第8章 沥青和沥青混合料.ppt

石家庄铁道大学材料科学与工程学院 第五章沥青及沥青混合料 2 本章内容 第一节沥青材料第二节沥青混合料的组成与性质第三节沥青混合料的配合比设计 3 本章教学目标 重点 石油沥青和沥青混合料的技术性质难点 沥青混合料的配合比设计知识目标了解石油沥青的组成 掌握石油沥青的技术性质和技术标准 掌握沥青混合料的技术性质和配合比设计 4 沥青材料简介石油沥青煤焦油沥青改性石油沥青沥青防水材料 第一节沥青材料 5 一 沥青材料简介 定义沥青是一种有机胶凝材料 它是复杂的高分子碳氢化合物及非金属 氧 硫 氮等 衍生物的混合物 在常温下呈固体 半固体或液体状态 特点颜色由黑褐色至黑色 能溶于多种有机溶液中 具有结构致密 粘结力良好 不导电 不吸水 耐酸 耐碱 耐腐蚀等性能 6 一 沥青材料简介 分类 沥青 天然沥青 煤沥青 石油沥青 地沥青 焦油沥青 木沥青 泥炭沥青 页岩沥青 7 应用主要作为防水 防潮 防腐蚀材料 用于屋面或地下防水工程 防腐蚀工程 铺筑道路以及贮水池 浴池及桥梁等防水防潮层 一 沥青材料简介 8 天然沥青矿 岩沥青 石油沥青 煤沥青 一 沥青材料简介 9 二 石油沥青 1 生产石油沥青是由石油原油或石油衍生物经过常压或减压蒸馏 提炼出汽油 煤油 柴油 润滑油等轻质油分后的残渣 经加工制成的一种产品 2 按用途分类 10 二 石油沥青 3 组成与结构组成石油沥青化学成分非常复杂 可分为油分 树脂和地沥青质三大组分 各组分的特点及作用见下表 11 3 组成与结构 结构 胶体结构 12 石油沥青胶体结构类型及特点 Back 3 组成与结构 13 4 主要技术性质 粘滞性反映沥青内部阻碍其相对流动的特性 指标 针入度P 25 50g 5s 单位 1 10mm影响因素 温度 组分 塑性沥青在外力作用下产生变形的性质 指标 延度 cm 影响因素 温度 沥青膜层的厚度温度稳定性沥青粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能 指标 软化点 影响因素 地沥青质的含量 含蜡量 14 防水性石油沥青具有良好的防水性 广泛应用于土木工程的防潮 防水材料 大气稳定性石油沥青长期在热 氧气和潮湿等综合因素的作用下抵抗老化的性能 指标 蒸发损失和蒸发后的针入度比来评定 影响因素 环境条件 油分和树脂的含量 4 主要技术性质 15 5 各指标试验方法 针入度试验播放试验录像 针入度测定仪 16 表示液体石油沥青的相对粘度 标准粘度试验 标准粘度试验仪试验条件及方法 50cm 的沥青在规定温度 20 25 30 60 流过规定直径 3 5 10mm 的所需时间 s 标准粘度仪器 Back 5 各指标试验方法 17 5 各指标试验方法 延度试验在25 温度 把沥青试样制成 字型标准试模 中间最小截面积为1cm 以5cm min的速度 进行拉伸试验 拉断时的长度即为延度 单位为cm 试验演示播放录像 延度试验Flash 18 软化点试验示意图 软化点试验 环与球法将沥青试样装入规定尺寸 D 16mm h 6mm 的铜环内 试样上放置一标准钢球 5mm 重3 5g 侵入水或甘油中 以规定的速度 5 min 加热 使沥青下垂 当下垂到规定距离时的温度 即为软化点 Back 5 各指标试验方法 播放试验录像 19 蒸发损失试验道路沥青标准 取50g沥青 置于盛样器中 在163 烘箱中烘5h 测试蒸发前后的针入度值 蒸发针入度比试验道路沥青标准 制备50ml沥青3 2mm厚 在163 烘箱烘5h 测试蒸发前后的针入度比 5 各指标试验方法 20 6 各指标与性质间的关系 稠度越大 针入度越小 粘度越大 蒸发针入度比越大 稳定性越好 蒸发损失越低 软化点越高 温度稳定性越好 21 7 石油沥青的技术标准及应用 石油沥青按其针入度 延度和软化点划分牌号 牌号越高 针入度越大 延度越大 软化点越低 22 8 