax的范围内 OAC1 a1 a2 a3 3 5 50 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 四 最佳沥青用量确定 3 确定OAC2 1 从上述图上找出符合规范要求的各物理指标的用油量 绘于下图 找出满足所有指标的公共沥青用量范围 并查出最大值OACmax和最小值OACmin 公共沥青用量中OACmax 5 78 OACmin 5 37 2 计算OAC2 OACmax OACmin 2 OAC2 5 58 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 四 最佳沥青用量确定 4 最佳沥青用量OAC OAC1 OAC2 2 OAC OAC1 OAC2 2 5 54 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 四 最佳沥青用量确定 1 计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量 2 根据需要计算有效沥青的体积百分率及矿料的体 积百分率 5 检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度 目标配合比设计步骤 二 最佳沥青用量的确定 目标配合比设计 四 最佳沥青用量确定 3 计算最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度 5 检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度 目标配合比设计步骤 生产配合比设计 一 矿料组成设计 1 取样各种集料 此处取样的集料为热料 是经热料仓 2 筛分分级热料 水洗法 3 取筛分后的通过率用图解法确定热料的组成比例 进行试验确定最佳沥青用量 同目标配合比的方法 1 根据上述方法确定的热料比例 按照目标配合比的 OAC OAC 0 3 三组沥青用量成型马歇尔试件 同目标配合比冷料确定方法一样 振动筛二次筛分后的分级热料 二 最佳沥青用量确定 2 检验最佳沥青时的粉胶比和有效沥青膜厚度 与目 标配合比一样 一样 生产配合比设计步骤 生产配合比验证 车辙试验 浸水马歇尔试验 冻融劈裂试验 低温弯曲试验 渗水试验 高温稳定性检验 水稳定性检验 低温抗裂性检验 渗水系数检验 一 沥青混合料的技术性能检验 钢渣活性检验 二 沥青混合料的施工工艺确定 通过铺筑试验路段 确定机械组合 压实方式 施工工艺等 通过试验确定 生产配合比验证 小结 沥青混合料配合比设计 目标配合比设计 1 矿质混合料的配合组成设计1 确定沥青混合料类型2 确定矿质混合料的级配范围3 矿质混合料配合比设计 1 组成材料的原始数据测定 2 计算组成材料的配合比 图解法或试算法 3 调整配合比 2 确定沥青混合料的最佳沥青用量 OAC 1 制备试样2 测定物理指标 毛体积相对密度等 计算空隙率 沥青饱和度等3 测定力学指标 马歇尔稳定度 流值4 确定最佳沥青用量 1 绘制沥青用量与物理 力学指标关系图 确定OACmin OACmax 2 确定OAC1 3 确定OAC2 4 确定OAC 5 6 检验OAC 7 调整确定OAC 8 9 5 配合比设计检验 1 各种使用性能的检验 2 高温稳定性检验 3 水稳定性检验 4 低温抗裂性能检验 5 渗水系数检验 沥青混合料配合比设计例题 题目 试设计某高速公路沥青混凝土路面用沥青混合料的配合比组成 原始资料 1 该高速公路沥青路面为三层式结构的上面层 2 气候条件 最高月平均气温为31 最低月平均气温为 8 年降水量为1500mm 3 材料性能 1 沥青材料 可供应50号 70号和90号的道路石油沥青 经检验技术性能均符合要求 2 矿质材料 碎石和石屑 石灰石轧制碎石 饱水抗压强度120 Pa 洛杉矶磨耗率12 粘附性 水煮法 5级 视密度2700kg m3 砂 洁净海砂 细度模数属中砂 含泥量及泥块量均 1 视密度2650kg m3 矿粉 石灰石磨石粉 粒度范围符合技术要求 无团粒结块 