第五章-沥青混合料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.沥青混合料,内容与学习要求,热拌沥青混合料的组成结构、技术性质、组成材料和设计方法。,其它各类沥青混合料,学习要求：了解沥青混合料的强度形成原理、技术性质和技术要求；并能按现行方法设计沥青混合料的组成；掌握沥青混合料技术性质和评价方法，同时对其它各类沥青混合料也有一般的了解。,根据我国现代沥青路面的建筑工艺，沥青与不同组成的矿质集料可以修建成不同结构的沥青路面。,常用的沥青路面包括：沥青表面处理、沥青贯入式、沥青碎石和沥青混凝土等四种。,本章重点研讨沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料。,按我国现行国家标准沥青路面施工及验收规范（GB50092-96）对其进行定义和分类。,沥青混合料：由矿料与沥青混合料拌和而成的混合料的总称。,沥青混凝土混合料：由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料，与沥青结合料拌和而制成的符合技术标准的沥青混合料（以AC表示，采用圆孔筛时用LH表示）。,3按矿料级配组成及空隙率大小划分：,（1）密级配沥青混合料：按密实级配原理设计组成的各种粒径颗粒的矿料与沥青结合料拌和而成，设计空隙率较小（对不同交通及气候情况、层次可作适当调整）的密实式沥青混凝土混合料和密实式沥青稳定碎石混合料。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等。粗集料嵌挤作用较好的也称嵌挤密实型沥青混合料。,（2）半开级配沥青混合料：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，经马歇尔标准击实成型的试件剩余空隙率在6%12%的半开式沥青碎石混合料。,（3）开级配沥青混合料：矿料级配主要由粗集料嵌挤组成，细集料及填料较少，设计空隙率为18%的沥青混合料。,4按制造工艺划分：有热拌沥青混合料、冷拌沥青混合料、再生沥青混合料等。,5.按结合料温度划分：热拌热铺沥青混合料路面、常温沥青混合料路面。,沥青混合料的特点,优点：1沥青混合料是一种粘弹性材料，具有良好的力学性质，铺筑的路面平整无接缝，振动小，噪声低，行车舒适。2路面平整且有一定的粗糙度，耐磨性好，无强烈反光，有利于行车安全。3施工方便，不需养护，能及时开放交通。4维修简单，旧沥青混合料可再生利用。,缺点：1老化：在长期的大气因素作用下，因沥青塑性降低，脆性增强，粘聚力减小，导致路面表层产生松散，引起路面破坏。2温度稳定性差：夏季高温沥青易软化，路面易产生车辙、波浪等现象；冬季低温时易脆裂，在车辆重复荷载作用下易产生开裂。,5.1热拌沥青混合料,热拌沥青混合料（HMA）是经人工组配的矿质混合料与粘稠沥青在专门设备中加热拌和而成，用保温运输工具运送至施工现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料，通称“热拌热铺沥青混合料”，简称“热拌沥青混合料”。,5.1.1热拌沥青混合料的组成结构和强度形成原理,5.1.2热拌沥青混合料应具备的技术性质及其评价方法,5.1.3热拌沥青混合料组成材料的技术性质,5.1.4热拌沥青混合料配合比设计方法,5.1.5SMA混合料简介,5.1.1热拌沥青混合料的组成结构和强度形成原理,沥青混合料是一种复合材料，它是由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外加剂所组成的多相结构。,这些组成材料在混合料中，由于组成材料质量的差异和数量比例的不同，可形成不同的组成结构，并表现为不同的力学性能。,2）沥青混合料的组成结构类型,（1）悬浮密实结构,（2）骨架空隙结构,（3）骨架密实结构,5.1.1.3影响沥青混合料粘结力C和内摩阻角的因素,1）沥青的性质对粘结C的影响,沥青的粘滞度是影响粘结力C的重要因数。沥青的粘滞度随温度的变化而变化，由于沥青的化学组分和结构不同，沥青粘度随温度而变化的斜率是不同的，因此应深入探讨沥青的温度敏感性对沥青混合料的粘结力C的影响。