建筑材料沥青混凝土描述PPT课件

建筑材料 水利水电工程 主讲教师詹炳根 2 课程进行到 第0章绪论 第1章建筑材料的基本性质 第2章气硬性胶凝材料第3章水泥 第4章混凝土 第5章砂浆第6章钢材 第7章沥青 第8章沥青混合料 3 第8章沥青混合料主要内容 8 1沥青混合料的定义与分类8 2沥青混合料的级配8 3沥青混合料的组成与结构8 4沥青混合料的技术性质8 5沥青混合料的配合比设计 4 8 1沥青混合料的定义与分类 定义 沥青混合料是经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适量沥青材料拌和而成的混合料的总称分类按胶结材料分类石油沥青混合料煤沥青混合料按公称最大粒径分类按矿质材料的级配类型分类连续级配沥青混合料间断级配沥青混合料按矿料级配组成及空隙率大小分类按沥青混合料制造工艺分类热拌沥青混合料冷拌沥青混合料再生沥青混合料 5 沥青混合料按公称最大粒径分类 特粗式沥青混合料等于或大于31 5mm的沥青混合料 粗粒式沥青混合料等于或大26 5mm 中粒式沥青混合料为16mm或19mm 细粒式沥青混合料为9 5mm或13 2mm 砂粒式沥青混合料小于26 5mm 最大粒径指通过百分率为100 的最小筛孔尺寸集料的公称最大粒径指累计筛余不超过10 的最大标准筛筛孔尺寸 通常公称粒径比最大粒径小一粒级 6 沥青混合料按矿料级配组成及空隙率大小分类 密级配沥青混合料密实式沥青砼混合料AC密实式沥青稳定碎石混合料ATB半开级配沥青碎石混合料开级配沥青混合料 密级配Densegradation Itconsistsofablended well gradedmixofCA FA andmineralfiller Incontrasttoopengradation densegradationhasfewvoidsbecauseFAandmineralfillerfillthevoidsaroundtheCA 开级配Opengradation Itconsistsofaggregateparticlesranginginsizefromcoarsetofine OpenspacesorvoidsremaininthemixbecausethereisinsufficientFAormineralfillertofillthevoidsleftbyCA 7 热拌沥青混合料类型 8 8 2矿质混合料组成设计 道路与桥梁使用的砂石材料 多数以矿质混合料 各种结合料组成混合料使用 应满足 技术性质 最小空隙率 最大摩擦力内容包括 级配理论和级配范围的确定 最大密度曲线图 基本组成的设计方法 试算法 图解法 9 级配理论和级配曲线范围 级配类型连续级配 级配曲线平顺圆滑间断级配 剔除1 几个分级 级配理论最大密度曲线理论理想最大密实度曲线计算连续级配粒子干涉理论前一级颗粒之间的空隙 应由次一级颗粒所填充计算间断级配 10 级配理论和级配曲线范围 富勒理论当级配曲线为抛物线时为最大密度曲线 n 0 5固定 P 100 d Dmax n建立坐标横坐标 依次递减 对数 纵坐标 通过百分率泰波理论n 0 3 0 6时 具有较好的密实度 n 0 45时密度最大 在沥青混合料中 n 0 25 0 45工作性较好 在水泥砼中 通常使用矿质混合料的级配范围n 0 3 0 7之间 建立坐标横坐标 各粒径di按1 2递减纵坐标 通过百分率 11 矿质混合料的设计方法 数解法某一种对该粒径占绝对优势的集料组成 而其它各种粒径在此粒级上可乎略不计 图解法旧 两种或三种集料 矩形法 三角形法多种矿料含集料 现采用 平衡面积法 修正平衡面积 12 修正平衡面积 目的 用量比例 绘制级配曲线坐标图方形框图 纵 取 长10 通过百分率 横 取 长15 对数坐标 递减 对角线 要求级配中值 直线 13 修正平衡面积 14 矿质混合料级配设计 15 8 3沥青混合料的组成结构和强度形成原理 8 3 1沥青混合料组成结构8 3 2沥青混合料的强度理论8 3 3影响沥青混合料抗剪强度的因素 16 8 3 1沥青混合料组成结构 各材料的作用矿质骨架 粗骨料 细骨料结合料 沥青填料 填充和提高沥青的粘结力结构理论表面理论 利用沥青胶结料的粘聚力 骨架 胶体理论 多级空间网络状结构的多级分散系 多级分散系 分散相 分散介质 粗分散系 分散在沥青砂浆的介质中 细分散系 分散在沥青胶浆的介质中 微分散系 分散在高稠度沥青的介质中 17 表面理论 传统的表面理论认为混合料是由粗 细集料和填料组配而成的矿质骨架和沥青组成 沥青分布在矿质骨料表面 将矿质骨料胶结成具有强度的整体 其中沥青的胶结作用是一个相当复杂的过程 物理吸附 化学吸附过程 选择性作用等 物理吸附是固 液界面产生的表面张力作用下 在矿料表面形成定向吸附和湿润现象 吸附的沥青没有发生任何化学变化 化学吸附是沥青中的沥青酸及沥青酸酐与矿料表面的金属阳离子间产生的化学反应 生成了沥青酸盐 化学吸附比物理吸附产生的吸附作用更强烈 形成的沥青膜更稳定 选择性吸附主要是由于矿料表面的微孔或毛细孔产生的吸附作用 使得沥青中的小分子如油分和树脂被吸收而使沥青质相对增多 增强了沥青的粘结力 从而使沥青与矿料作用更稳固 18 胶浆理论 混合料是一种多级空间网状结构的分散系 在这种多级分散体系中 因沥青胶浆最为基础 也最为重要 因此沥青胶浆的组成结构决定了沥青混合料的高低温变形能力 胶浆理论主要研究矿粉的矿物组成 矿粉级配 尤其是 0 075mm的成分 沥青与矿粉间的交互作用 特别强调采用高稠度的沥青 