第五讲沥青混合料性能及配合比设计

沥青混合料性能及配合比设计,长安大学彭波,前言,施工温度：冷拌（乳化沥青，液体沥青或其它产品）,1沥青混合料：沥青集料、矿粉组成,适用：低等级或高等级公路维修国外：UPM公司冷补热拌：（普通、改性）,拌合方式：厂拌热沥青（价高）间竭公式，连续式搅拌设备,路拌冷沥青,2沥青混凝土,级配严格必须掺加矿粉,SMAOGFC（大空隙）悬浮密实Superpare：控制点、禁区（限制砂含量）wwwTRB.org美国联邦公路局Bailey法（美、目地是替代Superpare）,3沥青碎石：AM,矿粉很少级配不严格硬化效应施工合易性,沥青稳定碎石；ATB（柔性基层）,高等级路面沥青碎石作面层结构层,优点：价格低：矿粉少沥青少控制反射裂缝AC+RCC（碾压混凝土）AC+CC,橡胶化水泥砼,032-94沥青混凝土AC16（公称最大粒径）：（AK-16AAK-16B）I：V-3-6%，II：V-4-10%。现场孔乳率不能大于8%，否则水损坏但I型Rut，,4密级配ACATB,间断级配SMA开级配OGFCVV大于18%ATPB-B排水式沥青稳定沥青半开级配AM-206-12%,注：VFA（饱和度）旧规范75-85%泛油新规范65-75%抗滑层(AK)（新规范已取消）正反50次,5.沥青混合料种类汇总,沥青混合料种类表1,注：设计空隙率可按配合比设计要求适当调整。,第一节沥青混合料路用性能,抗水害,耐久性（荷载、环境）,抗低温开裂,抗车辙,沥青混合料路用性能：,中国规范：整体性材料要验算层底拉应力国外设计：控制车辙（用土基压应弯，沥青面层整体弯拉应变）材料特性：抗水害，抗车辙，低温功能性能：平整度，渗水性，抗滑,一、水损害（Waterdamage/waterSusceptibicity）,早期病害3年典范：京津塘,（一）水损害原因,设计,结构设计：半刚性基层砼基层层间接触,材料问题,酸性石料、抗剥落剂（聚酰胺）级配，马歇尔标准问题，耐久性如何？空隙率：8%动水压力小8%-15%水损害发生15%空隙大，动水压力更小,施工问题,为保平整度忽略压实度离析：压实度小均为了PQI（在未来时间内将是很重要的问题）级配离析温度离析工艺离析贝雷法（A=0.40.8紧排骨架）PQI沥青路面质量,超载,（二）水损害评价方法,沥青与集料的粘附性（仅作参考）,水煮法5级4级3级3级2级1级缺点：主观评价实验条件不规范单一粒径水浸法某一档料80评价方法主观光电比色法：具体值，但剥落率计算方法？,混合料水损害,残留稳定度（只对酸性石料敏感）lottaman法2组试件25饱和度70%臂裂强度-18冻16h后在60水中泡24h再在25水中TSR国内冻融劈裂：大Marshall75次小Marshall50次汉堡浸水车辙试验（22cm钢轮）日本浸水车辙试验（冻稳定度DS）硬橡胶板APA（AsphaltParementAnaloger）：水稳定疲劳车辙,（三）预防措施,材料上,集料出问题占80%以上，若单纯考虑水损害应：a.碱性石料酸性石料b.清洁程度c.吸水率建议使用小于0.5%的质量，不要淋雨沥青，酸值（酸值越少，粘附性越大）,混合料特性,在8%-15%时水稳定性最差,细集料用量,表面层（抗滑层）（酸性石料+碱性石料）砂子影响大（12-15%）,（四）增强措施,加抗剥落剂,世界有各：瑞典贝洛胺莫顿国内PAI，AST胺盐类（粉末状固体）（吉林石化重庆交科院）,掺消石灰,石灰水浸泡法喷石灰浆干粉（2%混合料）效果非常明显（可考虑生产矿粉时同时加石灰粉）（www.lime.crg）,沥青路面结构上,a.作好粘层b.作好上下封层,施工,压实度控制：生产配合比阶段实验室密度以生产配合比阶段最大理论密度以实验段的密度段为标准密度（级配越粗，发生水损害概率越大）,减少离析,二、高温稳定性,（1）病害,推移，拥包（以前主要在城市道路）,车辙渠化交通高温危害：行车安全,泛油：AC：由于沥青用量使用不当，离析油丁细料集料SMA沥青胶浆大（应加纤维）,（2）车辙的分类,沥青混合料抗剪抗压能力不足：1.解决材料2.