常用建筑材料-第8章课件

1、第8章 沥青混合料 第8章 沥青混合料 8.1 概述 刚性路面:水泥混凝土路面（水泥混凝土） 道路路面 柔性路面:沥青路面（沥青混合料)第8章 沥青混合料Ten Year Old SMA 10年的SMA路面PAVED WITH REGULAR MIX, AGE 2 YEAR使用一般混合料铺面8.1.1 基本概念（1）沥青混合料: 矿质混合料 + 粘结材料 沥青混合料(粗集料+细集料+填料）（沥青） （适当比例拌和）通常定义:沥青混合料为沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料的总称 第8章 沥青混合料 第8章 沥青混合料 沥青混凝土混合料（Asphalt concrete mixture) : 由适当

2、比例的粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌和而成的沥青混合料,简称AC。 沥青碎石混合料（Asphalt macadan mixture）： 由适当比例的粗集料、细集料及填料（或不加填料）与沥青拌和而成的沥青混合料,简称AM 。第8章 沥青混合料第8章 沥青混合料第8章 沥青混合料 第8章 沥青混合料 8.1.2 分类（1）按结合料分类：石油沥青混合料 煤沥青混合料（2）按沥青混合料施工的拌制和摊铺温度分类： 热拌热铺沥青混合料 常温沥青混合料 （3）按矿质集料级配类型分类： 连续级配沥青混合料 间断级配沥青混合料 第8章 沥青混合料 (4)按混合料密实度分类：开级配沥青混凝土混合料：

3、连续型级配混合料，粒径递减系 数较大，空隙率大于15%密级配沥青混凝土混合料：连续型密级配沥青混合料，粒径 递减系数较小，空隙率小于10%半开级配沥青混合料：空隙率介于密级配和开级配之间，为 10%15%。 第8章 沥青混合料 第8章 沥青混合料1000500.080.31.184.7519间断级配开级配密级配三种类型矿料级配曲线（5）按最大粒径分类 粗粒式沥青混合料：集料最大粒径等于或大于26.5mm 中粒式沥青混合料：集料最大粒径为16mm或19mm 细粒式沥青混合料：集料最大粒径为9.5mm或13.2mm 砂粒式沥青混合料（沥青石屑或沥青砂）：集料最大粒径 等于或小于4.75mm 特粗式

4、沥青碎石混合料：集料最大粒径37.5mm以上。 第8章 沥青混合料 第8章 沥青混合料Pavement Structure路面结构40 mm Surface /PG 88-1075 mm Open Graded PG 82-16 75 mm Base PG 64-22 150 mm drain400 mm Lime modified Soil 8.2 热拌沥青混合料 8.2.1 沥青混合料的组成结构和强度形成原理 1.沥青混合料的组成结构 沥青混合料的组成结构通常按其矿质混合料的组成分为三种结构类型 （1）悬浮-密实结构:连续型密级配 （2）骨架-空隙结构:连续型开级配 （3）密实-骨架结构:

5、间断型密级配第8章 沥青混合料 第8章 沥青混合料1000三种类型矿料级配曲线500.080.31.184.7519间断级配开级配密级配第8章 沥青混合料 图8.1 沥青混合料结构组成示意图a) 悬浮-密实结构；b) 骨架-空隙结构；c) 密实-骨架结构 第8章 沥青混合料沥青混合料的结构Active Particles 颗粒Voids第8章 沥青混合料沥青混合料的结构Voids第8章 沥青混合料第8章 沥青混合料 2.沥青混合料的强度形成原理第8章 沥青混合料 （1）沥青路面的主要破坏形式高温产生车辙高温时由于抗剪强度不足或塑性变形 过大而产生推挤等现象低温出现裂缝由于低温时抗拉强度不足或变

