土木工程材料精6.2 沥青混合料ppt课件

.,第6章沥青混合料,.,第6章沥青混合料,6.1概述6.2热拌沥青混合料6.2.1热拌沥青混合料的组成结构和强度形成理论6.2.2热拌沥青混合料的组成材料6.2.3热拌沥青混合料的技术性质和技术标准6.2.4热拌沥青混合料组成设计方法6.3其他沥青混合料,.,第6章沥青及沥青混合料,6.2沥青混合料概述刚性路面：水泥混凝土路面道路路面柔性路面：沥青路面(沥青混合料),.,6.2.1基本概念（1）沥青混合料(英:Bituminousmixtures美:Asphaltmixtures)矿质混合料+粘结材料沥青混合料(粗集料+细集料+填料）（沥青）（2）类型沥青混合料包括：沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料通常定义：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,（适当比例拌和）,6.2沥青混合料,.,（3）沥青混凝土混合料（Asphaltconcretemixture)由适当比例的粗集料、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，采用圆孔筛时用LH表示。（4）沥青碎石混合料（Asphaltmacadanmixture）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，采用圆孔筛时用LS表示。,6.2沥青混合料,.,6.2.2分类（1）按结合料分类：石油沥青混合料、煤沥青混合料（2）按沥青混合料施工工艺分类：热拌沥青混合料、冷拌(常温)沥青混合料、再生沥青混合料热拌热铺沥青混合料用粘稠沥青作结合料，在热态下拌和及摊铺施工。常温沥青混合料采用乳化沥青或液体石油沥青在常温状态下拌和、铺筑的混合料。（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间断级配沥青混合料矿料级配中缺少1个或几个档次而形成的级配间断的沥青混合料，如沥青玛蹄脂碎石混合料SMA。,6.2沥青混合料,.,6.2.2分类（4）按沥青混合料密实度（空隙率）分类：密级配沥青混合料：按密实原则设计，常采用连续型密级配沥青混合料，剩余空隙率小于10%（通常6%）。密实型沥青混凝土混合料AC；密级配沥青稳定碎石混合料ATB；开级配沥青混合料：连续型级配混合料，主要以粗集料嵌挤组成，细集料和填料较少，通常设计空隙率为18%。如排水式沥青磨耗层混合料OGFC；排水式沥青稳定碎石基层ATPB。半开级配沥青混合料：介于密级配和开级配之间，由适当比例的粗集料、细集料及少量填料（或不加填料）与沥青拌制而成，剩余空隙率为6%12%。即沥青碎石混合料AM，采用圆孔筛时用LS表示。,6.2沥青混合料,.,100,0,50,0.075,0.3,1.18,4.75,19,间断级配,开级配,密级配,三种类型矿料级配曲线,半开级配,6.2沥青混合料,.,.,（5）按公称最大粒径分类特粗式：公称集料最大粒径等于或大于31.5mm。粗粒式：公称集料最大粒径为26.5mm中粒式：公称集料最大粒径为16mm或19mm细粒式：公称集料最大粒径为9.5mm或13.2mm砂粒式（沥青石屑或沥青砂）：公称集料最大粒径小于4.75mm1、集料的最大粒径（maximumsizeofaggregate）：指集料100%都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸，以mm计。2、集料的公称最大粒径（nominalmaximumsizeofaggregate）：指集料能全部通过或有少量不通过（一般容许筛余不超过10%）的最小标准筛筛孔尺寸。通常比集料最大粒径小一个粒级，以mm计。,6.2沥青混合料,.,热拌沥青混合料种类,.,6.2.3沥青混合料的组成材料,（1）沥青标号选用要求（2）道路石油沥青的质量标准（3）道路石油沥青的检测项目,2.粗集料,（1）选择要求（2）技术标准（3）检测项目,1.道路石油沥青,密度针入度延度软化点老化试验,三大指标,压碎值磨耗率级配密度（表观密度、毛体积密度）,3.细集料,（1）选择要求（2）技术标准（3）检测项目,级配密度（表观密度、毛体积密度）含泥量/砂当量,4.矿粉,（1）选择要求（2）技术标准（3）检测项目,级配密度亲水系数,.,1.道路石油沥青（1）道路石油沥青的质量：应满足表6-7的要求（2）沥青标号选用要求：沥青路面的沥青材料可根据交通量、气候条件、施工方法、沥青面层类型、材料来源等情况选用。寒冷地区宜选用稠度较小，延度较大的沥青，以免冬季裂缝；较热地区选用稠度较大，软化点高的沥青，以免夏季泛油、发软。