石油沥青的选用原则 选用依据工程类别 房屋 道路 防腐 当地气候条件所处工作部位 屋面 地下 应用道路石油沥青主要用于道路路面或车间地面等工程 选用时应注意工程的要求 施工方法环境温度 也可用作密封材料 粘结剂及沥青涂料 一般选用粘性较大和软化点较高的 23 为避免夏季流淌 屋面用沥青材料的软化点应比当地气温下屋面可能达到的最高温度高20 以上 在冬季低温沥青易发生硬脆甚至开裂 对一些不易受温度影响的部位 可选用牌号较大的沥青 普通石油沥青含蜡较多 因而温度敏感性大 故在工程中不宜单独使用 只能与其他种类石油沥青掺配使用 8 石油沥青的选用原则 24 9 石油沥青的掺配与稀释 当不能获得合适牌号的沥青时 可采用同产源的两种牌号沥青掺配使用 掺配比例用下式估算 式中 1 较软石油沥青用量 2 较硬石油沥青用量 掺配后的石油沥青软化点 1 较软石油沥青软化点 2 较硬石油沥青软化点 25 1 沥青的针入度越小 沥青越软 粘度越小 课堂练习 2 沥青延度值越小 表示其塑性越好 3 大气稳定性是指沥青在热 阳光 氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能 4 高聚物沥青防水卷材与传统沥青防水卷材相比温度稳定性较好 延伸率较大 拉伸强度较高 5 选用屋面用石油沥青软化点应与本地区屋面最高温度相同 26 8 为避免夏季流淌 一般屋面用沥青材料软化点应比本地区屋面最高温度高 10 以上 15 以上 20 以上 A B C 课堂练习 27 三 焦油沥青 定义焦油沥青俗称柏油 它是在隔绝空气的情况下 干馏各种固体或液体燃料及其他有机材料所得的副产品 分类煤焦油沥青 煤沥青 煤焦油蒸馏后的残余物木焦沥青 木焦油蒸馏后的残余物性能特点与应用具有良好的防腐性能 具有特强的粘结性能 主要用于铺筑路面 制取染料 配制胶粘剂 制作涂料 嵌缝油膏和油毡等 28 一 煤沥青 定义是炼焦厂或煤气厂的副产品 烟煤在干馏过程中的挥发物质 经冷凝而成黑色粘性液体称为煤焦油 煤焦油经分馏加工提取轻油 中油 重油 蒽油以后 所得残渣即为煤沥青 特性与应用煤沥青的主要组分为油分 脂胶 游离碳等 常含有少量酸 碱物质 温度敏感性大 大气稳定性较差 塑性较差 与矿料表面的粘附力较好 防腐性好 故适用于木材的防腐处理 胶粘剂 防水涂料 油膏以及制作油毡等 29 煤沥青与石油沥青的鉴别方法 一 煤沥青 30 四 改性沥青 改性目的石油沥青不能全部满足在低温下有良好的弹塑性 高温下有良好的温度稳定性以及对变形的适应性和耐疲劳性 因此常用橡胶 树脂和矿物填料等对其改性 分类橡胶改性沥青树脂改性沥青橡胶和树脂改性沥青矿物填充料改性沥青 31 1 橡胶改性沥青 特点橡胶与沥青有较好的相容性 使沥青高温变形小 低温柔性好 分类 橡胶改性沥青 氯丁橡胶改性沥青 使沥青的气密性 低温柔性 耐化学腐蚀性得到改善 用于路面的稀浆封层和做密封材料和涂料 丁基橡胶改性沥青 具有优异的耐分解性 较好的低温抗裂性和耐热性 多用于路面工程和制作密封材料和涂料 热塑性弹性体 SBS 改性沥青 具有良好的耐高温 优异的低温柔性和耐疲劳 用于防水卷材和铺筑高等级路面 目前应用量最大 再生橡胶改性沥青 提高沥青的气密性 低温柔性耐光 热臭氧性耐气候性 用于制成卷材 片材 密封材料 胶黏剂和涂料等 32 2 树脂改性沥青 特点用树脂改性石油沥青 可以改进沥青的耐寒性 耐热性 粘结性和不透气性 品种古马隆树脂改性沥青 粘性较大 聚乙烯树脂改性沥青 耐高温 耐疲劳有显著改善 低温柔性也有所改善 33 3 橡胶和树脂改性沥青 橡胶和树脂同时用于改善沥青的性质 使沥青同时具有橡胶和树脂的特性 且树脂比较便宜 二者具有较好的相容性 改性效果较好 配制时 采用的原材料品种 配比 制作工艺不同 可以得到很多性能各异的产品 主要由卷材 片材 密封材料 防水涂料等 34 4 矿物和填充料改性沥青 