大的沥青用量和间断级配的矿质混合料 19 沥青混合料组成结构类型 悬浮 密实结构细集料多 依靠沥青粘结力 特点 密实度好 耐久性好 强度低 热稳定差 骨架 孔隙结构粗骨料多 形成骨架 不密实 特点 强度高 热稳定性好 耐久性不好 骨架 密实结构级配为理想的最佳级配特点 强度高 热稳定性好 耐久性好 原因 具有较高的粘聚力和内摩阻角 沥青玛蹄脂碎石混合料SMA是典型的骨架 密实结构 20 8 3 2沥青混合料的强度理论 主要取决于粘聚力C 摩擦角 f c c tan 破坏 主要高温时由于抗剪强度不足 塑性变形过剩而产生推挤等现象 以及低温脆裂 破坏现象 波浪 拥包 要求 破裂面上可能产生的应力 a不大于沥青混合料的允许剪应力 R 即 a R 实测 计算试验 21 8 3 3影响沥青混合料抗剪强度的因素 沥青粘度沥青与矿料在界面上交互作用沥青与矿粉的用量比例矿料级配类型及表面性质温度变形速率 22 沥青粘度对沥青混合料抗剪强度的影响 沥青的品质 粘度影响沥青混合料的粘聚力c随着沥青的粘度的提高而增加 同时内摩阻角随着沥青的粘度的提高而提高 粘度大 沥青内部的胶团相互位移时 分散介质抵抗剪切作用力大 23 沥青与矿料在界面上交互作用 结构沥青和自由沥青 沥青与矿料的交互作用 在矿粉表面化学组分重新排布 在矿粉表面形成一层厚度为 o的吸附溶剂膜 在此膜厚度以内的沥青称为 结构沥青 在此膜厚度以外的沥青称为 自由沥青 结构沥青膜较薄 粘度较高 与矿料之间有较强的粘结力结构沥青 粘结力较原沥青提高 自由沥青 粘结力不变 这与沥青与矿粉的性质有关 并不是沥青用量多粘结力高 强度高 碱性岩石 石灰岩等 对石油沥青的吸附性强 加矿粉 膜变薄 24 结构沥青 25 沥青与矿粉的用量比例 沥青用量 不足 不足以形成结构沥青 包裹 过多 矿料推开 自由沥青 降低 最佳沥青用量 足以形成薄膜 并能充分粘附矿粉颗粒表面 形成结构沥青 沥青胶浆才具有最佳粘结力 设计 提出推荐值 试验 图解计算出最佳沥青用量 矿料比表面的影响沥青膜薄 较薄形成结构沥青比例愈大 粘聚力大 比表面积 矿料总表面积 单位质量集料 26 沥青用量对沥青混合料抗剪强度的影响 27 矿料级配类型及表面性质 级配是影响之一 级配良好 符合要求 密级配 开级配 间断级配 粗度和形状 颗粒有棱角 近正立方体 内摩阻角大 28 温度变形速率 随着温度升高 粘聚力值减小 变形能力增强 随着温度降低 粘聚力值提高 变形能力降低 强度增加 过低会使路面开裂 29 8 4沥青混合料的技术性质 高温稳定性低温抗裂性耐久性抗滑性施工和易性影响因素 级配 沥青用量 矿粉过多不宜压实 30 高温稳定性 沥青混合料的高温稳定性是指混合料在高温情况下 承受外力不断作用 抵抗永久变形的能力 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 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 31 低温抗裂性 要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性随着温度的降低 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低温裂缝由混合料的低温脆化 低温缩裂和温度疲劳引起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 采用能量法来评定 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 32 耐久性 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 主要影响因素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 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 33 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 34 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矿料级配 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 沥青用量 适量的沥青用量 可以避免混合料疏松或结团现象 气候情况 机械性能 施工能力等外部条件 不同程度地影响施工和易性 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 35 8 5沥青混合料的配合比设计 三个阶段目标配合比生产配合比生产配合比验证 矿质混合料的配合组成设计确定沥青混合料类型确定矿质混合料的级配范围矿质混合料配合比设计 试配 图解法 调整 确定沥青混合料的最佳沥青用量 36 确定沥青混合料的最佳沥青用量 制备试样 101 6mm 63 5mm 测定物理指标 毛体积密度 空隙率 矿料间隙率 沥青饱和度等 测定力学指标 马歇尔稳定度 流值 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 以预估沥青用量为中值确定沥青最佳用量初绐值1 OAC1 OAC1 1 2 3 4 4OAC1 1 2 3 3 大 大 中 取OAC1 3确定沥青最佳用量初绐值2 OAC2 OAC2 OACmin OACmax 2 各