沥青砼配合比设计讲座PPT课件

.,1,沥青与沥青混合料试验配合比设计,2004.2,.,2,沥青混合料设计方法的发展,目的:获得符合设计要求的、经济的集料与沥青的混合物已有的沥青混合料设计方法马歇尔法维姆法新方法Superpave旋转压实法,.,3,沥青混合料设计的要求,有足够的沥青保证路面的耐久性在交通荷载作用下有足够的稳定性有足够的空隙率不能过大，以防止环境破坏不能过小，以便在交通荷载作用下有进一步压密的空间有足够的工作性,.,4,维姆沥青混合料设计法,该方法仅在美国少数几个州存在。技术指标与路用性能符合较好。试验方法、设备较复杂。,.,5,马歇尔沥青混合料设计法,.,6,马歇尔混合料设计,在20世纪30年代末由美国密西西比州公路局BruceMarshall发明。试验方法、试验设备较简单。,.,7,马歇尔设计方法的主要缺点,不能精确地判别不同交通量对沥青混合料技术指标的要求；与路面结构设计不挂钩；不能预防路面早期破坏；不适用于大粒径沥青混合料；不适用某些聚合物改性沥青；试件成型方法不能模拟行车压实；不适用于开级配沥青混合料；沥青混合料没有老化过程，与现场条件不符。,.,8,1987年美国公路战略研究计划（SHRP）进行一项为期五年耗资5000万美元的沥青课题研究，旨在制定一个新的沥青和沥青混合料规范、试验和设计方法。SHRP沥青课题的最终研究成果称为Superpave，即高性能沥青路面的意思，包括一个胶结料规范、混合料设计体系和分析方法。,.,9,Superpave混合料在设计过程中充分考虑到了气候环境条件和交通量的影响，在试件成型过程中模拟路面的实际施工过程。由于采用了新的沥青混合料设计方法，其集料级配更趋于嵌挤、密实，高温稳定性好，适于交通量大和抗车辙要求高的公路。在施工确保合适空隙率的前提下，抗水害性能和抗疲劳性能也较好。Superpave与传统的AK型和AC型沥青混合料相比，施工难易程度和工程造价基本相当，也被称为“穷人的SMA”。美国近十年的使用表明，这种混合料抗车辙性能好，实际使用中也不易发生早期破坏，Superpave是美国目前应用最多的混合料，2001年占美国热拌沥青混合料总量的82%。目前仅有个别州未使用该技术。,.,10,Superpave沥青混合料设计法,.,11,原材料选择,沥青胶结料矿质集料其它外掺剂,沥青混合料配合比设计,.,12,沥青胶结料,针入度规范常规试验Superpave采用了全新系统来试验、规范和选择沥青结合料,.,13,针入度沥青胶结料规范,三大指标针入度延度软化点针入度指数密度闪点溶解度含蜡量,.,14,针入度沥青结合料规范,60粘度135粘度TFOT后残留物质量损失针入度比（25C）延度（不可用RTFOT替代）,.,15,试验结果影响因素：,针入度标准针试验温度试样均匀性（无气泡）延度刮模方式（从中间向两边）拉伸速度试验温度试件浸入水中深度（不小于10厘米）,.,16,试验结果影响因素：,软化点刮模（表面与环面齐平）使用蒸馏水水温均匀水温上升速度针入度指数（感温性能）同针入度计算方法温度区间,.,17,试验结果影响因素：,密度试样勿粘附瓶口、瓶壁上方试样无气泡试样在干燥器中干燥使用蒸馏水试验温度闪点升温速度一瞬即灭的蓝色火焰,.,18,试验结果影响因素：,溶解度清洗至滤液无色透明为止,.,19,闪点(安全性),.,20,溶解度(纯度),.,21,试验结果影响因素：,含蜡量试验温度真空干燥箱的使用分样质量试验方法计算方法,.,22,试验结果影响因素：,薄膜加热试验试验前后，试样均放入干燥器中冷却烘箱达到恒温（163）后放入试样烘箱温度回升至162开始计时,.,23,薄膜加热试验,烘箱外部,旋转架,盘子,温度计6mm,.,24,Superpave沥青结合料规范,分级体系在气候的基础上提出,PG64-22,PerformanceGrade（性能等级）,平均7天最高路面温度,最低路面温度,.,25,PG46PG52PG58PG64PG70PG76PG82,(RotationalViscosity)RV,9090100100100(110)100(110)110(110),(FlashPoint)FP,46525864707682,46525864707682,(ROLLINGTHINFILMOVEN)RTFOMassLoss1.00kPa,2.20kPa,S0.300,ReportValue,1.00%,20Hours,2.07MPa,107425221916131072522191613312825221916343128252219373431282540373431,(DynamicShearRheometer)DSRG*sin,(BendingBeamRheometer)BBR“S”Stiffness然后按照空隙率较小的原则，以沥青玛蹄脂填充骨架的空隙，形成一种骨架密实结构的沥青混合料。