视密度2580kg m3 设计要求 1 根据道路等级 路面类型和结构层位确定沥青混凝土的矿质混合料的级配范围 根据现有各种矿质材料的筛析结果 用图解法确定各种矿质材料的配合比 2 根据选定的矿质混合料类型相应的沥青用量范围 通过马歇尔试验 确定最佳沥青用量 3 根据高速公路用沥青混合料要求 对矿质混合料的级配进行调整 沥青用量按水稳定性检验和抗车辙能力校核 1 确定沥青混合料类型 由题给道路等级为高速公路 路面类型为沥青混凝土 路面结构为三层式沥青混凝土上面层 按下表选用传统的细粒式 AC 13 沥青混凝土混合料 解 1 矿质混合料配合组成设计 2 确定矿质混合料的级配范围 细粒式沥青混凝土AC 13的矿质混合料级配范围如下表 3 矿质混合料配合比计算 组成材料筛析试验 组成材料配合比计算碎石 石屑 砂 矿粉 37 38 17 8 矿质混合料配合比计算图 计算合成级配并调整配合比 将计算得合成级配绘于级配范围图中 横坐标 d 矿质混合料级配范围和合成级配图 调整配合比 由于高速公路交通量大 轴载重 为使沥青混合料具有较高的高温稳定性 合成级配曲线应偏向级配曲线范围的下限 为此应调整配合比 经过组成配合比的调整 各种材料用量为碎石 石屑 砂 矿粉 43 35 15 7 此计算结果如上表中括号内数字 并将合成级配绘于上图中 由图中可看出 调整后的合成级配曲线为一光滑平顺接近级配曲线下限的曲线 2 最佳沥青用量确定 1 试件成型根据当地气候条件属于1 4夏炎热冬温区 采用70号沥青 以预估沥青用量为中值 采用0 5 间隔变化 与前计算的矿质混合料配合比制备5组试件 按规定每面各击实75次的方法成型 2 马歇尔试验 物理指标测定 成型试件后 经24h测定毛体积密度 空隙率 矿料间隙率 沥饱和度等物理指标 力学指标测定 在60 温度下测定其马歇尔稳定度和流值 将试验结果和规范要求的各项指标技术标准列于下表 3 马歇尔试验结果分析 绘制沥青用量与物理 力学指标关系图 确定沥青用量初始值OAC1 从上图得 相应于稳定度最大值的沥青用量a1 5 4 相应于密度最大值的沥青用量a2 6 0 相应于规定空隙率范围的中值的沥青用量a3 5 1 相应于沥青饱和度范围的中值的沥青用量a4 4 9 OAC1 a1 a2 a3 a4 4 5 4 6 0 5 1 4 9 4 5 35 确定沥青用量初始值OAC2 由上图得 各指标符合沥青混合料技术指标的沥青用量范围 OACmin 4 6 OACmax 5 3 OAC2 OACmin OACmax 2 4 6 5 3 2 5 45 确定最佳沥青用量OAC 通常情况下取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC OAC1 OAC2 2 5 35 5 45 2 5 4 按式 5 6 计算的最佳沥青用量OAC 从图5 8中得出所对应的空隙率和VMA值 满足表5 4关于最小VMA值的要求 调整确定最佳沥青用量OAC 当地属于炎热地区的高速公路的重载交通路段 宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0 1 0 5 作为设计沥青用量 则调整后的最佳沥青用量OAC 5 1 4 抗车辙能力校核 以沥青用量5 4 和5 1 制备试件 进行车辙试验 试验结果列如下表从上表试验结果可知 OAC 5 4 和OAC 5 1 两种沥青用量的动稳定度均大于1000次 mm 1 4区要求值 符合高速公路抗车辙的要求 5 水稳定性检验 同样 以沥青用量5 4 和5 1 制备试件 按规定的试验方法必须进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验 试验结果见下表从上表可知 OAC 5 4 和OAC 5 1 两种沥青用量的浸水残留稳定度均大于80 冻融劈裂强度比均大于75 符合水稳定性的要求 由以上结果得出 沥青用量为5 1 时 水稳定性符合要求 且动稳定度较高 抗车辙能力较高 所以沥青用量为5 1 为最佳沥青用量 Superpave沥青混合料设计 Superpave 高性能沥青路面 超级路面 