矿物填充料的品种滑石粉石灰石粉硅藻土石棉绒或石棉粉矿物填充料的作用机理沥青润湿矿物填充料沥青与填料之间有较强的吸附力 35 五 沥青防水材料 沥青防水卷材沥青涂料改性沥青防水材料合成高分子防水卷材 36 一 沥青防水卷材 1 纸胎油毡 传统 三毡四油 中的防水卷材 2 玻璃布胎油毡3 铝箔面油毡 37 二 沥青涂料 1 沥青玛蹄脂沥青玛蹄脂系在沥青中加入适量的粉状或纤维状填充料配制而成的一种胶结材料 它具有良好的耐热性 粘结力和柔韧性 其应用范围很广 普遍用于粘结防水卷材等 2 冷底子油由30号或10号建筑石油沥青或软化点为50 70 的焦油沥青加入溶剂 轻柴油 蒽油 煤油 汽油或苯等 但在焦油沥青冷底子油中 只能使用蒽油或苯 制成的溶液 冷底子油的流动性好 便于涂刷 它主要用于涂刷在水泥砂浆或混凝土基层 也可用于金属配件的基层处理 提高沥青类防水卷材与基层的粘结性能 38 三 改性沥青防水材料 1 SBS改性沥青防水卷材 寒冷地区使用 2 APP改性沥青防水卷材 炎热地区使用 3 PVC改性焦油沥青防水材料4 再生胶改性沥青防水卷材 39 四 合成高分子防水卷材 1 三元乙丙橡胶防水卷材2 氯化聚乙烯防水卷材3 聚氯乙烯防水卷材 40 小结 重点掌握石油沥青的组成 结构 技术性质 技术标准 了解常用品种防水卷材 建筑涂料 了解沥青的组成 结构 技术性能及其相互之间的关系 41 复习思考题 2 土木工程中选用石油沥青牌号的原则是什么 在地下防潮工程中 如何选择石油沥青的牌号 1 为什么石油沥青使用若干年后会逐渐变得脆硬 甚至开裂 学生研讨参考题目 1 新型防水材料的应用现状及存在的问题分析 42 第二节沥青混合料的组成与性质 沥青混合料概述沥青混合料的组成结构沥青混合料的强度沥青混合料的技术性质 43 一 沥青混合料概述 沥青路面的特点沥青混合料的定义沥青混合料的分类 44 一 沥青混合料概述 地方道路 高速公路 城市道路 沥青路面越来越多地被应用于不同等级的公路 其原因何在 45 一 沥青路面的特点 沥青混合料是一种粘弹性材料 具有良好的力学性能 铺筑的路面平整无缝 振动小 噪音低 行车舒适 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 施工方便 施工时不需要养护 能及时开放交通 维修简单 旧沥青混合料可再生利用 沥青路面容易老化温度稳定性差 优点 但是 缺点 46 沥青路面老化现象 何为老化 在长期的大气因素作用下 沥青塑性降低 脆性增强 粘聚力减小 导致路面表面产生松散 引起路面破坏 一 沥青路面的特点 47 温度稳定性差的表现 车辙 泛油 波浪 夏季高温沥青易软化 路面易产生车辙 波浪 冬季低温时易脆裂 在车辆重复作用下易产生开裂 48 二 沥青混合料的定义 沥青混合料是由沥青结合料 矿质混合料 包括粗 细集料 和矿粉按一定比例经拌制而成的混合料的总称 其中矿质混合料 简称矿料 起骨架作用 沥青与填料起胶结和填充作用 沥青混合料经摊铺 碾压密实成型后成为沥青路面 沥青混合料是现代道路路面结构的主要材料之一 49 沥青混合料 材料级配组成及空隙率大小分 材料组成及结构分 生产工艺分 公称最大粒径分 1 连续密级配沥青混合料2 连续半开级配沥青混合料3 开级配沥青混合料 1 热拌沥青混合料2 冷拌沥青混合料3 再生沥青混合料 目前公路与城市道路路面多采用复合类的沥青混合料 如AC 16既属于热拌沥青混合料 又属于密级配的 中粒式沥青混合料 三 沥青混合料分类 1 特粗式沥青混合料2 粗粒式沥青混合料3 中粒式沥青混合料4 细粒式沥青混合料5 砂粒式沥青混合料 1 连续级配沥青混合料2 间断级配沥青混合料 50 连续密级配沥青混凝土混合料 采用按连续密级配原理设计组成的矿料与沥青结合料拌合而成 如设计空隙率3 6 的密实式沥青混合料 以DAC表示 设计空隙率3 6 的密级配沥青稳定碎石混合料 以TAB表示 我国传统的AC 