李惠霞-沥青砼配合比设计

第十三章第四讲沥青路面材料及配合比设计,复习：沥青路面的优缺点沥青路面损害类型沥青路面的强度构成来源及结构类型沥青路面的粘弹性能沥青路面的稳定性及耐久性,本次课程内容：第四节、沥青路面的原材料第五节、沥青混合料组成设计,1、沥青路面材料有哪些？2、沥青的种类及各自使用特性？3、矿料有哪些及各自使用特性及要求？4、沥青混合料的分类及各自特性？5、沥青混合料的选用原则？6、沥青混合料配合比设计目的及阶段（详细讲解阶段）？7、沥青混合料配合比设计程序？8、简述沥青混合料的级配？9、简述马歇尔试验10、最佳沥青用量确定方法（重点）？11、稳定性检测方法及目的？,第四节沥青路面原材料,一、沥青结合料：石油沥青；乳化石油沥青；改性沥青二、矿质集料：粗集料；细集料；填料,1、石油沥青道路石油沥青以针入度为指标分为7个标号（P345表13-11）,沥青选择原则：可根据当地沥青路面气候分区的温度水平选择沥青。在夏季温度高或高温持续时间长的地区，应采用粘度高的沥青；而在冬季寒冷地区，则宜采用稠度低、气温劲度较小的沥青；对于日温差较大的地区还应考虑选择针入度指数较大、感温性较低的沥青。对于重载交通路段、高速公路及实行渠化交通的路段、山区及丘陵区上坡路段、服务区、停车场等行车速度慢的路段，应选用稠度大的沥青。对于交通量小、公路等级低的路段可选用稠度略小的沥青。,指集料中粒径大于4.75或2.36mm那部分材料1、选择原则：粗料集料可采用碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等。用于高速公路、一级公路、城市快速公路、主干路沥青路面表层用粗集料应选用坚硬、耐磨、抗冲击性好的碎石或破碎砾石，不得使用筛选砾石、矿渣及软质集料，该类粗集料应符合对磨光值和粘附性的要求。当坚硬石料来源缺乏时，允许掺加一定比例较小粒径的普通粗集料，掺加比例根据试验确定。在以骨架原则设计的沥青混合料中不得掺加其他粗集料。,2、粗集料,2、粗集料的粒径规格粗集料的粒径规格应按照表13-17进行生产和使用。如某一档粗集料不符合表13-17的规格，但确认与其它集料组配后的合成级配符合设计级配的要求时，也可以使用。,沥青面层用粗集料规格,3、基本要求：应该洁净、干燥、表面粗糙、形状接近立方体，且无风化、不含杂质，并具有足够的强度、耐磨耗性。粗集料的质量应符合要求。破碎砾石应采用粒径大于50mm的颗粒轧制，破碎前必须清洗，含泥量不大于1%，破碎面积应符合表3-7的要求。钢渣作为粗集料时，仅限于三级及三级以下公路和次干公路以下的城市道路，并应经过试验论证取得许可后使用。钢渣破碎后应由6个月以上的存放期，除吸水率允许适当放宽外，各项指标应符合要求。,沥青混合料用粗集料质量要求,4、与沥青的粘附性要求在高速公路、一级公路、城市快速路和主干沥青路面中，需要使用坚硬的粗集料，当时用花岗岩、石英岩等酸性岩石轧制的粗集料时，若达不到表13-19对粗集料与沥青粘附性等级的要求，必须采取抗剥落措施。工程中常用的抗剥落方法包括使用高粘度沥青；在沥青中掺加抗剥落剂；用干燥的生石灰、消石灰粉或水泥作为填料的一部分，其用量已为矿料总量的1%2%；将粗集料用石灰浆处理后使用。,可以采用天然砂、机制砂或石屑。应洁净、干燥、无风化、不含杂质，并有适当的级配范围，物理力学指标要求见表13-20。与沥青有良好的粘结能力，在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青面层用沥青粘结性能差的天然砂或用花岗岩、石英岩等酸性岩石破碎的人工砂及石屑时，应采取前述粗集料的抗剥离措施对细集料进行处理。在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青路面面层及抗滑磨耗层中，所用石屑总量不宜超过天然砂或机制砂用量。,3、细集料,沥青混合料用细集料质量要求,天然砂天然砂宜采用河砂或海砂，当使用山砂时应经过清洗。天然砂的规格应符合表13-21的规定，经筛洗法测定的砂中小于0.075mm颗粒含量不得大于3%（高速公路、一级公路、城市快速路、主干路）和5%（其它等级道路）,石屑石屑是通过4.75mm或2.36mm的部分，是石料加工破碎过程中表面剥落或撞下的边角。石屑规格应符合表13-22的要求。不得使用泥土、细粉、细薄碎片颗粒含量高的石屑，砂当量应符合表13-20的要求。