,2）矿质混合料的级配、矿料颗粒的形状和表面特性等对沥青混合料的内摩阻角的影响,3）沥青混合料中矿料比面和沥青用量的影响,4）矿料表面性质的影响,5）温度沥青混合料抗剪强度的外因 温度的影响和形变速率的影响,5.1.2.1高温稳定性,沥青混合料的强度与刚度是随温度升高而显著降低的。在夏季高温季节，路面在行车荷载反复作用下，沥青混合料所具有的抵抗诸如车辙、推移、波浪、拥包、泛油等病害的性能，称为沥青混合料的高温稳定性。,对于沥青混合料高温稳定性的评价，我国现行规范采用的方法是马歇尔试验法和车辙试验法。,马歇尔试验：,将沥青混合料制成直径为101.6mm、高为63.5mm的圆柱体试件，在高温(60)的条件下,保温3040min,然后将试件放置于马歇尔稳定度仪上，以505mm/min的形变速度加荷,直至试件破坏，同时测定稳定度(MS)流值（FL）、马歇尔模数（T）三项指标。稳定度是在规定的加载速率条件下试件破坏前所能承受的最大荷载(kN)；流值是达到最大破坏荷载时试件的垂直变形（以0.1mm计）；而马歇尔模数为稳定度除以流值的商，,即：,式中：T 马歇尔模数（kN/mm）；,MS 稳定度（kN）；,FL 流值（0.1mm）。,马歇尔稳定度越大、流值越小，说明高温稳定性越高。而马歇尔模数有关学者则认为与车辙深度有一定的相关性，马歇尔模数愈大，车辙深度愈小。,(5-2),车辙试验：,目前通常是采用轮碾法成型，将沥青混合料制成300mm300mm50mm大小的试件，在60的温度条件下，让试验轮对板块状试件产生0.7MPa的压强，在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定程度的车辙深度，试验过程中记录绘制时间-变形曲线,。,通过试验可以得到沥青混合料的动稳定度，其含义是：试件产生单位变形时所需试验轮的行走次数，以次/mm为单位。动稳定度越大，沥青混合料高温稳定性越好。我国现行规范的计算方法如下：,在试验变形曲线的直线段上，求取45min（t1）、60min（t2）的对应车辙变形d1和d2。当车辙变形过大，在未到60min变形已达25mm时，则以达到25mm（d2）时的时间为t2，将其前15min的时间为t1，此时的变形记为d1，则动稳定度DS可按下式计算：,式中：d,1,对应于时间t,1,的变形量（mm）；d,2,对应于时间t,2,的变形量（mm）；C,1,试验机类型修正系数。曲柄连杆驱动试件的变速行走方式为1.0，链驱动试验轮等速方式的修正系数为1.5；C,2,试件系数。试验室制备宽为300mm的试件系数为1.0，从路面切割宽为150mm的试件系数为0.8；N 试验轮往返碾压速度，通常为42次/min。,影响沥青混合料高温稳定性的主要因素有沥青的粘度和沥青与石料相互作用的特性以及矿料的级配等。,（5-3）,5.1.2.2低温抗裂性,沥青混合料抵抗低温收缩裂缝的能力称为低温抗裂性。由于沥青混合料随着温度的降低，通常会变脆硬，劲度增大，变形能力下降，在温度下降所产生的温度应力和外界荷载应力的作用下，路面内部分应力来不及松弛，应力逐渐累积下来，这些累积应力超过材料的抗拉强度时即发生开裂，从而会导致沥青混合料路面的破坏，所以沥青混合料在低温时应具有较低的劲度和较大的抗变形能力来满足低温抗裂性能。,沥青混合料路面的低温收缩开裂主要有两种形式：一种是由于气温骤降造成材料低温收缩；另一种形式是低温收缩疲劳裂缝。,低温条件下产生裂缝的原因主要是沥青混合料抗拉强度和变形能力问题。,公路沥青路面设计规范（JTJ014-97）附条D材料设计参数中，采用了15劈裂强度作为沥青混合料设计参数。,5.1.2.3 耐久性,沥青混合料在路面中长期受到自然因素和重复车辆荷载的作用下，为保证路面具有较长的使用年限，沥青混合料必须具有良好的耐久性。沥青混合料的耐久性有多方面的含义，其中较为重要的是,水稳定性、耐老化性和耐疲劳性。,（1）沥青混合料的水稳定性,（2）沥青混合料的耐老化性,（3）沥青混合料的耐疲劳性,耐老化性,是指沥青混合料抵抗由于人为和自然因素作用而逐渐丧失变形能力、柔韧性等各种良好品质的能力。