型沥青混合料也属于此类型 连续半开级配沥青混凝土混合料由适当比例的粗集料 细集料及少量的填料 或不加填料 与沥青结合料拌合而成 压实后剩余空隙率在10 左右的半开式沥青混合料 也称沥青碎石混合料 以AM表示 三 沥青混合料分类 51 开级配沥青混凝土混合料 矿料级配主要由粗集料组成 细集料及填料很少 经高粘度沥青结合料粘结形成的混合料 典型的有 排水式沥青磨耗层混合料 以OGFC表示 排水式沥青稳定碎石基层 以ATPB表示 间断级配沥青混凝土混合料矿料级配组成中缺少一个或几个档次而形成的间断级配的沥青混合料 典型类型如沥青玛蹄脂碎石混合料SMA 三 沥青混合料分类 52 热拌热铺沥青混合料采用粘稠沥青作为结合料 需要将沥青与矿料在热态下拌合 热态下铺筑施工的沥青混合料 常温沥青混合料采用乳化沥青或液态沥青与矿料在常温下拌合 铺筑的沥青混合料 三 沥青混合料分类 53 热拌沥青混合料分类 54 集料最大粒径指通过百分率为100 的最小标准筛筛孔尺寸 公集料称最大粒径指全部通过或允许少量不通过 一般容许筛余量不超过10 的最小一级标准筛筛孔尺寸 通常比最大粒径小一个粒级 例如 某种粒径在26 5mm筛孔的通过率为100 在19mm筛孔上的小于10 则此集料的最大粒径为26 5mm 最大公称粒径为19mm 最大粒径的概念 55 二 沥青混合料的组成结构 沥青混合料组成结构的分类沥青混合料组成结构的特点 石家庄铁道大学 56 二 沥青混合料组成结构 一 分类悬浮 密实结构是指矿质集料由大到小组成连续型密级配 图a 的混合料结构 典型的AC型 骨架 空隙结构是指矿质集料属于连续型开级配 图b 的混合料结构 典型的AM型和OGFC型 骨架 密实结构是指矿质集料具有较多数量的粗集料形成空间骨架 同时又有足够的细集料填满骨架空隙的间断型密级配 图c 混合料结构 典型的SMA型 57 沥青混合料典型组成结构图 a 悬浮 密实结构 b 骨架 空隙结构 c 骨架 密实结构 58 二 组成结构的特点 悬浮 密实结构 密实度较大 水稳定性 低温抗裂性和耐久性较好 使用较为广泛 结构强度受沥青性质和状态影响较大 高温条件下使用强度和稳定性下降 骨架 空隙结构 结构强度受沥青性质和状态影响较小 高温稳定性较好 但混合料剩余空隙率较大 渗透性较大 耐久性较差 骨架 密实结构 具有上述两种结构的优点 是一种较为理想的结构类型 沥青玛蹄脂碎石SMA是一种典型的骨架密实结构 59 三 沥青混合料的强度 沥青混合料的强度理论 主要是要求沥青混合料在高温时 必须具备抗剪强度和抵抗变形的能力 沥青路面结构破坏的原因 1 高温时抗剪强度降低塑性变形增大而产生推挤波浪 拥拥包等现象 2 低温时 塑性能力变差 使沥青路面易产生裂缝现象 通过三轴剪切强度研究得出结论 沥青混合料的抗剪强度 主要取决于沥青与矿质集料物理 化学交互作用而产生的粘聚力 c 以及矿质集料在沥青混合料中分散程度不同而产生的内摩擦角 c tan 一 沥青混合料的强度理论 60 二 影响沥青混合料抗剪强度的因素 沥青混合料抗剪强度的影响因素主要是材料的组成 材料的技术性质 以及外界因素 1 沥青粘度的影响沥青混合料的粘聚力c是随着沥青粘度的提高而增加 内摩阻角随着沥青粘度的提高稍有提高 沥青粘度大 内部胶团相互位移时 介质抵抗剪切作用力大 使沥青混合料的粘滞阻力增大 因而具有较高抗剪强度 三 沥青混合料的强度 61 2 沥青与矿料在界面上的交互作用的影响 沥青与矿料的交互作用形成一层吸附溶化膜 即 结构沥青 结构沥青膜层较薄 粘度较高 与矿料之间有着较强的粘结力 沥青与矿料的交互作用示意图 三 沥青混合料的强度 62 3 沥青与矿粉用量比例的影响 沥青用量过少 不足以形成薄膜粘结矿料颗粒表面 粘结力不够 沥青用量过多 逐渐将矿料颗粒推开 沥青胶结物的粘结力随着自由沥青的增加而降低 粘结力反而下降 适量的沥青用量 沥青胶结物具有最优的粘结力 在沥青用量固定的情况下 