6、形能力 较差而产生裂缝现象第8章 沥青混合料（2）强度理论：要求沥青混合料在高温时必须具有一定的 抗剪强度和抵抗变形的能力。 沥青混合料的抗剪强度主要取决于: 粘聚力和内摩擦角两个参数 第8章 沥青混合料 式中：沥青混合料的抗剪强度，MPa； c 沥青混合料的粘聚力， MPa； 沥青混合料的内摩擦角，rad。 第8章 沥青混合料摩尔库仑包络线： =c+tgc第8章 沥青混合料 悬浮-密实结构:较高的粘聚力C，较低的内摩擦角， 骨架-空隙结构:较低的粘聚力C，较高的内摩擦角， 密实-骨架结构:较高的粘聚力C，较高的内摩擦角， 第8章 沥青混合料第8章 沥青混合料 TRUCKING OPERATI

7、ONSBegin with One Truck on September 2, 2003Phase in All Trucks by October 1, 2003Target Completion by September 30, 2005汽车载荷试验第8章 沥青混合料2003 RESEARCH PLAN2003Structural Experiment结构试验第8章 沥青混合料STRUCTURAL SECTION LAYOUT6英寸厚的密级配碎石基层最佳沥青含量下的改性沥青混合料最佳沥青含量+05%情况下的改性沥青混合料Strain Gauges Between HMA Layers 在H

8、MA层面之间安装应变仪Layout of Gauges仪器布置Pressure Cells压力盒Strain Gauges应变仪Completed Instrumentation完工的仪器站Gauge Locations仪器位置Data Collection Box数据采集器Solar Power太阳能（3）影响沥青混合料抗剪强度的因素1）影响沥青混合料抗剪强度的内因 沥青粘度的影响： 沥青混合料的粘聚力随沥青粘度的增加而增加，同时内摩擦角稍有提高。 沥青与矿料化学性质的影响： 沥青与矿料相互作用与沥青的化学性质和矿粉性质有关。第8章 沥青混合料 第8章 沥青混合料图8.2 沥青在矿粉表面重排

9、结构示意图第8章 沥青混合料 当矿粉颗粒之间由结构沥青膜所联结时： 可以获得更大的粘聚力。 若颗粒之间是自由沥青所联结时： 则具有较小的粘聚力。 沥青用量的影响：不同沥青用量时的沥青混合料结构和C，值变化示意图a) 沥青用量不足；b) 沥青用量适中；c) 沥青用量过量 第8章 沥青混合料 矿料比表面积的影响： 矿料的比表面积越大，形成的沥青膜越薄，结构沥青所占的比例越大，凝聚力越大。第8章 沥青混合料 矿质集料的级配类型、粒度、表面性质的影响Surface (5 to 8 cm) renewed every 15 to 20 years 每15年更新58cm的面层Structure desig

10、ned to last 50 years使用寿命期为50年的路面结构设计第8章 沥青混合料第8章 沥青混合料2）影响沥青混合料抗剪强度的外因 温度的影响： 抗剪强度随温度的升高而降低， 粘聚力随温度的升高而显著降低，温度变化对内摩擦角的影响较小。抗剪强度随温度的升高而降低， 粘聚力随温度的升高而显著降低，温度变化对内摩擦角的影响较小。 形变速率的影响：变形速率对沥青混合料的内摩擦角（）影响较小，而对沥青混合料的粘聚力 （c）影响则较为显著。第8章 沥青混合料温度对沥青混合料抗剪强度的影响4003002001000.60.50.40.30.2102030405060T(C)c=f(T)c=f(T

11、)第8章 沥青混合料形变速率对沥青混合料抗剪强度的影响4003002001000.60.50.40.30.212345cc=f(v)=f(v)VA PAVEMENT WITH SOME PROBLEMS一条存在一些问题的路面At endAt end of race第8章 沥青混合料8.2.2 沥青混合料的组成材料 1.道路石油沥青（1）道路石油沥青的质量：应满足表7.3的要求（2）沥青标号选用要求： 宜根据公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的层位及受力特点、施工方法等，结合当地的使用经验，经技术论证后确定。（3）道路石油沥青贮存：必须按品种、标号分开存放，沥青在储罐中的贮存温度