沥青路面在施工中要对沥青反复加热，铺筑好的沥青混合料路面长期处在自然环境中，要经受阳光特别是紫外线作用，这些均会使沥青产生老化，变形能力下降，使路面在温度和荷载作用下容易开裂，从而导致水分下渗数量增加，加剧路面破坏，缩短沥青混合料路面的使用寿命。,影响沥青混合料老化速度的,因素主要有沥青的性质、沥青的用量、沥青混合料的残留空隙率、施工工艺等。,沥青混合料在使用期间经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交迭变化状态，致使混合料强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数以后，在荷载作用下沥青混合料路面内产生的应力就会超过强度下降后的强度（也称疲劳强度），沥青混合料路面出现裂缝，即产生疲劳断裂破坏。,沥青混合料的耐疲劳性 即是混合料在反复荷载作用下抵抗这种疲劳破坏的能力。在相同荷载数量重复作用下，疲劳强度下降幅度小的沥青混合料，或疲劳强度变化率小的沥青混合料，其耐疲劳性好。从使用寿命看，其路面耐久性就高。,5.1.2.5,施工和易性,沥青混合料应具备良好的施工和易性，使混合料易于拌和、摊铺和碾压。影响沥青混合料施工和易性的因素很多，诸如当地气温、施工条件及混合料性质等。,从混合料材料性质来看，影响沥青混合料施工和易性的是混合料的级配和沥青用量，如粗细集料的颗粒大小相距过大，缺乏中间尺寸，混合料容易分层层积（粗粒集中表面，细粒集中底部）；如细集料太少，沥青层就不容易均匀地分布在粗颗粒表面；细集料过多，则使拌和困难。当沥青用量过少，或矿粉用量过多时，混合料容易产生疏松不易压实。反之，如沥青用量过多，或矿粉质量不好，则容易使混合料粘结成团块，不易摊铺。,此外，施工条件、拌合设备、摊铺机械和压实工具都对沥青混合料的施工和易性有一定影响，应结合具体条件考虑。,5.1.3热拌沥青混合料组成材料的技术性质,沥青混合料的技术性质决定于组成材料的性质、组成配合的比例和混合料的制备工艺等因素。组成材料的质量是首先需要关注的问题。,5.1.3.1 沥青,5.1.3.2 粗集料,5.1.3.3 细集料,5.1.3.4 填料,5.1.3.2 粗集料,沥青混合料用粗集料包括碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣、矿渣等，但高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和矿渣。,粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙，质量、粒径以及与沥青的粘附性应符合规范的规定。当单一规格集料的质量指标达不到表中要求，而按照集料配合比计算的质量指标符合要求时，工程上允许使用。对受热易变质的集料，宜采用经拌和机烘干后的集料进行检验。,沥青混合料用粗集料技术要求见下表5-4：,5.1.3.4 填料,沥青混合料的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经磨细得到的矿粉，原石料中泥土杂质应除净。矿粉应干净、洁净，能自由地从矿粉仓流出，其质量应符合表5-10要求。,拌和机的粉尘也可作为矿粉的一部分回收使用。但每盘用量不得超过填料总量25%，掺有粉尘填料的塑性指数不得大于4%。,粉煤灰作为填料使用时，用量不得超过填料总量的50%，粉煤灰的烧失量应小于12%，与矿粉混合后的塑性指数应小于4%。高速公路、一级公路的沥青面层不宜采用粉煤灰做填料。,5.1.4 热拌沥青混合料配合比设计方法,热拌沥青混合料配合比设计包括：实验室（目标）配合比设计、生产配合比设计和试拌试铺配合比调整等三个阶段。本节重点介绍实验室配合比设计。,5.1.4.1 矿质混合料的配合组成设计,1）确定沥青混合料类型（表5-11）,2）确定矿质混合料的级配范围,3）矿质混合料配合比例计算,（1）组成材料的原始数据测定,（2）计算组成材料的配合比,（3）调整配合比计算得到的合成级配应根据下列要求作必要的配合比调整：,合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限；,对交通量大、轴载重的道路，宜偏向级配范围的下（粗）限，对中小交通量或人行道路等宜偏向级配范围的上（细）限；,合成级配曲线应接近连续或合理的间断级配，不得有过多的犬牙交错。