矿粉的用量多少也直接影响沥青混合料的密实程度及粘结力 矿粉用量不能过多 否则使沥青混合料结团成块 不易施工 沥青膜层厚度对沥青粘结力的影响a 结构沥青粘结b 自由沥青粘结1 矿料 2 结构沥青 3 自由沥青 63 4 矿料级配类型及表面性质的影响 沥青混合料的抗剪强度与矿质集料在沥青混合料中的分布情况有密切关系 矿料级配类型是影响沥青混合料抗剪强度的主要因素之一 在沥青混合料中 矿质集料的粗度 形状对沥青混合料的抗剪强度也有明显的影响 通常集料颗粒具有棱角 表面有明显的粗糙度 铺筑路面具有很大的内摩阻角 提高了混合料的抗剪强度 矿质集料愈粗 配制成的沥青混合料的内摩阻角就愈大 64 5 温度及形变速率的影响 随温度升高 沥青的粘聚力c值减小 而变形能力增强 温度降低 可使混合料粘聚力提高 强度增加 变形能力降低 温度过低会使沥青混合料路面开裂 沥青混合料的抗剪强度与形变速率也有关 粘聚力c值随形变速率的增加而显著提高 内摩阻角随形变速率的变化很小 65 四 沥青混合料的技术性质 沥青路面使用性能的气候分区技术性质与技术标准沥青混合料的技术性质 66 四 沥青混合料的技术性质 一 沥青路面使用性能的气候分区沥青混合料的技术性质与使用环境 气温和湿度 关系密切 在选择沥青材料的等级 进行沥青混合料配合比设计 检验沥青混合料的使用性能时 应考虑沥青路面工程的环境因素 尤其是气温和湿度条件 67 沥青路面使用性能气候分区表 68 3 耐久性 马歇尔试验 静稳定度 0 1mm 车辙试验 动稳定度 次 mm 1 高温稳定性 2 低温抗裂性 低温弯曲试验 水稳性 耐老化性 耐疲劳性 浸水马歇尔试验 残留稳定度 冻融劈裂试验 残留强度比 4 抗滑性 5 施工和易性 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 马歇尔试验指标要求 参考规范 二 技术性质与技术标准 69 三 沥青混合料的技术性质 1 高温稳定性沥青混合料的高温稳定性是指混合料在高温 60 的条件下 经车辆荷载长期重复作用后 不产生车辙和波浪等病害的性能 我国现行标准 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 规定 采用马歇尔稳定度试验来评价沥青混合料高温稳定性 对于高速公路 一级公路 城市快速路 主干路用沥青混合料 还应通过车辙试验检验其抗车辙能力 70 1 马歇尔稳定度试验 GB T11823 美国密西西比州公路局布鲁斯 马歇尔提出 用于测定沥青混合料试件的破坏荷载和抗变形能力 试验方法 圆柱形试件 高度 63 5mm 直径 101 6mm 在规定温度和加荷速度下 对试件施加压力 记录试件所受压力和变形曲线 主要力学指标 马歇尔稳定度 试件受压破坏时的最大荷载 以kN记 流值 达到破坏荷载时的垂直变形 以0 1mm记 本试验方法具有一定的局限性 不能确切反映沥青混合料永久变形产生的机理 还需进行车辙试验 71 2 车辙试验 英国运输与道路研究生开发的 是一种模拟车辆轮胎在路面上滚动形成车辙的工程试验方法 试验方法 板状试件 在规定的温度下 试验轮以42 1次 min的频率 沿着试件表明同一轨迹上反复行走 测试试件表明在试验轮反复作用下所形成车辙深度 以产生1mm车辙变形所需要的行走次数表示 动稳定度 式中 DS 沥青混合料的动稳定度 t1 t2 试验时间 d1 d2 与试验时间对应的变形量c1 c2 试验机修正系数 72 3 影响沥青混合料高温稳定性的因素 影响因素 沥青的用量 沥青的粘度 矿料的级配 矿料的尺寸及形状等 提高路面的高温稳定性 采用提高沥青混合料的粘结力和内摩阻力 适当提高沥青材料的粘度 控制沥青与矿料比值 严格控制沥青用量 均能改善沥青混合料的粘结力 就可增强沥青混合料的高温稳定性 73 2 低温抗裂性 沥青混合料随着温度的降低 变形能力下降 路面由于低温而收缩以及行车荷载的作用 