,4填料填料最好采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，生产矿粉的原石料中泥土杂质应清除。矿粉要求干燥、洁净，能自由地从石粉仓中流出，其质量应符合表13-23的要求。在拌合厂采用干法除尘回收的粉尘可以代替一部分矿粉的使用，湿法除尘的应经过干燥粉碎处理，且不得含有杂质。用量不得超过填料总量的25%，塑性指数不得大于4%，其余质量要求与矿粉相同。,沥青面层用矿粉质量要求,一、沥青混合料分类1按矿料级配组成及空隙率大小分为：密级配、半开级配、开级配混合料。1）密级配沥青混合料设计空隙率26%，按最大粒径、级配又分为：密实型沥青混凝土混合料（以AC表示）密实型沥青稳定碎石混合料（以ATB表示）密实型沥青马蹄脂碎石（以SMA表示）。按关键性筛孔通过率的不同又可分为细型、粗型密级配沥青混合料。粗集料嵌挤作用较好的也称嵌挤密级配沥青混合料,第五节沥青混合料组成设计,2）半开级配沥青碎石混合料由适当比例的粗集料、细集料及少量填料(或不加填料)与沥青结合料拌和而成，剩余空隙率在6%12%（以AM表示）。3）开级配沥青混合料矿料级配采用间断级配，主要由粗集料嵌挤组成，细集料及填料较少，设计空隙率大于18%的沥青混合料。,2按矿料级配种类分为：连续级配、间断级配和沥青碎石混合料。1）连续级配混合料按级配原则，从大到小各粒级都有，并按比例相互搭配组成。包括密级配沥青混凝土、密级配沥青石。2）间断级配混合料连续级配的级配组成中缺少1个或几个粒级（或用量很少）的混合料。包括沥青马蹄脂碎石（SMA）、排水式沥青磨耗层（OGFC）和排水式沥青碎石基层（ATPB）。3）沥青碎石混合料,3按公称最大粒径分为：特粗式（公称最大粒径等于或大于31.5mm）粗粒式（公称最大粒径为26.5mm）中粒式（公称最大粒径为16mm或19mm）细粒式（公称最大粒径为9.5mm或13.2mm）砂粒式（公称最大粒径小于9.5mm）4按制造工艺分为：热拌沥青混合料、冷拌沥青混合料、再生沥青混合料等。,1、沥青面层与沥青碎石基层通常都采用双层或三层式结构，层间喷洒透层油；2、满足耐久、稳定、密实、安全等功能性要求，便于施工；3、表面层具有良好的表面功能、密水、耐久、抗车辙、抗裂，抗滑（可加铺抗滑磨耗层）。,二、沥青混合料的选用,一般而言，特粗式适用于基层、粗粒式适用于下面层或基层，中粒式适用于下面层和表面层、细粒式适用于表面层和薄层罩面，砂粒式适用于非机动车道路或行人道路。对于高速公路、一级公路、重载道路的上面层和中面层、应采用粗型密级配混合料，对于高速公路和一级公路的下面层、中低级公路、低交通量公路、寒冷地区公路、园林道路、行人道路应采用细型密级配混合料。沥青面层集料的最大粒径应自上而下逐层增大，并于设计层厚匹配，压实厚度一般不小于集料公称粒径2到3倍。,三、普通沥青混合料配合比设计,（一）目的：1、确定沥青混合料各种原材料的品种及配比2、矿料级配3、最佳沥青用量,（二）阶段按公路沥青路面施工技术规范（JTGF402004）规定，热拌沥青混合料配合比设计分为：目标配合比、生产配合比和生产验证配合比三个阶段进行。,三、普通沥青混合料配合比设计,（三）配合比设计方法：马歇尔设计法1、选择混合料类型和原材料基本性能试验（表13-1113-23）2、初选混合料级配范围和沥青用量（表13-2713-32）3、以预估的油石比为中值，按一定间隔取5个不同的油石比，按规定方法做成型试件。4、进行马歇尔试验，测定毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度、流值（13-3313-36）5、按各项指标确定最佳沥青用量6、进行稳定性检测,按公路沥青路面施工技术规范（JTGF402004）规定，热拌沥青混合料配合比设计分为：目标配合比、生产配合比和生产标准（或试拌试铺）配合比三个阶段进行。（一）目标配合比设计1、矿料配合比设计A、条件：a、混合料类型b、各种矿料筛分结果B、方法：a、图解法b、电算法,C、矿料配合比调整的原则：a、粗、细类型：沥青混凝土按关键筛孔的通过量分为粗型（C型）和细型（X型）（见规范表5.3.2-1）夏季温度高，高温持续时间长，重载交通量大的道路宜采用粗型。AC254.75mm筛上的通过量小于40。ATB30也称沥青稳定碎石，本身就粗。,b、使合成级配曲线呈为S形减少最大公称粒径附近粗集料的用量（最大公称粒径筛孔的通过量应小，规范规定范围为90-100%，细则为95-100%，应为90-95%）。