一般路面的上层宜用较稠的沥青，下层和联结层宜用较稀的沥青。改性沥青应经过试验论证取得经验后使用。,6.2.3沥青混合料的组成材料,.,2.粗集料（1）选用要求：粗集料是经加工（轧碎、筛分）而成的粒径大于2.36mm的碎石、破碎砾石（由砾石经碎石机破碎加工而成的具有一个以上破碎面的石料）、筛选砾石、矿渣等集料。但高速、一级公路不得使用筛选砾石和矿渣。粗集料应清洁、干燥、无风化、无杂质，具有足够的强度、碱性和耐磨性。粗集料的颗粒应成立方形，表面粗糙,且富有棱角。（2）质量要求1）级配：粗集料的级配应满足表6.1的规定。2）综合性质：物理、力学、化学性质应符合表6.2、表6.3的要求。3）破碎砾石：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6.4的要求。,6.2.3沥青混合料的组成材料,.,表6.1沥青混合料用粗集料规格,.,表6.2沥青混合料用粗集料技术要求,.,表6.3粗集料与沥青的粘附性、磨光值的技术要求,6.2.3沥青混合料的组成材料,.,表6.4粗集料对破碎面的要求,6.2.3沥青混合料的组成材料,.,3.细集料用于配制沥青混合料的细集料的粒径比水泥混凝土的细集料更细，要求粒径小于2.36mm。（1）选用要求：天然砂、机制砂、石屑。（2）物理、化学性质要求：质量应符合表6.5的规定。（3）级配：通常宜采用粗、中砂,规格应符合表6.6、表6.7的规定。,6.2.3沥青混合料的组成材料,.,表6.5沥青混合料用细集料质量要求,6.2.3沥青混合料的组成材料,.,6.6沥青混合料用天然砂规格,.,表6.7沥青混合料用机制砂或石屑规格,6.2.3沥青混合料的组成材料,.,4.填料填料是指在沥青混合料中起填充作用的粒径小0.075mm的矿物质粉末。（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。也可以利用工业粉末、废料、粉煤灰等代替，但用量不宜超过矿料总量的。其中粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50，粉煤灰的烧失量应小于12，塑性指数应小于。（2）质量要求：不含泥土杂质和石块，应符合表6.8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%。,6.2.3沥青混合料的组成材料,.,表6.8沥青混合料用矿粉质量要求,6.2.3沥青混合料的组成材料,.,6.2.4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，细料多，粗料少，粘聚力C较高，内摩擦角较小。（2）骨架-空隙结构：连续型开级配，细料少，粗料多，粘聚力C较低，内摩擦角较大。（3）密实-骨架结构：间断型密级配，粗料、细料较多，粘聚力C较高，内摩擦角较大。,6.2沥青混合料,材料从大到小连续存在，由于粗集料的数量较少而细集料的数量较多，粗集料被细集料挤开，而以悬浮状态存在于细集料之间。这种结构的沥青混合料密实度及强度较高，而稳定性较差。一般的沥青混凝土路面都采用这种连续密实级配型的结构。结构强度受沥青的性质及其状态的影响较大，高温条件下，沥青粘度降低，强度稳定性会下降。,采用连续开级配矿料与沥青组成混合料，较粗矿料与沥青彼此接触，形成互相嵌挤的骨架，细料较少，不足以充分填充空隙，压实后混合料空隙较大，形成骨架孔隙结构。如沥青碎石混合料（AM）和开级配磨耗层沥青混合料（OGFC）是典型的骨架孔隙结构。该型混合料中，粗集料之间的嵌挤力对沥青混合料的强度和稳定性起重要作用，结构强度受沥青性质和物理状态的影响较小，高温性能好。空隙率大，渗透性较大，气体和水分易进入混合料内部，引发沥青老化或将沥青从集料表面剥落，因此其耐久性有问题。,采用间断型密级配矿料时，沥青混合料中既有足够的粗集料形成骨架，又根据粗集料骨架孔隙大小加入足够的细集料和沥青胶浆，使之填满骨架空隙，形成较高密实度的骨架结构。具有上述两种结构的优点，是一种较为理想的结构类型。如沥青玛蹄脂碎石（SMA）结构。,粗集料分布在沥青与细料形成的沥青砂中，细集料又分布在沥青与矿粉构成的沥青胶浆中，形成具有一定内摩阻力和粘结力的多级网络结构。,.,图6.1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,6.2沥青混合料,.,表6.2.1沥青混合料的类型和特点,注：VV试件空隙率内摩阻角C-粘聚力,.,6.2.5沥青混合料的强度形成原理,（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引起的破坏或粘结力不足引起塑性变形过大等现象。