在薄弱部位产生裂缝 从而影响道路的正常使用 因此 要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性 评价方法和评价指标 预估沥青混合料的开裂温度 直接或间接试验 建立低温抗拉强度与温度的关系 预估出现低温收缩的温度 74 评价方法和评价指标 低温蠕变试验对规定尺寸的沥青混合料小梁试件的跨中施加集中的荷载 测定试件随时间不断增长的变形 低温弯曲试验在试验温度 10 0 5 的条件下 以50mm min速率 对小梁试件施加集中荷载至断裂破坏 记录集中荷载与温度的关系 计算混合料的破坏弯拉应变 计算公式为 试件破坏时的弯拉应力 h 跨中断面试件的高度 mm d 试件破坏时的跨中挠度 mm L 试件的跨径 mm 2 低温抗裂性 75 3 沥青混合料的耐久性 定义 是指沥青混合料在长期的荷载作用和自然因素影响下 保持正常使用状态而不出现剥落和松散等损坏的能力 内容 1 老化定义 在沥青混合料使用过程中 受到空气 水分 阳光等介质的作用 促使沥青发生物理 化学变化 逐渐老化和硬化 致使沥青混合料变脆易裂 从而导致沥青路面出现裂纹或贯通裂缝 提高抗老化的方法 选择耐老化沥青 使沥青混合料具有足够的沥青掺量 施工过程控制加热温度 保证沥青路面的的压实度 选用细粒密级配的沥青混合料等 76 2 沥青混合料的水稳定性及其评价方法 水稳定性不足表现 在水或水汽的作用下 沥青从集料表面剥离 降低沥青混合料的粘结强度 松散的集料颗粒被滚动的车轮带走 在路表形成独立的大小不等的坑槽 即水损害 当沥青混合料空隙率较大 路面排水系统不完善时 滞留与路面结构中的水长期浸泡沥青混合料 加上行车引起的动水压力对沥青产生剥离作用 将加剧沥青路面的水损害 3 沥青混合料的耐久性 77 水稳定性的评价方法 沥青与集料的粘附性试验 水煮法或静态水浸法浸水试验 浸水马歇尔试验 浸水车辙试验 浸水劈裂抗拉强度试验 浸水抗压强度试验 冻融劈裂试验 将试件分为两组 一组试件用于测量常规状态下的劈裂强度 另一组试件先进行真空饱水 然后置于 18 条件下冷冻16h 再在60水中浸泡24h 最后进行劈裂抗拉强度试验 采用下面公式计算沥青混合料试件的冻融劈裂抗拉强度比 TSR 冻融劈裂抗拉强度比 常规状态下的劈裂强度 冻融一次后的劈裂抗拉强度 78 4 抗滑性 用于高等级公路沥青路面的沥青混合料 其表面应具有一定的抗滑性 才能保证汽车高速行驶的安全性 沥青混合料路面的抗滑性与矿质集料的表面构造深度 颗粒形状与尺寸 抗磨光性等有密切的关系 矿料的表面构造深度取决于其矿物组成 化学成分及风化程度 颗粒形状与尺寸受到矿物组成和加工方法的影响 抗磨性则受到上述所有因素及矿物硬度的影响 因此用于沥青混合料的粗集料应选用表面粗糙 耐磨 坚硬 抗冲击性好 磨光值大的碎石或碎砾石集料 79 抗滑性检验方法 构造深度试验 微观构造 矿料自身的表面构造 用集料的磨光值表示 宏观构造 由矿料级配确定的表面构造深度 由压实后路表构造深度试验评价 灌砂法 将0 15 0 3mm的干砂25mL倒在试件表面 用粘有橡胶片的推平板由里向外做重复摊铺 使砂填入凸凹不平的试件表面空隙中 不得在表面上留有余砂 用钢尺量测砂所构成的两个垂直方向的直径 取其平均值 由下式计算沥青混合料的构造深度 V 砂的体积 25mL D 摊平砂的平均直径 mm 增加沥青混合料中的粗集料含量以及选用开级配 半开级配的矿料 选用含蜡量低的沥青都能提高沥青路面的构造深度 80 5 施工和易性 定义 沥青混合料的施工和易性 是指沥青混合料在施工过程中是否容易拌和 摊铺和压实的性能 主要决定于混合料组成材料的技术性质 用量比例以及施工条件等 影响因素 1 组成材料的影响粗细集料的颗粒大小相距过大 缺乏中间尺寸 混合料容易产生疏松 不易压实 沥青用量过多或矿粉质量不好 则容易使混合料粘结成块 不易摊铺 2 施工条件的影响施工应在一定的温度下进行 