,.,54,最大公称尺寸：筛余大于10的筛孔的上一级筛孔尺寸。最大尺寸：大于公称最大尺寸的筛孔尺寸。,25mm100.019mm97.612.5mm89.59.5mm77.74.75mm44.32.36mm31.91.18mm22.20.6mm14.50.3mm7.90.15mm4.10.075mm3.5,.,55,最大理论密度线：最大尺寸与零点的连线。VMA：矿料间隙率,空气,沥青,被吸收沥青,集料,.,56,干捣VCA：没有其它集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率。VCAmix：压实沥青混合料试件中，粗集料骨架以外的间隙占整个试件的体积的百分数。粉胶比：0.075mm通过率与有效沥青的比值。,.,57,Superpave25配合比设计,.,58,初选级配试验级配的评价选择设计级配的沥青用量验证性能检验,集料试验确定粘温曲线设计集料结构的选择,.,59,.,60,Superpave特点,均匀、嵌挤、密实中间集料多，粗、细集料少难压实，应增大压实功用旋转压实仪成型,.,61,改性沥青SMA-13配合比设计,.,62,SMA的特点,嵌挤的骨架高温稳定性好,抗车辙能力强粗集料用量多路表粗糙抗滑、行车安全空隙率较小抗水害、耐老化沥青用量多抗裂性好“三多一少”：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少,.,63,.,64,.,65,马歇尔击实次数正反各50次空隙率4矿料间隙率17粗集料骨架间隙率VCAmix=6.0KN流值实测,设计标准,.,66,设计粗集料骨架，以4.75mm通过率为关键性筛孔，选用高、中、低3个档次，设计3组级配,初试级配,.,67,初试沥青用量,根据合成集料毛体积相对密度选择初试沥青用量合成集料毛体积密度最小油石比2.95.62.85.82.76.02.66.2,在满足最小沥青用量要求的情况下，拟定一个初试沥青用量。根据我省玄武岩的状况，集料的合成毛体积密度约为2.9g/cm3左右，因此最小沥青用量为5.7%(油石比为6.04%)。,.,68,干捣VCA,将级配中大于4.75mm的粗集料部分装入容量筒中捣实，测定松散的粗集料间隙率VCADRC。,.,69,确定最佳级配,VCAmix=17多个级配符合时，选择4.75通过率较大的一个,.,70,选定最佳沥青用量,对于选择的设计级配，以初试沥青用量、初试沥青用量+0.20.4、初试沥青用量-0.20.4制作试件测试马歇尔稳定度、流值、空隙率、VFA、VCAmix、VMA等技术指标按设计空隙率4，确定最佳沥青用量，并检查对应的技术指标是否满足要求,.,71,性能验证试验,谢伦堡析漏试验肯塔堡飞散试验低温小梁弯曲劈裂试验动稳定度试验水稳定性试验残留马歇尔稳定度冻融劈裂残留强度比AASHTOT283试验,.,72,水敏感性试验,3条件试件,3非条件试件,真空饱水试件（饱和度6575%）浸于60oC水浴中24小时浸于25oC水中2小时,AASHTOT283,.,73,计算劈裂强度比(TSR),=80%,确定两组试件的抗拉劈裂强度,水敏感性试验,AASHTOT283,.,74,改性沥青AK-13配合比设计,.,75,马歇尔击实次数正反各75次稳定度=7.5KN流值2050空隙率36沥青饱和度VFA7085矿料间隙率宜15,设计标准,.,76,初选级配,充分运用最大理论密度线，配制粗、中、细三种级配,.,77,运用最大理论密度线,.,78,AK13试击,对于所选23个初始级配，根据经验选一个初始沥青用量（对江苏省集料，初试油石比一般为5.0），试击后依据体积性质情况定级配。,.,79,确定最佳级配,重点考察VMA指标考虑级配均匀、嵌挤,.,80,按0.5%间隔变化，取五个不同的油石比，制备五组马歇尔试件。测定试件的密度、空隙率、沥青饱和度、稳定度和流值，分别绘制各项指标的曲线。取相应于密度最大值的油石比a1、稳定度最大值的油石比a2和空隙率范围中值的油石比a3，按下式取三者的平均值作为最佳油石比初始值OAC1。OAC1=（a1+a2+a3）/3,确定最佳沥青用量,.,81,求出能满足沥青混凝土各项标准的最大油石比OACmax和最小油石比OACmin，取中值OAC2。OAC2=（OACmax+OACmin）/2如果最佳油石比的初始值OAC1在OACmax和OACmin之间，则认为设计结果是可行的，可取OAC1和OAC2的中值作为目标配合比最佳油石比OAC，其对应的试件空隙率在3.5%5%范围内。如OAC1处在上述范围之外，应调整级配，重新进行配合比设计。