12、宜在130170的范围内。沥青在贮运、使用和存放过程中要注意做好防水措施。第8章 沥青混合料2.粗集料（1）选用要求：碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣和矿渣 等 均可选用，但高速公路和一级公路不得 使用筛选砾石和矿渣。（2）质量要求 1）级配：粗集料的级配应满足表8.1的规定。 2）综合性质：物理、力学、化学质量应符合表8.2、表8.3 的要求。 3）破碎砾石的要求：应采用粒径大于50mm、含泥量不大于 1%的砾石轧制，破碎砾石的破碎面应 符合表8.4的要求。表8.1 沥青混合料用粗集料规格规格公称粒径/mm通过下列筛孔（方孔筛）的质量百分率/%10675635337.531.526.519.0

13、13.29.54.752.360.6S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S144075406030602550204015301030102510201015515510310351009010010010090100901001009010010001501590100100100015901009010010005050159010010005015901001001000501501590100901001001000501501501540709010090100100050505050501501540709010005050200150503表8.2 沥青混

14、合料用粗集料技术要求指 标单位高速公路、一级公路其他等级公路表面层其他层石料压碎值 不大于%262830洛杉矶磨耗损失 不大于%283040相对表观密度 不小于2.602.502.45吸水率 不大于%2.03.03.0坚固性 不大于%1212针片状颗粒含量（混合料） 不大于其中粒径大于9.5mm 不大于其中粒径小于9.5mm 不大于%15121818152020水洗法0.075mm颗粒含量 不大于%111软石含量 不大于%355注：坚固性试验根据需要进行。用于高速公路、一级公路时，多孔玄武岩的视密度可放宽至2.45t/m3，吸水率可放宽至3%，但须得到建设单位的批准，且不得用于SMA路面。对S

15、14规格的粗集料，针片状颗粒含量可不予要求，0.075mm颗粒含量可放宽到3%。 表8.3 粗集料与沥青的粘附性、磨光值的技术要求雨量气候区1（潮湿区）2（湿润区）3（半干区）4（干旱区）年降雨量/mm 10001000500500250 0.3mm部分） 不小于%12含泥量（小于0.075mm的含量） 不大于%35砂当量 不小于%6050亚甲蓝值 不大于g/kg25棱角性（流动时间） 不小于s30表8.6 沥青混合料用天然砂规格筛孔尺寸通过各孔筛的质量百分率/%粗砂中砂细砂9.51001001004.759010090100901002.3665957590851001.1835655090

16、751000.61530306060840.352083015450.150100100100.075050505规格公称粒径/mm水洗法通过各筛孔的质量百分率/%9.54.752.361.180.60.30.150.075S150510090100609040752055740220010S16031008010050802560845025O15表8.7 沥青混合料用机制砂或石屑规格第8章 沥青混合料4.填料（1）选用要求：矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的 强基性岩石等憎水性石料磨细得到 的矿粉。（2）质量要求：应符合表8.8的规定。（3）其他要求：拌和机的粉尘可作为矿粉的一部分回 收，但每

17、盘用量不得超过填料总量的 25 %，掺有粉尘填料的塑性指数不得 大于4%。项 目单 位高速公路、一级公路其他等级公路表观密度 不小于t/m32.502.45含水量 不大于%11粒度范围 0.6mm 0.15mm 0.075mm%10090100751001009010070100外观无团粒结块亲水系数 1塑性指数 302030 10005001000250500 2501.潮湿区2.湿润区3.半干区4.干旱区浸水马歇尔试验残留稳定度 /% 不小于普通沥青混合料8075改性沥青混合料8580SMA混合料普通沥青75改性沥青80冻融劈裂试验的残留强度比 /% 不小于普通沥青混合料7570改性沥青混