但不能过高 否则会引起老化以及严重影响路用性能 需要一定的拌合时间 拌合设备 摊铺机械 压实设备对施工和易性有一定的影响 81 本节小结 沥青混合料是由沥青和矿质混合料组成的复合材料 经拌合 摊铺以及碾压等施工工艺后形成沥青路面 广泛应用于高速公路 城市快速路 主干路和其它各类道路的面层结构 沥青混合料按其矿料级配组成特点 可形成 密实 悬浮结构 骨架 空隙结构 和 密实 骨架结构 沥青混合料强度由粘结力c和内摩擦角 构成 影响沥青混合料强度的内因主要有 沥青的性质 矿料形状和表面特征 矿料级配 矿料比例和沥青用量等 外界因素为温度和作用时间 沥青混合料应具备一定的高温稳定性 低温抗裂性 水稳定性 抗老化等技术性质 以适应车辆荷载和环境因素的综合作用 82 作业与复习思考题 1 沥青混合料按其组成结构分为哪几种类型 各种类型沥青混合料的路用性能如何 2 符号AC 16 AM 20 MA 16 OGFC 16分别表示哪种类型的沥青混合料 3 简述沥青混合料应具备的路用性能及其主要影响因素 沥青混合料配合比设计 84 沥青混合料组成材料的技术要求沥青混合料配合比设计目标配合比设计生产配合比设计生产配合比验证 本讲主要内容 85 一 组成材料的要求 沥青材料粗集料细集料填料 86 沥青材料 沥青混合料组成材料 粗集料 细集料 填料 基质沥青改性沥青 各种粒径的碎石 方孔筛 天然砂机制砂石屑 矿粉 一 组成材料的要求 87 原材料的技术要求 P204 P207 表观相对密度坚固性含泥量砂当量亚申蓝值棱角性 一 组成材料的要求 88 1 沥青材料 沥青是沥青混合料的重要组成材料 对高速公路 一级公路 重载交通 山区及丘陵区上坡路段 服务区 停车场等 汽车荷载剪应力大的层次 宜采用稠度大 60 粘度大的沥青 对冬季寒冷的地区或交通量小的公路选用稠度小 低温延度大的沥青 对温度日温差 年温差大的地区选用针入度指数大的沥青 89 2 粗集料 1 沥青混合料的粗集料要求洁净 干燥 无风化 无杂质 具有足够的强度和耐磨性 形状要接近正立方体 针片状颗粒的含量应符合表5 5的要求 集料要求表面粗糙 有一定的棱角 沥青混合料的粗集料的规格应符合表5 6的要求 2 岩石应尽量选用碱性岩石 碱性岩石与沥青具有较强的粘附力 组成沥青混合料可得到较高的力学强度 对高速公路 一级公路沥青路面的表面层的粗集料的磨光值应满足表5 7的规定 90 3 细集料 细集料一般采用天然砂 机制砂和石屑 细集料与粗集料和填料配制成矿质混合料 其级配应符合要求 在热拌密级配沥青混合料中的天然砂 通常采用河砂或海砂中的粗砂和中砂 用量不宜超过集料总量的20 我国现行标准 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 对细集料 天然砂 的规格见表5 8 石屑的规格应符合表5 9的要求 91 4 填料 沥青混合料的填料多为矿粉 矿粉应干燥 洁净 其质量应符合表5 10的要求 若使用粉煤灰作为填料时 用量不得超过填料总量的50 烧失量应小于12 与矿粉混合后塑性指数小于4 但高速公路 一级公路沥青面层不宜采用粉煤灰作为填料 92 二 沥青混合料配合比设计 目标配合比设计生产配合比设计生产配合比验证 矿料的组成设计 最佳沥青用量确定 93 目标配合比设计阶段 生产配合比设计阶段 生产配合比验证阶段 矿料的组成设计 最佳沥青用量确定 图解法或试算法 集料筛分 水洗法 马歇尔试验 确定工程级配范围 预估计算沥青用量 沥青与集料相对密度测定 配合比设计的三阶段 94 矿料通过皮带输入拌和楼干燥筒加热 振动筛二次筛分热料 提升到拌和楼 热料仓 根据目标配合比的OAC OAC 0 3 三组沥青用量 根据热料比例 目标配合比 图解法确定冷料比例 确定目标配合比最佳沥青用量OAC 取样冷料筛分 根据冷料比例成型5组马歇尔试件 通过调整控制室皮带 转速达到设计比例 