SuperiorPerformanceAsphaltPavement 1987 1993年 美国耗资1 5亿美元 开展了公路战略发展计划 SHRP StrategicHighwayResearchProgramme 他们进行了沥青 路面长期性能 混凝土与结构和公路营运四大课题 其中 沥青和沥青混合料的研究占全部经费的三分之一 其最终的研究成果是Superpave Superpave沥青混合料设计与分析体系设计层次 设计水平1 主要包括材料选择和体积设计 ESALS 106 设计水平2 水平1 性能预测试验 106 ESALS 107 设计水平3 水平1 扩大的性能预测试验 107 ESALS Superpave的成果的核心 是两个规范和一个方法 即沥青结合料规范 沥青混合料设计规范和设计方法 Superpave沥青结合料与混合料规范的新体系将试验指标和沥青路面的路用性能结合起来 将野外的性能和室内分析建立直接关系 通过控制车辙 低温开裂和疲劳开裂来达到全面改进路用性能的目的 SHRP沥青结合料性能分级 PG 体系 Superpave沥青结合料规范主要仪器 Superpave结合料试验老化条件和指标 选择沥青性能等级可按如下步骤进行 收集工程所在地附近的气候数据 选择计算气候资料的可靠度 估计所选择可靠度的路面设计温度 确定满足路面最高和最低设计温度的最低路面性能等级 根据交通类型调整所选择的性能等级 集料的两个要求 认同特性和资源特性 认同特性包括 粗集料的棱角性 4 75mm以上的破裂面 细集料的棱角性 未压实细集料的空隙率 粗集料的扁平细长颗粒 细集料的砂当量 资源特性包括 坚固性安定性有害物质 Superpave级配设计 设计级配阶段的主要任务有 确定初始级配对试件进行压实并测量高度测试松散混合料的理论最大密度确定压实试件的毛体积密度和体积参数确定级配与初始沥青结合料用量 Superpave对有关集料尺寸的定义 Superpave各种级配对控制点的规定 Superpave各种级配对限制区的规定 Sup 25控制点及限制区 级配选择 Superpave设计方法建议至少选择三个试验级配 分别对应于从禁区上通过 ARZ 通过禁区 TRZ 在禁区下沿 BRZ 三条级配 压实试件并确定混合料体积特性确定试拌混合料的级配后 要根据混合料的体积特性进行初始沥青含量的估计 它可以通过计算 也可以通过经验来进行估算 对每种试验混合料 采用SGC至少压实两个试件 应根据预测的交通量选择设计压实次数Ndes Superpave设计旋转压实功能表 Superpave初始沥青用量估计值 Superpave压实温度确定 在135 及175 下进行旋转粘度试验确定结合料的粘度 温度曲线根据试验结果确定拌和温度压实温度拌和温度0 17 0 02Pa s压实温度0 28 0 03Pa s 试件准备要求 根据AASHTO2000暂行规范中TP4 99标准方法的推荐经验估计 对每个级配最少需要压实两个试件 如果混合集料的视比重在2 55 2 70g cm3范围内 则每个试件需准备的集料总重量约为4500 4700g 另外准备2000g集料用于测定混合料的理论最大密度 Gmm 根据实践 建议准备三个试件 其中一个用来试拌 沥青混合料准备 将拌和机的温度调节控制在拌和温度 混合料拌和时间约为3分钟 混合料拌和好后 将混合料均匀地铺在浅平盘中 平均厚度约为21 22kg m3 然后将盛有混合料的盘放入压实温度下的强制通风烘箱中进行短期老化共2小时 每个小时搅拌1次 混合料老化完成后 一部分可准备用于压实 另一部分用干测定混合料理论最大密度 在室温下冷却后进行测定沥青混合料理论最大密度的试验 旋转压实机的准备 在混合料的短期老化期间 准备好旋转压实机 预热 然后确定各压实参数是否符合要求 竖直压力 600KPa 压实角 1 250 旋转速度 30cpm 和旋转压实次数Nini和Ndes 并进行高度的校正 同时检查数据采集系统是否正常 并设定相应的试验日期和试件编号 沥青混合料的压实 把试模和底压板放进烘箱中预热 把底板放入试模中 同时放一张纸片在底板的面上 然后将经短期老化到压实温度的混合料分三次装入试模中整平 