,5.1.4.2 确定沥青混合料的最佳沥青用量,方法：,马歇尔法、F.N.维姆煤油当量法和三轴试验等,。,1)制备试样,2)测定物理指标,3)测定力学指标,1）制备试样,(1)按确定的矿质混合料配合比，计算各种矿质材料的用量。,(2)根据课本表5-6推荐的沥青用量范围（或经验的沥青用量范围），估计适宜的沥青用量（或石油比）。,(3)以估计的沥青用量为中值，按0.5%间隔变化，取五个不同的沥青用量，用小型拌和机与矿料拌和，按课本表5-2规定的击实次数成型马歇尔试件；测定物理指标和力学指标。,2）测定物理指标,(1)视密度,沥青混合料的压实试件的视密度，可以采用水中重法、表干法、体积法或封蜡法等方法测定。,对于密级配沥青混合料，通常可采用水中重法，按式5-4计算：,式中：,s,试件的表观密度（g/cm,3,）；,m,a,干燥试件的空气中质量（g）；,m,w,试件的水中质量（g）；,w,常温水的密度（1g/cm,3,）。,(5-4),（2）理论密度,沥青混合料试件的理论密度，是指压实沥青混合料试件全部为矿料（包括矿料内部空隙）和沥青所组成（空隙率为零）的最大密度。理论密度可按式5-5或5-5计算：,按油石比计算时：,按沥青含量计算时：,(5-5),(5-5),式中：t理论密度（g/cm,3,）；,P1.Pn各种矿料的配合比（矿料总和为 ）；,P1.Pn各种矿料的配合比（矿料总和为 ）；,1n各种矿料与水的相对密度；,Pa油石比（沥青与矿料的质量比）（%）；,Pb沥青含量（沥青质量占沥青混合料总质量的百分率）（%）；,b沥青的相对密度（25/25）。,（3）空隙率,压实沥青混合料试件的空隙率根据其视密度和理论密度按式5-6计算：,式中：VV试件的空隙率（%）；,t试件理论密度（g/cm,3,）；,s试件视密度（g/cm,3,）。,(5-6),（4）沥青体积百分数（VA）,压实沥青混凝土合料试件中，沥青的体积与试件总体积的百分率称为沥青体积百分率，按式5-7或5-7计算：,(5-7),(5-7),式中：VA沥青混合料试件的沥青体积百分率（%）。,（5）矿料间隙率（VMA）,压实沥青混合料试件内矿料部分以外体积占试件总体积的百分率，称为矿料间隙率。,（6）沥青饱和度（VFA）,压实沥青混合料中，沥青部分体积占矿料骨架以外的空隙部分体积的百分率，称为沥青填隙率，又称沥青饱和度。按式5-9计算：,(5-8),式中：VMA沥青混合料试件的矿料间隙率（%）。,(5-9),式中：VFA沥青混合料试件的沥青饱和度（%）。,3）测定力学指标,（1）马歇尔稳定度（MS）,（2）流值（FL）,（3）马歇尔模数（T）,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,（2）根据稳定度、密度和空隙率确定最佳沥青用量初始值1（OAC1）,（3）根据符合各项技术指标的沥青用量范围确定沥青最佳用量初始值2（OAC2）,（4）确定沥青最佳用量(OAC),（5）根据气候条件和交通特性调整最佳沥青用量,5）水稳定性检验,（1）残留稳定度试验,（2）水稳定性残留稳定度指标校核,6）抗车辙能力检验,按最佳沥青用量OAC制作车辙试验试件，按试验规程（JTJ052 T0719-93）方法，在60条件下用车辙试验机对设计的沥青用量检验其动稳定度。,决定矿料级配和沥青用量，经反复调整及综合以上试验结果，并参考以往工程实践经验，综合决定矿料级配和最佳沥青用量。,5.1.5 SMA混合料简介,SMA是由沥青玛碲脂填充沥青碎石组成的混合料。,5.1.5.1 SMA组成特点,1）SMA是具有高比例的粗集料和高的矿粉含量的间断级配混合料。,2）为了增加沥青用量，一方面增加矿粉用量，同时使用纤维作为稳定剂。,沥青结合料用量多，为6.5%7.0%，要求沥青粘度大，软化点高，温度稳定性好，最好采用改性沥青。,组成特点：三多一少（粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少），并掺有纤维增强剂。