青用量确定提供标准 为生产配合比最佳沥 热料比例与最佳沥青用量输入控制室计算机生产沥青混合料 热料筛分 取分级 成型3组马歇尔试件 目标配合比与生产配合比设计关系 95 一 目标配合比设计 矿料的组成设计最佳沥青用量确定 96 确定工程级配范围 合成级配 根据设计类型查施工技术规范 确定C或F型类型及级配范围 并计算级级配中值 AC 16F沥青混凝土合成级配要求 1 矿料组成设计 97 1 此处取样的集料为冷料 可以从料场直接取样 3 料场取样尽量要有代表性 均匀性 4 其他指标也需检测 只是配合比设计时不使用 2 矿粉直接从包装袋中取样 取样各种集料筛分 水洗法 98 1 试验时取样方法采用四分法 四分法取样 立面图 平面图 筛分试验 4 采用通过百分率进行下一步计算 2 水泥混凝土用集料可采用干筛法试验 3 沥青混合料及基层用集料用水洗法试验 取样各种集料筛分 水洗法 99 用图解法或试验算法确定各种矿料的组成比例 1 绘制矩形图框 2 连接对角线 表示设计级配中值 即平均值 3 采用数学坐标绘制纵坐标 表示集料通过百分率 4 用以下方法绘制横坐标 表示筛孔尺寸 mm 1 先计算每个筛孔的设计级配中值 通过率 2 在纵坐标上根据每个筛孔的设计级配中值 平行作直线与对角线相交 3 根据交点作垂线 与横坐标的交点即为每个筛孔的位置 5 在矩形图上绘制出各集料的通过百分率的筛分曲线 6 按照各集料曲线重叠 相接 相离三种情况确定各集料的用量比例 7 根据确定的集料比例计算矿料的合成级配 判断其是否在工程级配范围内 否则需进行比例调整 重新计算直到满足标准为止 100 用图解法确定各种矿料的组成比例 101 用试验算法确定各种矿料的组成比例 102 AC 16F矿料合成级配曲线示例 纵坐标为数学坐标横坐标为泰勒曲线的横坐标 103 2 最佳沥青用量的确定 测定沥青与集料的相对密度 1 测定沥青的相对密度 b 非经注明 测定沥青密度的标准水温为15 沥青与水的相对密度是指25 相同温度下的密度之比 可以测定15 密度 换算得相对密度 25 25 二者换算关系为 沥青与水的相对密度 25 25 沥青的密度 15 0 996 公路工程集料试验规程 JTGE42 2005 2 测定集料毛体积相对密度 与表观相对密度 网篮法 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ052 2000 测定标准 测定标准 104 预估计算沥青用量 1 计算矿料的合成毛体积密度 sb 2 计算矿料的合成表观相对密度 sa P1 P2 Pn 各种矿料的比例 其和为100 1 2 n 各种矿料相应的毛体积相对密度 1 2 n 各种矿料相应的表观相对密度 105 预估计算沥青用量 3 预估沥青混合料适宜的油石比 Pa 或含油量 Pb 106 马歇尔试验 1 按照确定的矿料比例配料 根据预估的油石比为中值 以0 5 的间隔成型5组马歇尔试件 1 按确定的矿料比例 计算本次成型试件所需矿料的数量 3 试模 套筒及击实座等应置于100 烘箱中加热1h 4 拌合时先加入粗细集料到拌合机 再加入热沥青 沥青采用减量法称量 拌和1 1 5min 再加入加热后的矿粉 继续拌和 标准拌合时间共3min 5 成型马歇尔试件时试模上下要垫滤纸 试件周边插捣15次 中间插捣10次 应先成型1个试件进行高度校核 校核公式如下 6 根据调整后的混合料质量进行称量 成型所有试件 2 烘料时 粗细可混合加热 矿粉单独加热 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ052 2000 测定标准 107 2 冷却 脱模 1 冷却方法有三种 试件横置室温冷却 12h以上 电风扇吹 1h以上 浸水冷却 3min以上 最好 但时间太长 较好 但冷却效果不好 时间一般需延长 工程上常采用室温下用电风扇吹12h以上冷却 2 脱模 3