再放一张纸片在整平的混合料顶面 把装有混合料的试模放进压实机中 对中并启动系统开始旋转压实 直到完成预定的设计旋转压实次数Ndes 在压实过程中 连续检测试件高度并在每转一圈后记录记件高度测量值 达到Ndes后 压实机停止压实 升起加载头并从压实机中取出装有压实试件的试模 冷却5分钟后脱模 再用合适的标记对试件进行编号 测试松散混合料的理论最大密度 将与压实试件经历过相同短期老化的松散混合料 进行理论最大密度的实测 松散沥青混合料的理论最大密度Gmm 测量的 可采用AASHTOT209 ASTMD2041方法或 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 T0711 2000 方法进行 真空法 确定压实试件的毛体积密度和体积参数 在初始假定条件下 压实沥青混合料在Ndes时的VMA VFA DP 密度以及在Nini和Ndes时的密度与Superpave标准的偏差 通常 在初始沥青用量时一般不可能正好产生4 的空隙率 这时就要根据评价与计算结果对沥青用量进行调整 以便使压实沥青混合料的空隙率为4 压实沥青混合料各体积指标关系 毛体积密度和视密度计算公式 有效密度及最大理论密度概念 有效沥青含量及计算公式 沥青混合料体积指标概念 Superpave体积参数标准 级配选择 如果空隙率刚好等于4 则可把VMA数据与标准比较 若满足要求则可继续进行下一步计算 在评价了所有估算的混合料特性后 可把这些指标与Superpave混合料设计标准相比较 并从中选定一个最好的作为正式采用的级配 如果都不满足要求或虽然满足要求但不理想时 应重新设计集料结构 并重复上述过程 直到选出各项指标都满足要求的级配 Superpave沥青用量设计 所谓设计沥青用量就是指沥青混合料在设计旋转压实条件下产生4 空隙率的沥青用量 一般需要在估算的沥青胶接料用量Pb基础上 以Pb 0 5 Pb 0 5 Pb 1 0 四个沥青用量作为评价基础压实沥青混合料试件 然后确定设计沥青用量 绘制沥青用量与Va VMA和VFA的关系曲线 找出满足各种指标要求的沥青用量 Superpave沥青混合料设计验证 根据新的AASHTO2000暂时规范中的PP28 99 热拌沥青混合料Superpave体积设计的标准实践 以及Superpave软件 都要求在完成集料级配和最佳沥青用量的设计后 要进行在最大压实次数下的压实度和水敏感性的验证 将压实次数改到最大旋转压实次数Nmax 计算最大压实次数下混合料的压实度 水敏感性分析 水准1混合料设计方法要求在设计沥青用量下采用AASHTOT283试验测定 即我国的冻融劈裂强度试验 试件的空隙率控制在7 左右 测定冻融劈裂强度比 一般要求冻融劈裂强度比大于80 沥青混合料路用性能检验 高温性能低温性能疲劳性能水稳定性能 Superpave设计方法特色 集料的级配组成 提出了控制点和禁区的建议 沥青混合料体积比方法与设计标准 计算时采用集料有效密度 考虑集料吸入沥青的实际情况 提出了有效沥青概念 明确以空隙率4 为设计标准 以矿料间隙率VMA和沥青填隙率VFA为测试标准 引入了混合料短期老化 理论密度采用实测 使用旋转压实来成型混合料 Superpave沥青混合料的压实 Superpave沥青混合料的设计级配一般呈 S 形 因此混合料内摩阻力较大 碾压要比传统的沥青混合料困难得多 需要较高的碾压温度 因此拌和时应将集料及沥青加热至较高的温度 Superpave沥青混合料对于压实机具的要求较高 对于压路机吨位及碾压组合有特殊要求 Sup 25路面照片 初压先上胶轮 痕迹明显 初压先上钢轮 痕迹不明显 沥青玛蹄脂碎石混合料 沥青玛蹄脂碎石混合料 stonemasticasphalt 英 Stonematrixasphalt 美 是由沥青结合料与少量的纤维稳定剂 细集料以及较多量的填料 矿粉 组成的沥青玛蹄脂填充于间断级配的粗集料骨架的间隙 组成一体的沥青混合料 简称SMA 三多一少 沥青多 粗集料多 矿粉多 细集料少 它具有优良的路用性能 广泛地应用于世界各地 一 SMA的技术性质 1 抗车辙能力高2 优良的抗裂性能3 