,确定最佳沥青用量,.,82,VMA在选择级配和确定沥青用量起着一个非常重要的作用。但我国规范中并不严格要求VMA满足指标要求。据研究发现若VMA油石比成凹形抛物线关系，当VMA处于谷底附近时，混合料对沥青用量敏感性较小，有利于施工现场控制和质量保证。,VMA,.,83,%油石比,VMA,VMA油石比关系曲线图,.,84,性能验证试验,水稳定性试验残留马歇尔稳定度冻融劈裂残留强度比AASHTOT283试验动稳定度试验低温小梁弯曲劈裂试验,.,85,配合比设计的注意事项,.,86,最大理论密度的确定,沥青混合料的最大理论密度应尽量采用实测法，测试前老化2小时。当沥青混合料的理论密度实测条件不具备时，根据江苏省的集料状况，石灰岩推荐用集料视密度计算最大理论密度，而对于岩浆岩类（玄武岩、辉绿岩、闪长岩等）推荐用集料的毛视平均密度计算最大理论密度，对于其它岩类的集料，尚需进行研究，以确定最佳计算方法。,.,87,分散沥青混合料,颗粒尺寸小于6.4mm,.,88,真空最大理论密度仪,.,89,.,90,恒温过程,将沥青混合料在击实温度下放入烘箱恒温3045分钟，以保证沥青被吸附过程和击实温度均匀性。,.,91,集料视密度,集料毛体积密度,沥青浸入的空隙,表面孔隙,.,92,有效密度,吸收的沥青,沥青不能浸入的孔隙,表面孔隙,.,93,集料的有效密度,在沥青混合料中，集料的有效密度测定较难“因为矿质集料表面是多空隙的，并能不同程度地吸收水分和沥青，而且水分与沥青的吸收比例随每一种集料而异”。由于沥青的渗透性比水差，所以混合料中矿料的有效密度应介于表观密度与毛体积密度之间,.,94,试件密度的确定,水中重法表干法蜡封法体积法,.,95,试件密度不同测定方法数据比较表,1号、2号、11号和12号试件为芯样，在取样现场发现该处有渗水现象。,.,96,试件密度的确定,在使用表干法时，试验者必须注意：该方法关键是在用拧干的湿毛巾擦拭试件表面时要制造一种真正的饱和面干状态，表面既不能有多余的水膜，又不能把吸入孔隙中的水分擦走，得到真正的毛体积。,.,97,表干法测试件毛体积密度,.,98,试件密度的分析,同一油石比试件密度的最大值与最小值的差值不应超过0.02g/cm3，否则应剔除离平均值最远的密度，重新计算平均密度。,.,99,水敏感性试验,浸水马歇尔试验试件应在水温达到60后再放入水浴。先完成半小时稳定度试验，再完成48小时残留稳定度。选择两组试件，其空隙率基本相等。,.,100,生产配合比设计的要点,级配体积性质的一致性沥青用量,.,101,沥青混合料配合比设计步骤总结,选择原材料选择沥青胶结料选择集料选择外掺剂选择级配建立初始级配压实试件分析初始级配选择沥青胶结料含量设计沥青混合料的性能验证,.,102,配合比设计过程主要注意点,松散沥青混合料恒温老化过程分料均匀性脱模时间理论密度的确定试件密度的测定VMA性能验证,.,103,配合比设计的实例,.,104,表2-1集料性质试验结果汇总表,注：1、对于集料的料源特性，Superpave技术标准无具体要求，表中列出的标准为推荐值。,普通沥青Sup25,.,105,表2-2集料密度试验结果表,普通沥青Sup25,.,106,粘温曲线,普通沥青Sup25,.,107,初选级配,普通沥青Sup25,.,108,表3-2估算沥青用量汇总表,Gsb级配集料毛体积密度；Gsa级配集料表观密度；Gse级配集料有效密度；Vba集料吸收的沥青胶结料体积；Vbe有效沥青胶结料的体积；Ws每立方厘米混合料中集料质量；Pbi估算沥青用量。,普通沥青Sup25,.,109,试验级配的评价,表3-3三种试验级配旋转压实试验结果汇总表,.,110,表3-4三种级配估算沥青用量试验结果评价表,注：*表示当级配通过禁区下方，粉胶比可增加到0.81.6。比较后选择级配2为设计级配,普通沥青Sup25,.,111,选择设计级配的沥青用量,图2体积指标与沥青用量关系曲线,.,112,表3-6四种沥青用量沥青混合料估算体积性质,根据表3-6中，3.5%、4.0%、4.5%、5.0%四个沥青用量的估算体积性质，通过图表插值法（见图2）得到设计沥青用量为4.0%及其对应的体积性质,.,113,验证,表3-7设计沥青用量验证试验结果表,注：*表示当级配通过禁区下方，粉胶比可增加到0.81.6。,普通沥青Sup25,.,114,表3-9马歇尔体积性质表,普通沥青Sup25,.,115,性能检验,表4-1AASHTOT283试验结果,表4-2浸水马歇尔试验结果,普通沥青Sup25,.,116,改性沥青SMA13,表1集料密度测试结果,.,117,改性沥青SMA13,表2各种矿料筛分结果,.,118,改性沥青SMA13,表3SMA-13型混合料级配范围,.,119,改性沥青SMA13,表4三种级配的设计组