18、合料8075SMA混合料普通沥青75改性沥青80表8.11 沥青混合料水稳定性检验技术要求第8章 沥青混合料（4）沥青混合料低温抗裂性能检验技术标准 宜对密级配沥青混合料在温度-10、加载速率5Omm/min的条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。沥青混合料的破坏应变宜不小于表8.12的要求。表8.12 沥青混合料低温弯曲试验破坏应变（）技术要求 气候条件与技术指标相应于下列气候分区所要求的破坏应变 /年极端最低气温 /及气候分区 -9.01.冬严寒区2.冬寒区3.冬冷区4.冬温区1-12-11-22-23-21-

19、32-31-42-4普通沥青混合料 不小于260023002000改性沥青混合料 不小于300028002500第8章 沥青混合料（5）沥青混合料渗水系数检验技术标准 渗水试验检验的渗水系数宜符合表8.13的要求。表8.13 沥青混合料试件渗水系数 /mlmin-1技术要求级配类型渗水系数要求 /mlmin-1密级配沥青混凝土 不大于120SMA混合料 不大于80OGFC混合料 不小于实测第8章 沥青混合料8.2.4 热拌沥青混合料配合比设计方法沥青混合料配合比设计包括：试验室配合比设计（目标配合比）生产配合比设计生产配合比验证（试拌试铺配合比调整）1.试验室配合比设计 密级配沥青混合料的目标

20、配合比设计流程图如图8.5所示，采用马歇尔试验配合比设计方法。 图8.5 密级配沥青混合料的目标配合比设计流程图第8章 沥青混合料（1）矿质混合料配合组成设计 1）选择热拌沥青混合料种类 热拌沥青混合料（HMA）适用于各种等级公路的沥青路面。 种类应考虑集料公称最大粒径、矿料级配、空隙率等因素选择 分类见表8.14。 表8.14混合料类型密级配开级配半开级配公称最大粒径/mm最大粒径/mm连续级配间断级配间断级配沥青碎石沥青混凝土沥青稳定碎石沥青玛蹄脂碎石排水式沥青磨耗层排水式沥青碎石基层特粗式ATB-40ATPB-4037.553.0粗粒式ATB-30ATPB-3031.537.5AC-25

21、ATB-25ATPB-2526.531.5中粒式AC-20SMA-20AM-2019.026.5AC-16SMA-16OGFC-16AM-1616.019.0细粒式AC-13SMA-13OGFC-13AM-1313.216.0AC-10SMA-10OGFC-10AM-109.513.2砂粒式AC-5AM-54.759.5设计空隙率 /%353634 18 18612第8章 沥青混合料2）确定工程设计级配范围 沥青混合料设计级配范围由工程设计文件或招标文件规定，级配沥青混合料的设计级配宜根据公路等级、气候及交通条件按表8.15、表8.16规定确定。 表8.15混合料类型公称最大粒径用以分类的关键

22、性筛孔粗型密级配细型密级配名称关键性筛孔通过率 /%名称关键性筛孔通过率 /%AC-2526.54.75AC-25C 40AC-20194.75AC-20C 45AC-16162.36AC-16C 38AC-1313.22.36AC-13C 40AC-109.52.36AC-10C 45表8.16级配类型通过下列筛孔 /mm的质量百分率 /%31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗粒式AC-2510090100759065835776456524521642123382451741337中粒式AC-201009010078926280507

23、226561644123382451741337AC-16100901007692608034622048133692671851448细粒式AC-13100901006885386824501538102872051548AC-1010090100457530582044133292361648砂粒式AC-5100901005575355520401228718510第8章 沥青混合料3）矿质混合料配合比设计计算 材料选择与准备 矿料配合比设计 对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算13组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不