良好的耐久性4 较好的抗滑性能5 摊铺和压实性能好6 能见度好7 降低噪声 二 SMA的组成材料要求 1 沥青 采用的沥青较粘稠 沥青用量要高 5 0 6 5 或5 5 7 0 甚至更高 2 集料 粗集料应是高质量的轧制碎石 细集料最好选用机制砂 填料必须采用石灰石等碱性石料磨细的矿粉 3 稳定剂 纤维 稳定剂在SMA中的作用 一是稳定沥青 二是增加沥青混合料的抗拉强度和抗滑能力 小结 沥青混合料是由粗集料 细集料 矿粉及沥青混合而成的混合材料 具有良好的力学性能及路用性能 热拌沥青混合料的强度有很多方面 目前重点研究其在高温时的抗剪强度 混合料中结构沥青的比例是影响强度的最重要的因素 对过控制沥青用量及矿粉用量等手段来实现 沥青混合料有几项技术性质 且相互间既有联系又有矛盾 目前作重考虑其高温时的稳定性 通过马歇尔试验测定稳定度 流值等指标来控制 沥青混合料的配合比设计包括矿料配比设计及最佳沥青用量设计两个方面 矿料配比设计一般用图解法 最佳沥青用量一般用马歇尔试验法 马歇尔试验包括试件成型 物理指标测定及力学指标测定几个方面 较复杂的是各项物理指标的换算 二 沥青混合料检测 混合料的取样方法 P49混合料试件成型方法 击实法 轮辗法 旋转压实法 P51 57压实沥青混合料密度试验 表干法 水中重法 蜡封法 P59 64沥青混合料最大理论密度 真空法 计算法 P66沥青混合料马歇尔稳定度试验方法 P68沥青路面芯样压实度和马歇尔试验 P70沥青混合料车辙试验 P72沥青混合料弯曲试验 P73沥青混合料劈裂试验 P75沥青混合料沥青含量试验 离心分离法 燃烧法 P77 参考规范 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ052 2000 沥青混合料的取样 1 拌和厂取样在拌和锅放料时取样 小车停下瞬间连续几次取样 混合均匀 2 混合料运料车上取A汽车装料一半后 在汽车车厢内不同方向取样 混合均匀 B现场等料车卸掉一半后 将车开出去 取不同方向的混合料 宜从3辆以上的车取料 3 施工现场取料A混合料无离析 可从螺旋输运杆多次取样混合 B混合料摊铺后未碾压前 摊铺宽度1 2 1 3处用铁铲铲出 连续取3车料 马歇尔稳定度试验仪器 马歇尔击实仪 试件制作 击实法 注意事项 试验室成型的一组试件的数量不得少于4个 必要时增至5 6个 用沾有少许黄油的棉纱擦拭试模 套筒及击实座等置100 左右烘箱中加热1h备用 常温沥青混合料用试模不加热 对于大型马歇尔试件 混合料分两次加入 每次插捣次数同标准马歇尔试件 试件高度应符合63 5mm 1 3mm 标准试件 或95 3mm 2 5mm 大型试件 保证试模内混合料均匀 马歇尔试验示意图 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 沥青路面车辙形成过程 沥青路面车辙形成过程 沥青路面车辙形成过程 压密变形 剪切流动 车辙试验 试件制作 轮碾法 注意事项 拌和好的沥青混合料用小铲稍加拌和后均匀地沿试模由边至中按顺序转圈装入试模 中部要略高于四周 注意不得散失 分两次拌和的应倒在一起 试模要预热 装料时为使混合料冷却均匀 试模底下可用垫木支起 试件正式压实前 应经试压 决定碾压次数 一般12个往返 24次 左右可达要求 但主要以压实度100 1 室内马歇尔击实标准密度 为准 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 其它试验注意事项 1 区分三种压实沥青混合料密度试验条件 表干法测定吸水率不大于2 的各种沥青混合料试件的毛体积 相对 密度 水中重法测定吸水率不大于2 的各种沥青混合料试件的表观 相对 密度 蜡封法测定吸水率大于2 的沥青混合料试件的毛体积 相对 密度 2 最大理论密度测试过程中 为了保证结果的准确性 应将沥青混合料仔细分散 粗集料不破碎 细集料团块分散到小于6 4mm 抽气时抽至负压容器内无气泡为止 保证恒温水槽的温度为25 0 5 3 马歇尔稳定度试验过程中尽量保证每个试件恒温时间一致 且不超过规定时间上限 