结构设计,沥青路面占90%主要是在柔性基层上,在冬季严寒地区防滑链,（3）车辙的发展过程,内部结构失稳（侧向流动）光滑：沥青含量多摩擦力,压密阶段（剩余孔隙率不小于3%）,骨架密实结构为了解决车辙骨架太强易导致离析贝雷法中CA侧向隆起,（4）车辙影响因素,外部：,沥青：标号抗车辙能力使用改性沥青（最有效）用量高车辙矿料：越是立方体越好FAA,大部分认为应通过级配来解决，其前提是同一沥青标号下，越形成骨架越好F/A，对Rut影响较小混合料：粗集料4.75mm30-40%,Rut,Superpave：旋转压实而非击实4%后孔隙率PG分级空隙率若小于3%导致车辙现场6-8%为最佳GTM法（抗车辙较有效）：沥青含量小（低0.3-0.5%）空隙率小密度大,（5）评价抗车辙方法,车辙实验方法（英国TRRL45）国内60动稳定度DS（次/mm）,APT（加速路面试验）（网站免费下载）足尺实验沥青路面车辙预估模型：shell,有缺点如ABDS一致但深度不同60分钟的变形,Marshell稳定度（60）但与实际上并不十分相关,蠕变实验（与其模型有关）shell方法预估车辙,美国APA：用充气橡胶管试件通用性好,三沥青路面低温抗裂性,只能减少，不能避免开裂后仅需将缝注满，防止透水即可，但现在（重建轻养）,（1）类型,温差大，骤然降温（南方地区易发生）温度低（北方地区易发生）,类型,横向收缩：垂直干行车方向，相对较宽，有规则每隔20m左右，从上到下开裂,网状龟状：荷载,冻胀开裂：极端寒冷，裂缝特别宽,反射裂缝：从下到上,国际上Top-dokn开裂，主要是柔性基层剪应力过大,（2）机理（温缩）,温度,材极时开裂温度,当,（3）开裂预估方法,裂缝指数预板法（Hass）统计方法但国内缺乏数据库，故只能引用某些影响因素的规律,Hills方法,限制劲度模量法,（温度时间）,应力松驰法修正Hills方法,能量法,E温度E材料E,（只是,水平相当时才能用）,（4）低温破坏特性（日本管原照雄）,弯曲试验,影响开裂的因素,外因,温度，低开裂,降温速率开裂,荷载开裂,内因,沥青决定性作用，称号抗开裂,粗集料（必须形成骨架）30-40良好抗车辙,例SMA沥青矿粉抗开裂纤维吸油SBS改善高温为主SBR改善低温为主（生产工艺难度大）,集料：耐磨抗压吸水承力,空隙率：低温开裂时强度惧增,聚脂纤维Beni-Fiber对高温车辙几乎没作用其主要作用抗开裂抗疲劳，用于旧路改建,沥青用量：抗低温性能越好,（5）评价方法,（规范）低温蠕变速率10%的破坏强度，现改为10%的,弯曲应变（照搬小日本方法）,SHRP：约速试件，温度应力试验,丁积方方法,应力松实验,（国外新）圆试件（模拟抗拉Marshell减件）,第二节沥青混合料配合比设计方法,一、配合比设计方法调整的重点,用于调整冷拌合,用于调整热料仓比例,试验段辅筑,规范重大区别：,规范上规定密级配不能用于配合比设计（规范级配）附加了工程设计级配性质对马歇尔技术标准作了较大的调整规范沥青混合料密度测定方法规范沥青混合料理论密度必须实测沥青含量变为有效沥青含量扣除集料空隙吸收沥青确定OAC方法作了调整验算沥青膜厚（810um）与F/A0.6-1.2TSR（所有地区）均要验算，低温弯曲应变。,FHWAn=0.45Power最大密度浅苏联k法同济（林秀贤）将k法引变为方法,二、沥青混合料配合比设计内容,1原材料的选择,2选定级配：连续间断,Fuller,n=0.5时密度最大,连续级配追求的是：密度最大,新规范变革：,规范规定的级配（类似032-94级配表）对密级配不允许直接使用规范中数据,工程设计级配：地形特点，气候，交通条件，施工水平在规范规定的范围内细化级配,在工程级配范围上进行施工检验级配,对密级配沥青混合料C、F:C=Coarse、粗型；F=Fine、细型,粗型和细型密级配沥青混凝土的关键性筛孔通过率表2-1,用以分类的关键性筛孔（mm）,公称最大粒径（mm）,关键性筛孔通过率（%）,关键性筛孔通过率（%）,密级配沥青混凝土混合料矿料级配范围表2-2,沥青玛蹄脂碎石混合料矿料级配范围表2-3,开级配排水式磨耗层混合料矿料级配范围表2-4,密级配沥青碎石混合料矿料级配范围表2-5,半开级配沥青碎石混合料矿料级配范围表2-6,开级配沥青碎石混合料矿料级配范围表2-7,例：AC-13C粗型密级配ACAC-25C4.75mm(p)40AC-25F4.75mm(p)40AC-20C4.75mm(p)45AC-20F4.75mm(p)45AC-16C2.36mm(p)35AC-16F2.36mm(p)35对HMA热拌沥青混合料SMA级配范围（拿中值来配）OGFC（大孔隙沥青砼）（拿中值来配）ATB（沥青稳定碎石）（拿中值来配）AM（沥青碎石）（拿中值来配）ATPM（排水式沥青碎石）（拿中值来配）,3目标配合比设计,设计标准（仍是Marshall法）密级配马氏标准（26.5mm）公路分级维持原状高速公路一级其它公路人行道（附二级公路按一级公路标准）,密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准表3-1,注：1.