,5.1.5.2 SMA的技术特性,1）高的稳定性,2）高的抗磨和抗滑性能,3）具有良好的耐久性,4）良好的施工性能,5.2 其它沥青混合料,5.2.1 常温沥青混合料,5.2.2 沥青稀浆封层混合料,5.2.3 桥面铺装材料,5.2.4 水泥混凝土路面填缝料,5.2.1 常温沥青混合料,常温沥青混合料的结合料可采用液体沥青或,乳化沥青,。,采用乳化沥青为结合料，可拌制乳化沥青混凝土混合料或乳化沥青碎石混合料。,我国目前经常采用的常温沥青混合料，主要是乳化沥青拌制的沥青碎石混合料。,5.2.1.1 常温沥青碎石混合料的组成和类型,1）常温沥青碎石混合料的组成,（1）集料与填料 要求与热拌沥青碎石混合料相同。,（2）结合料 采用乳化沥青。,2）常温沥青碎石混合料的类型,按结构层位分：通常路面的面层采用双层式时，下层采用粗粒式（或特粗）沥青碎石AM30(或AM40)，上层选用较密实的细粒式（或中粒式）沥青碎石AM10或AM13(或AM16)。,5.2.1.2 常温沥青碎石混合料的配合组成设计,1）矿料混合料级配组成,2）沥青用量,5.2.1.3 常温沥青混合料的应用,乳化沥青碎石混合料适用三级及三级以下的公路、城市道路支线的沥青面层，二级公路的罩面面层施工，以及各级道路的联接层或整平层。,5.2.2 沥青稀浆封层混合料,沥青稀浆封层混合料，简称沥青稀浆混合料，是由乳化沥青、石屑（或砂）、水泥和水等拌制而成的一种具有流动性的沥青混合料。,5.2.2.1 沥青稀浆封层混合料的组成,（1）结合料乳化沥青，常用阳离子慢凝乳液。,（2）集料级配,石屑或砂组成矿质混合料。,（3）填料为提高集料的密实度，需掺加水泥、石灰或粉煤灰和石粉等填料。,（4）水,（5）添加剂为调节稀浆混合料的和易性和凝结时间需添加各种助剂，如氯化铵、氯化钠、硫酸铝等。,5.2.2.2沥青稀浆封层混合料的类型,5.2.2.3 沥青稀浆封层混合料配合设计,目前采用试验的方法来确定配合比。,（1）稠度试验,（2）初凝时间试验,（3）稳定时间试验,（4）湿轮迹试验,（5）负荷车轮试验,5.2.2.4 沥青稀浆封层混合料的应用,用于沥青路面的养护维修，可作为路面加铺抗滑层、磨耗层。,5.2.3 桥面铺装材料,桥面铺装，其作用是保护桥面板，防止车轮或履带直接磨耗桥面，并藉以分散车轮集中荷载。通常有水泥混凝土和,沥青混凝土铺装,。,5.2.3.1 钢筋水泥混凝土桥的沥青混凝土桥面铺装,大中型：沥青铺装层，与混凝土桥面很好地粘结，并具有防止渗水、抗滑及有较高抵抗振动变形的能力。,小型：桥面铺装只要与相接路段的车行道路面面层结构一致即可。,1）防水层,（1）沥青涂胶类防水层,（2）高聚物涂胶类防水层,（3）沥青卷材防水层,2）保护层,3）面层：承重层和抗滑层,5.2.3.2 公路钢桥的沥青混凝土铺装,钢桥面铺装应满足防水性好、稳定性好、抗裂性好、耐久性好以及层间粘结性好的使用功能要求。,1）防锈层,2）防水层,3）钢桥面沥青铺装,（1）钢桥面沥青铺装层宜为4080mm，并宜分两层铺筑，当铺装厚度低于60mm时则应一层铺筑。,（2）沥青铺装必须采用沥青混凝土混合料铺筑。表5-18,（3）沥青铺装层胶结料应采用能满足铺装层混合料性能要求的材料。其中SMA、AC混合料应采用改性沥青，GA混合料应采用硬质沥青。,（4）用于沥青混合料的矿料必须完全符合规范要求。表5-19.,（5）SMA混合料应采用纤维用作稳定剂，纤维的添加量宜为混合料中矿料用量的0.3%0.5%左右。,5.2.4 水泥混凝土路面填缝料,水泥混凝土路面因受温度应力的影响或施工的原因，必须修筑纵向的和横向的接缝，,温度缝多为横向的，分为膨胀缝和收缩缝两种，工作缝有纵向的和横向的，,为使表面水不致渗水接缝而降低路面基层的稳定性，必须在这些接缝处嵌填接缝材料。,5.2.4.1 常用的接缝材料,水泥混凝土路面接缝材料包括：,1）接缝板,2）填缝料,（1）加热施工式填缝料：树脂沥青类和橡胶沥青类,（2）常温施工式填缝料：聚氨脂类,5.2.4.2 填缝料的技术要求和技术标准,1）填缝料的技术要求,粘结性好、较大延性、收缩性好、热温性好等。,2）填缝料的技术指标,（1）流动度,（2）低温拉伸量,（3）弹性复原率,（4）砂石嵌入度,（5）耐久性,3）填缝料的技术标准（-施工方法）,（1）加热施工式填缝料技术标准（表5-20）,（2）常温施工式填缝料技术标准（表5-21）,