会用K倍标准差法对一组试验结果进行计算 其它试验注意事项 4 沥青混合料劈裂试验试件成型过程中 与马歇尔稳定度试验不同的是 击实次数为双面各50次 5 当采用离心分离法测试沥青含量时 应多次采用溶剂对试样进行重复浸泡和抽提 以保证沥青能全部溶于溶剂中 且对抽提液中的矿粉加以燃烧 避免损失 目前国内设备结果偏差较大 建议采用国外进口设备 如燃烧炉等 方便快捷 3 1一般规定1 施工中应根据面层厚度和沥青混合料的种类 组成 施工季节 确定铺筑层次及各分层厚度 8 1 1 面层4 6一层 6 9两层 大于9多层 2 沥青混合料面层不得在雨 雪天气及环境最高温度低于5 时施工 8 1 2强制性条文 3 城镇道路不宜使用煤沥青 确需使用时 应制定保护施工人员防止吸人煤沥青蒸气或皮肤直接接触煤沥青的措施 8 1 3 3 市政工程沥青混凝土面层基本要求 4 当采用旧沥青路面作为基层加铺沥青混合料面层时 应对原有路面进行处理 整平或补强 符合设计要求 并应符合下列规定 8 1 4 1 符合设计强度 基本无损坏的旧沥青路面经整平后可作基层使用 2 旧路面有明显损坏 但强度能达到设计要求的 应对损坏部分进行处理 3 填补旧沥青路面 凹坑应按高程控制 分层铺筑 每层最大厚度不宜超过10cm 5 旧路面整治处理中刨除与铣刨产生的废旧沥青混合料应集中回收 再生利用 8 1 5 花岗岩 石灰岩等典型的酸性材料拌制的沥青不可回收 6 当旧水泥混凝土路面作为基层加铺沥青混合料面层时 应对原水泥混凝土路面进行处理 整平或补强 符合设计要求 并应符合下列规定 8 1 6 对原混凝土路面应作弯沉试验 符合设计要求 经表面处理后 可作基层使用 对原混凝土路面层与基层间的空隙 应填充处理 对局部破损的原混凝土面层应剔除 并修补完好 对混凝土面层的胀缝 缩缝 裂缝应清理干净 并应采取防反射裂缝措施 用隔栅处理半刚性体的缝隙 可有效解决反射裂缝的产生 3 2对原材料的要求1 沥青应符合下列要求 1 宜优先采用A级沥青作为道路面层使用 B级沥青可作为次干路及其以下道路面层使用 当缺乏所需标号的沥青时 可采用不同标号沥青掺配 掺配比应经试验确定 道路石油沥青的主要技术要求应符合表8 1 7 l的规定 2 乳化沥青的质量应符合表8 1 7 2的规定 在高温条件下宜采用黏度较大的乳化沥青 寒冷条件下宜使用黏度较小的乳化沥青 石油沥青或煤沥青与水在乳化剂 稳定剂的作用下经乳化加工制得的沥青产品叫乳化沥青或沥青乳液 3 液体石油沥青用于透层 粘层 封层及拌制冷拌沥青混合料的制作 技术要求应符合表8 1 7 3的规定 用汽油 煤油 柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品 当使用改性沥青时 改性沥青的基质沥青应与改性剂有良好的配伍性 聚合物改性沥青主要技术要求应符合表8 1 7 4的规定 改性剂包括 橡胶 树脂 高分子聚合物 磨细的橡胶粉或其他填料 5 改性乳化沥青技术要求应符合表8 1 7 5的规定 2 粗集料应符合下列要求 1 粗集料应符合工程设计规定的级配范围 2 集料对沥青的粘附性 城市快速路 主干路应大于或等于4级 次干路及以下道路应大于或等于3级 集料具有一定的破碎面颗粒含量 具有1个破碎面宜大于90 2个及以上的宜大于80 3 粗集料的质量技术要求应符合表8 1 7 6的规定 4 粗集料的粒径规格应按表8 1 7 7的规定生产和使用 3 细集料应符合下列要求 1 细集料应洁净 干燥 无风化 无杂质 2 热拌密级配沥青混合料中天然砂的用量不宜超过集料总量的20 SMA和OGFC不宜使用天然砂 4 不同料源 品种 规格的原材料应分别存放 不得混存 8 1 8 5 基层施工透层油或下封层后 应及时铺筑面层 8 1 10 3 3热拌沥青混凝土面层3 3 1一般规定 8 2 1 1 热拌沥青混合料 HMA 适用于各种等级公路的沥青路面 其种类按集料公称最大粒径 矿料级配 空隙率划分 并应符合表8 2 1的要求 应按工程要求选择适宜的混合料规格 品种 热拌沥青混合料种类表8 2 1 注 设计空隙率可按配合比设计要求适当调整 2 各层沥青混合料应满足所在层位的功能性要求 