24、得有太多的锯齿形交错，且在0.30.6mm范围内不出现“驼峰”。当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。第8章 沥青混合料（2）确定最佳沥青用量1）预估油石比或沥青用量 计算矿料混合料的合成毛体积相对密度 计算矿料混合料的合成表观相对密度 预估沥青混合料适宜的油石比或沥青用量。 确定矿料的有效相对密度 2）制备马歇尔试件 以预估的油石比为中值，按一定间隔（对密级配沥青混合料通常为0.5%，对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为0.3%0.4%），取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。每一组试件的试样数按现行试验规程的要求确定，对粒径较大的沥青混合料，宜增加试件数量。 第8章 沥青混合料3）测

25、定计算物理指标 测定试件的毛体积相对密度和吸水率 确定沥青混合料的最大理论相对密度 在成型马歇尔试件的同时，采用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度。当只对其中一组油石比测定最大理论相对密度时，也可按式（8.11）计算其他不同油石比时的最大理论相对密度。 计算试件的空隙率、矿料间隙率、有效沥青的饱和度等体积指标 第8章 沥青混合料4）测定力学指标 采用马歇尔试验仪，测定马歇尔稳定度及流值5）确定最佳沥青用量（或油石比） 绘制沥青用量与物理-力学指标关系图 根据试验曲线，确定沥青混合料的最佳沥青用量OACl 确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC2 确定最佳沥青用量OAC通常情况下取OACl及

26、OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC。 图8.6图8.6图8.6图8.6第8章 沥青混合料 从图8.6中得出所对应的空隙率值和矿料间隙率值，检验是否能满足热拌沥青混合料规定的最小值的要求。OAC宜位于凹形曲线最小值的贫油一侧。当空隙率不是整数时，按最小内插法确定，并将其画入图8.6中。 检查图8.6中相应于此OAC的各项指标是否均符合马歇尔试验技术标准。 根据实践经验和公路等级、气候条件、交通情况，调整确定最佳沥青用量OAC。 第8章 沥青混合料6）检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度 计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量 计算最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度7）配合

27、比设计检验 高温稳定性检验 水稳定性检验 低温抗裂性能检验 渗水系数检验第8章 沥青混合料2.生产配合比设计阶段 目标配合比确定之后，进入第二个设计阶段，应用实际施工拌和机进行试拌，以确定施工配合比。3.生产配合比验证阶段 生产配合比验证阶段，即试拌试铺阶段。按照规范规定的试验段铺设要求，进行各种试验,当全部满足要求时，便可进入正常生产阶段。 第8章 沥青混合料第8章 沥青混合料沥青混合料配合比设计工程实例题目 试设计某高速公路沥青混凝土路面用沥青混合料的配合组成。原始资料1.道路等级 高速公路；2.路面类型 沥青混凝土；3.结构层位 三层式沥青混凝土的上面层；4.气候条件 最低月平均气温-8

28、； 第8章 沥青混合料5.材料性能（1）沥青材料 可供应A级70号和90号两种道路石油沥青。经检验各项技术性能均符合要求。（2）矿质材料1）碎石和石屑 石灰石轧制碎石，饱水抗压强度12OMPa，洛杉矶磨耗率12%，粘附性（水煮法）级，视密度2.70g/cm3 。2）砂 黄砂，细度模量属中砂，含泥量及泥块量均1%，视密度2.65g/cm3。3）矿粉 石灰石磨细石粉，粒度范围符合技术要求，无团粒结块，视密度2.58g/cm3。 第8章 沥青混合料设计要求1.根据道路等级、路面类型和结构层位，确定沥青混凝土类型，并选择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，采用图解法确定各种矿料的配合

29、比，并依据题意对高速公路要求组配的矿质混合料的级配进行调整。2.通过马歇尔试验，确定最佳沥青用量。3.最佳沥青用量按水稳定性检验和抗车辙能力校核。 第8章 沥青混合料解 1.矿质混合料配合组成设计1）确定沥青混合料类型 由题意，为使上面层具有较好的抗滑性，选用细粒式AC-13C型沥青混凝土混合料。2）确定矿质混合料级配范围 按表8.16查出细粒式AC-13型沥青混凝土的矿质混合料级配范围，经调整后的工程级配范围如表8.18。 级配类型筛孔尺寸(方孔筛)/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-16沥青混凝土工程级配范围下限1009060302015