减少0.6mm附近筛孔细料的用量适当提高矿粉用量c、曲线应顺畅，避免出现锯齿形或犬牙形,方法：马歇尔法做法：保持矿料配合比例不变，改变沥青用量，制作至少5个油石比的马歇尔试件，测定试件的体积指标和稳定度、流值，结合技术标准，按规定的方法确定沥青用量。步骤：（1）、确定拌和温度及击实温度a、用粘度-温度曲线确定b、查表：拌和温度：140160击实温度：130150改性沥青比普通沥青高1020,2、确定沥青用量,（2）、试件成型a、配料：按每次拌和一个试件配料，一般矿料为1200g。b、烘料：矿料烘干，并加热至比拌和温度高出10-20度c、拌和：矿料+沥青拌匀+矿粉拌匀，拌和时间3min拌和温度150160,d、装模：通过漏斗一次装入，插上温度计，接近击实温度时装入。e、击实：温度140150度，两面各击75次，高度误差1.3mm。f、脱模编号：次日。,（3）、测试a、测高：画十字，取4个高度的平均值b、称空气中质量c、称表干质量d、称水中质量e、测稳定度、流值f、实测最大毛体积相对密度（4）、计算（程序）a、毛体积相对密度b、空隙率c、矿料间隙率d、饱和度,（5）、确定沥青用量A、绘制沥青用量与马歇尔指标关系图。以沥青用量为横坐标，以密度、空隙率、矿料间隙率、饱和度、稳定度和流值分别为纵坐标，按试验结果绘制成沥青用量与各项指标的关系曲线（如图)。B、确定最佳沥青用量初始值(OAC1)从图中分别取对应于稳定度最大值的沥青用量a1，对应于密度最大值的沥青用量a2，对应于设计空隙率中值的沥青用量a3，对应于沥青设计饱和度中值的沥青用量a4，OAC1(a1+a2+a3+a4)3,如果在所选择的沥青用量范围未能包含沥青饱和度的要求范围，按下式计算初始值OAC1。OAC1(a1+a2+a3)3对所选择的沥青用量范围，密度和稳定度没有出现峰值（最大值经常出现在曲线的两端）时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须界OACmin+OACmax的范围内，否则应重新进行配合比设计。,C、确定最佳沥青用量中值(OAC2)按沥青混合料技术标准对稳定度、流值、空隙率和饱和度的要求，分别确定满足各单个指标要求的沥青用量范围（见图）。画综合图，将满足各单个指标要求的沥青用量范围，等比例移到同一坐标图上，确定满足稳定度、流值、空隙率和饱度要求的共同沥青用量范围OACminOACmax，其中值为OAC2。,OAC2(OACmin+OACmax)2D、确定沥青最佳用量(OAC)OAC=（OAC1+OAC2）/2E、检查从关系图中反查出OAC对应的各项指标值，检查各项指标是否满足技术标准的要求,对于高速公路、一级公路的密级配沥青混合料，沥青用量确定后，还应进行有关验证试验，如果验证试验结果达不到技术标准的要求，应调整配矿料配合比或更换材料重新进行配合比设计试验。验证试验项目包括：1）动稳定度检验2）水稳性检验（1）残留稳定度（2）残留强度比3）低温抗裂性能检验4）渗水系数检验,3、配合比检验,为高温稳定性检验指标试件尺寸：30030050mm试验温度：60橡胶轮着地压力：0.7MPa（等同后轴100KN汽车轮胎的着地压力）橡胶轮速度：往返42次/min试验时间：1h，测45min-60min的变形,动稳定度检验,a、残留稳定度：最佳沥青用量下，浸水（60）48h的稳定度与标准稳定度之比。b冻融劈裂强度比：是将马歇尔试件在规定条件下真空度饱水，在负温下快速冻结，在高温下溶解并恒温一定时间后进行劈裂抗拉试验，称为冻融劈裂。劈裂温度为25，加载速率为50mmmin。其劈裂强度与未经冻融试件的劈裂强度比称为冻融劈裂强度比。,水稳定性能检验,意义：本方法名为冻融劈裂，其真正含义是检验沥青混合料的抗水害能力，不过条件比一般的浸水更苛刻一些，比残留稳定度更难满足。它不同于抗冻性试验，抗冻性试验的冻融循环次数多达几十次，甚至数百次。所以它虽然是冻融循环试验，由于是评价混合料的水稳定性，对南方非冰冻地区也是适用的。沥青混合料水稳性能应符合要求。,.低温性能检验（对密级配沥青混合料）,方法概要：将车辙试板加工成棱柱体试件在，在-10的试验温度下，以50mmmin的速率加载进行弯曲试验，测定破坏强度、应变、劲度模量，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。技术标准：低温弯曲破坏应变应符合下表的要求。