对空隙率大于5%的夏炎热区重载交通路段，施工时应至少提高压实度1个百分点。2.当设计的空隙率不是整数时，由内插确定要求的VMA最小值。3.对改性沥青混事料，马歇尔试验的流值可适当放宽。,沥青稳定碎石混合料马歇尔试验配合比技术标准表3-2,注：在干旱地区，可将密级配沥青稳定碎石基层的空隙率适当放宽到8%。,SMA混合料马歇尔试验配合比设计技术要求表3-3,注：1.对集料坚硬不易击碎，通行重载交通的路段，也可将击实次数增加为双面75次。2.对高温稳定性较高的重交通路段或炎热地区，设计空隙率允许放宽到4.5%，VMA允许放宽到16.5%（SMA-16）或16%（SMA-19），VFA允许放宽到70%。3.试验粗集料骨架间隙率VCA的关键性筛性，对SMA-19、SMA-16是指4.75mm，对SMA-13、SMA-10是指2.36mm。4.稳定度难以达到要求时，容许放宽到5.0kN（非改性）或5.5kN（改性），但动稳定度检验必须合格。,OGFC混合料技术要求表3-4,马歇尔试验结果示,4生产配合比设计阶段,对间歇式拌和机，必须从二次筛分后进入各热料仓的材料中取样进行筛分，以确定各热料仓的材料比例，供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓进料比例，以达到供料均衡，并取目标配合比设计的最佳沥青用量、最佳沥青用量0.3%等三个沥青用量进行马歇尔试验，确定生产配合比的最佳沥青用量。,5生产配合比验证阶段,拌和机采用生产配合比进行试拌，铺筑试验段，并用拌和的沥青混合料及路上钻取的芯样进行马歇尔试验检验。由此确定生产用的标准配合比。标准配合比应作为生产上控制的依据和质量检验的标准。标准配合比的矿料级配至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm三档筛孔通过率接近要求级配的中值。标准配合比一经设计确定，施工过程中就不得随意改变。当施工现场的原材料发生变化，并经检测，沥青混合料的矿料级配、马歇尔试验的技术指标不符合要求时，应及时调整配合比，使沥青混合料质量符合要求并保持相对稳定。当调整效果不佳时，应重新进行配合比设计。,高速公路和一级公路施工前应铺筑试验路段。试验段的长度应根据试验目的确定，一般为100200m。试验段宜选在直线段上。试验段分试拌和试铺两个阶段，其试验内容有：1）根据沥青路面各种施工机械相匹配的原则，确定合理的施工机械、机械数量及组合方式。2）通过试拌确定拌和机的上料速度、拌和数量与时间、拌和温度等操作工艺。3）通过试铺确定透层沥青的标号与用量、喷洒方式、喷洒温度；摊铺机的摊铺温度、摊铺速度、摊铺宽度、自动找平方式等操作工艺；压路机的压实顺序、碾压速度及遍数等压实工艺；以及确定松铺系数，接缝方法等。4）用热拌沥青混合料及路上钻取的芯样，进行马歇尔试验和抽提试验，验证沥青混合料配合比设计结果，提出生产用的矿料配比和沥青用量。,5）建立用钻孔法与核子密度仪测定密度的对比关系。确定粗粒式沥青混凝土或沥青碎石面层的压实标准密度。6）确定施工产量及作业段长度，制订施工进度计划。7）全面检查材料及施工质量。8）确定施工组织及管理体系、人员、通信联络及指挥方式,MS-2美国规范NCAT国家沥青研究中心，免费，更新较快（查NCATAsphalt）,三、沥青混合料配合比设计步骤,1.确定集料比例,基本技术要求施工要求性能要求：Marshell路用性能验证设计上从经验性考虑路用性能设计,2.确定沥青用量，实现C、最大,工程设计级配调整原则,对于高温重载地区：用密级配粗型（C型）,对于低温地区采用密级配旧型（下型）,对于高低温兼配地区采用S型曲线,4.75mm，2.36mm，0.075mm12%,Marshell物理参数的计算,规范：空隙率，饱和度AV体