30、10754上限100100805340302318128表8.18 矿质混合料要求级配范围 /% 第8章 沥青混合料3）矿质混合料配合比设计 矿质集料筛分试验： 现场取样进行筛分试验: 碎石：1020mm、510mm、35mm 石屑 黄砂 矿粉 六种矿质集料的筛析结果列于表8.19。表8.19材料名称筛孔尺寸（方筛孔）/mm16.O13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过百分率/%碎 石1020mm10088.616.6O.4O.30.30.30.30.30.2510mm10010099.78.70.70.70.70.70.70.635mm10010010094

31、.73.70.50.50.50.50.3石 屑10010010010097.267.840.530.220.64.2黄砂10010010010087.962.246.43.73.11.9矿 粉10010010010010010010099.896.284.7第8章 沥青混合料 组成材料配合比设计计算 采用图解法计算组成材料配合比，如图8.7所示。由图解法确定各种材料用量为1020mm碎石：510mm碎石：35mm碎石：石屑：黄砂：矿粉=34.5%24%10.5%11.5%：13%：6.5%。 调整配合比 从图8.7可以看出，计算的合成级配曲线接近级配范围中值。由于高速公路交通量大、轴载重，为使

32、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，为此配合比应做调整。 经调整，各种材料用量为 1020mm碎石：510mm碎石：35mm碎石：石屑：黄砂：矿粉=42%20%14%9%：10%：5%。 调整后的合成级配曲线光滑、平顺，且接近级配曲线的下限。 图8.7 矿质混合料配合比计算图 第8章 沥青混合料4）马歇尔试验结果分析（1）绘制沥青用量与物理、力学指标关系图 根据表8.20马歇尔试验结果汇总表，绘制沥青用量与毛体积密度、空隙率、饱和度、矿料填隙率、稳定度、流值的关系图，如图8.9。 图8.8 油石比-马歇尔试验各项指标关系曲线图试件组号油石比/%技 术 指 标毛

33、体积密度s /gcm-3空隙率VV/%矿料间隙率VMA/%沥青饱和度VFA/%稳定性MS/kN流值FL/mm123455.05.56.06.57.02.3282.3462.3542.3532.3485.84.73.62.92.517.917.617.417.718.462.569.877.580.283.58.79.710.310.29.82.12.32.52.83.7技术标准36不小于13657581.54表8.20 马歇尔试验结果汇总表 第8章 沥青混合料（2）确定最佳沥青用量初始值（OAC1） 从图8.9得出：相应于密度最大值的沥青用量=5.20%，相应于稳定度最大值的沥青用量=5.15

34、%，相应于规定空隙率范围中值的沥青用量=4.75%，相应于规定饱和度范围中值的沥青用量=4.40%。第8章 沥青混合料（3）确定最佳沥青用量初始值（OAC2） 由图8.8得，各指标符合沥青混合料技术指标要求的沥青用量范围：OACminOACmax=4.20%5.20%，则 第8章 沥青混合料（4）综合确定最佳沥青用量（OAC）， 按沥青最佳用量初始值OAC=4.78%检查VMA符合要求， 取OAC=4.80%。（5）最佳沥青用量（OAC）检验 水稳定性检验 采用沥青用量为4.80%制备马歇尔试件，测定标准马歇尔稳定度及在浸水48h后马歇尔稳定度，试验结果列如表8.21 表8.21 沥青混合料水稳定性试验结果 油石比OAC/%马歇尔稳定度/kN浸水马歇尔稳定度/kN浸水残留稳定度/%规范规定残留稳定度/%4.808.37.6927