便于施工 不容易离析 各层应连续施工并联结成为一个整体 8 2 3 当发现混合料结构组合及级配类型的设计不合理时应进行修改 调整 以确保沥青路面的使用性能 3 沥青混合料面层集料的最大粒径应与分层压实层厚度相匹配 密级配沥青混合料 每层的压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2 5 3倍 对SMA和OGFC等嵌挤型混合料不宜小于公称最大粒径的2 2 5倍 8 2 2 3 3 2施工准备1 热拌沥青混合料铺筑前 应复查基层和附属构筑物质量 确认符合要求 并对施工机具设备进行检查 确认处于良好状态 8 2 4 不符要求的不得铺筑沥青面层 旧沥青路面或下卧层已被污染时 必须清洗或经铣刨处理后方可铺筑沥青混合料 2 沥青混合料搅拌及施工温度应根据沥青标号及黏度 气候条件 铺装层的厚度 下卧层温度确定 1 普通沥青混合料搅拌及压实温度宜通过在135 175 条件下测定的黏度 温度曲线 按表8 2 5 2确定 当缺乏黏温曲线数据时 可按表8 2 5 2的规定 结合实际情况确定混合料的搅拌及施工温度 表8 2 5 1沥青混合料搅拌及压实时适宜温度相应的黏度 热拌沥青混合料的搅拌及施工温度 表8 2 5 2 注 沥青混合料的施工温度采用具有金属探测针的插入式数显温度计测量 表面温度可采用表面接触式温度计测定 当采用红外线温度计测量表面温度时 应进行标定 表中未列入的130号 160号及30号沥青的施工温度由试验确定 2 聚合物改性沥青混合料搅拌及施工温度应根据实践经验经试验确定 通常宜较普通沥青混合料温度提高10 20 对采用冷态胶乳直接喷入法制作的改性沥青混合料 集料烘干温度应进一步提高 3 SMA混合料的施工温度应经试验确定 SMA混合料的施工温度应视纤维品种和数量 矿粉用量的不同 在改性沥青混合料的基础上作适当提高 3 3 3混合料的拌制1 热拌沥青混合料宜由有资质的沥青混合料集中搅拌站供应 8 2 6 1 拌和厂的设置必须符合国家有关环境保护 消防 安全等规定 2 拌和厂与工地现场距离应充分考虑交通堵塞的可能 确保混合料的温度下降不超过要求 且不致因颠簸造成混合料离析 3 拌和厂应具有完备的排水设施 各种集料必须分隔贮存 细集料应设防雨顶棚 料场及场内道路应作硬化处理 严禁泥土污染集料 2 自行设置集中搅拌站应符合下列规定 8 2 7 1 搅拌站的设置必须符合国家有关环境保护 消防 安全等规定 2 搅拌站与工地现场距离应满足混合料运抵现场时 施工对温度的要求 且混合料不离析 3 搅拌站贮料场及场内道路应做硬化处理 具有完各的排水设施 4 各种集料 含外掺剂 混合料成品 必须分仓贮存 并有防雨设施 5 搅拌机必须设二级除尘装置 矿粉料仓应配置振动卸料装置 6 采用连续式搅拌机搅拌时 使用的集料料源应稳定不变 7 采用间歇式搅拌机搅拌时 搅拌能力应满足施工进度要求 冷料仓的数量应满足配合比需要 通常不宜少于5 6个 8 沥青混合料搅拌设备的各种传感器必须按规定周期检定 9 集料与沥青混合料取样应符合现行试验规程的要求 3 沥青混合料可采用间歇式拌和机或连续式拌和机拌制 一般宜采用间歇式拌和机拌和 连续式拌和机使用的集料必须稳定不变 一个工程从多处进料 料源或质量不稳定时 不得采用连续式拌和机 4 搅拌机应配各计算机控制系统 生产过程中应逐盘采集材料用量和沥青混合料搅拌量 搅拌温度等各种参数指导生产 8 2 8 沥青混合料拌和设备的各种传感器必须定期检定 周期不少于每年一次 冷料供料装置需经标定得出集料供料曲线 5 沥青混合料搅拌时间应经试拌确定 以沥青均匀裹覆集料为度 间歇式搅拌机每盘的搅拌周期不宜少于45s 其中干拌时间不宜少于5 10s 改性沥青和SMA混合料的搅拌时间应适当延长 8 2 9 6 生产添加纤维的沥青混合料时 搅拌机应配备同步添加投料装置 搅拌时间宜延长5s以上 8 2 11 拌和机应配备同步添加投料装置 松散的絮状纤维可在喷入沥青的同时或稍后采用风送设备喷入拌和锅 拌和时间宜延长5s以上 颗粒纤维可在粗集料投入的同时自动加入 经5 10s的干拌后 再投入矿粉 工程量很小时也可分装成塑料小包或由人工量取直接投入拌和锅 7 沥青混合料出厂时 应逐车检测沥青混合料的质量和温度 并附带载有出厂时间的运料单 不合格品不得出厂 8 2 12 3 3 4混合料的运输热拌沥青混合料的运输应符合下列规定 8 2 13 1 热拌沥青混合料宜采用与摊铺机匹配的自卸汽车运输 热拌沥青混合料宜采用较大吨位的运料车运输 但不得超载运输 或急刹车 急弯掉头使透层 封层造成损伤 运料车的运力应稍有富余 施工过程中摊辅机前方应有运料车等候 2 运料车装料时 应防止粗细集料离析 3 运料车应具有保温 防雨 防混合料遗撒与沥青滴漏等功能 运料车每次使用前后必须清扫干净 在车厢板上涂一薄层防止沥青粘结的隔离剂或防粘剂 但不得有余液积聚在车厢底部 从拌和机向运料车上装料时 应多次挪动汽车位置 平衡装料 以减少混合料离析 运料车运输混合料宜用苫布覆盖保温 防雨 防污染 SMA及OGFC混合料在运输 等候过程中 如发现有沥青结合料沿车厢板滴漏时 应采取措施易于避免 4 沥青混合料运输车辆的总运力应比搅拌能力或摊铺能力有所富余 5 沥青混合料运至摊铺地点 应对搅拌质量与温度进行检查 合格后方可使用 运料车进入摊铺现场时 轮胎上不得沾有泥土等可能污染路面的脏物 否则宜设水池洗净轮胎后进入工程现场 沥青混合料在摊铺地点凭运料单接收 若混合料不符合施工温度要求 或已经结成团块 已遭雨淋的不得铺筑 3 3 5混合料的摊铺1 热拌沥青混合料的摊铺应符合下列规定 8 2 14 1 热拌沥青混合料应采用机械摊铺 摊铺温度应符合本规范表8 2 5 2的规定 城市快速路 主干路宜采用两台以上摊铺机联合摊铺 每台机器的摊铺宽度宜小于6m 表面层宜采用多机全幅摊铺 减少施工接缝 2 摊铺机应具有自动或半自动方式调节摊铺厚度及找平的装置 可加热的振动熨平板或初步振动压实装置 摊铺宽度可调整等功能 且受料斗斗容应能保证更换运料车时连续摊铺 摊铺机开工前应提前0 5 1h预热熨平板不低于100 铺筑过程中应选择熨平板的振捣或夯锤压实装置具有适宜的振动频率和振幅 以提高路面的初始压实度 熨平板加宽连接应仔细调节至摊铺的混合料没有明显的离析痕迹 3 采用自动调平摊铺机摊铺最下层沥青混合料时 应使用钢丝或路缘石 平石控制高程与摊铺厚度 以上各层可用导梁引导高程控制 或采用声纳平衡梁控制方式 经摊铺机初步压实的摊铺层应符合平整度 横坡的要求 摊铺机应采用自动找平方式 下面层或基层宜采用钢丝绳引导的高程控制方式 上面层宜采用平衡梁或雪橇式摊铺厚度控制方式 中面层根据情况选用找平方式 直接接触式平衡梁的轮子不得粘附沥青 铺筑改性沥青或SMA路面时宜采用非接触式平衡梁 4 沥青混合料的最低摊铺温度应根据气温 下卧层表面温度 摊铺层厚度与沥青混合料种类经试验确定 城市快速路 主干路不宜在气温低于10 条件下施工 5 沥青混合料的松铺系数应根据混合料类型 施工机械和施工工艺等应通过试验段确定 试验段长不宜小于100m 松铺系数可按照下表进行初选 沥青混合料的松铺系数应根据混合料类型由试铺试压确定 摊铺过程中应随时检查摊铺层厚度及路拱 横坡 表8 2 14沥青混合料的松铺系数 6 摊铺沥青混合料应均匀 连续不间断 不得随意变换摊铺速度或中途停顿 摊铺速度宜为2 6m min 摊铺时螺旋送料器应不停顿地转动 两侧应保持有不少于送料器高度2 3的混合料 并保证在摊铺机全宽度断面上不发生离析 熨平板按所需厚度固定后不得随意调整 摊铺机必须缓慢 均匀 连续不间断地摊铺 不得随意变换速度或中途停顿 以提高平整度 减少混合料的离析 摊铺速度宜控制在2 6m min的范围内 对改性沥青混合料及SMA混合料宜放慢至1 3m min 7 摊铺层发生缺陷应找补 并停机检查 排除故障 当发现混合料出现明显的离析 波浪 裂缝 拖痕时 应分析原因 予以消除 用机械摊铺的混合料 不宜用人工反复修整 当不得不由人工作局部找补或更换混合料时 需仔细进行 特别严重的缺陷应整层铲除 8 路面狭窄部分 平曲线半径过小的匝道小规模工程可采用人工摊铺 人工摊铺沥青混合料应符合下列要求 1 半幅施工时 路中一侧宜事先设置挡板 2 沥青混合料宜卸在铁板上 摊铺时应扣锹布料