低温出现裂缝由于低温时抗拉强度不足或变形能力较差而产生裂缝现象,6.2沥青混合料,.,（2）强度理论（高温）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。,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。,6.2沥青混合料,.,摩尔库仑包络线：,=c+tan,c,6.2沥青混合料,.,沥青混合料的抗剪强度的内因决定于沥青混合料的内摩擦角和粘聚力，其值越大，抗剪强度越大。其外因决定于温度等因素。,(2)影响沥青混合料内摩擦角的因素,A.矿质骨料对内摩擦角的影响,B.沥青含量对内摩擦角的影响,(1)影响沥青混合料粘聚力的因素,A.沥青材料的粘结性对粘聚力的影响,B.矿料颗粒间的联结形式对粘聚力的影响,沥青混合料强度的影响因素,.,沥青混合料的粘聚力随沥青粘度的增加而增加。沥青的粘度越大,粘结力越大，并可以保持矿质集料的相对嵌锁作用，强度也越大，抗变形能力越强；高温条件下，沥青的粘度降低，沥青混合料的粘结力也会降低。沥青包裹矿料后，对于矿料表面吸附的沥青因较强的化学吸附作用，形成吸附溶化膜，即结构沥青，粘度较高。结构沥青外为自由沥青，保持沥青初始粘结力。矿料间由结构沥青膜联结，粘聚力大；矿料间由自由沥青所联结，则粘聚力小。,(1)影响沥青混合料粘聚力的因素,A.沥青材料的粘结性对粘聚力的影响,B.矿料颗粒间的联结形式对粘聚力的影响,.,a)沥青用量不足：不足以形成结构沥青，小，较大。b)沥青用量适中：逐渐形成结构沥青，增大，减小；当形成结构沥青膜，具有max(对应最佳沥青用量OAC)。c)沥青用量过量：开始形成自由沥青，下降，减小。,沥青用量对结构沥青的影响,max,OAC,6.2沥青混合料,.,矿料比面和化学性质对结构沥青的影响沥青混合料粘结力既取决于结构沥青的比例，也取决于矿料颗粒间的距离；当矿料颗粒之间距离较近，并由结构沥青相互连接时，沥青混合料具有较高的粘结力；反之则粘结力较低。在相同沥青用量条件下，矿料比表面积越大，所形成的沥青膜越薄，结构沥青所占的比例就越大，整体强度就越高。矿料的化学性质对粘结力的影响：碱性石料与沥青酸酐产生化学吸附形成的吸附溶剂化膜发育完善C大混合料强度高；酸性石料（如石英石）与沥青形成的吸附溶剂化膜发育不完善C小混合料强度低。,矿料,矿料化学性质不同,碱性SiO252%,中性SiO2=52%-65%,酸性SiO265%,.,6.2沥青混合料,(2)影响沥青混合料内摩擦角的因素,A.矿质骨料对内摩擦角的影响,B.沥青含量对内摩擦角的影响,级配：连续级配内摩阻角小间断级配粘内摩阻角大粒径:粒径D内摩阻角粒形及粗糙度:近似正方形且粗糙有棱角C及大大连续开级配的矿质混合料，粗集料的含量多，形成基本骨架，内摩阻角较大。沥青用量少：不足以形成结构沥青（矿料表面形成的沥青膜薄），小，较大。,.,悬浮密实结构强度主要依靠沥青的粘聚力，而矿料颗粒间的内摩阻力较小；骨架孔隙结构以矿料颗粒间的内摩阻力为主，沥青粘聚力很小；以嵌挤原则设计的骨架密实结构中，既有嵌锁骨架、又有沥青胶浆填充间隙，矿料颗粒间的内摩阻力和沥青的粘聚力都很大，沥青混凝土的整体强度高、稳定性好。,6.2沥青混合料,.,400,300,200,100,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,10,20,30,40,50,60,T(C),c,=f(T),c=f(T),影响沥青混合料抗剪强度的外因温度的影响：粘聚力随温度的升高而显著降低,内摩擦角的影响较小。,6.2沥青混合料,.,荷载形变的影响：变形速率对沥青混合料内摩擦角影响较小，而粘聚力影响较为显著。,400,300,200,100,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,1,2,3,4,5,c,c=f(v),=f(v),V,6.2沥青混合料,.,请观察不同沥青用量对沥青混合料粘聚力及内摩擦角的关系示意（下图）。并讨论沥青用量对沥青混合料剪切强度的影响。,.,沥青与矿料之比是影响沥青混合料剪切强度的重要因素。当沥青用量过小时，沥青不足以形成结构沥青薄膜来粘结矿料颗粒，难以形成足够的粘聚力。随着沥青用量增加，粘聚力增加。但超过一定的值后，如本图超过5后，在矿料间形成自由沥青量增多，粘聚力随沥青用量增加而降低。另外，沥青在混合料中除起粘结剂的作用外，还起润滑剂的作用，沥青用量增加，混合料的内摩擦角下降。故需两方面综合考虑确定沥青的最佳用量。,.,某沥青混凝土路面表面处理用层铺法施工，即用沥青和矿料铺厚度不大于3cm的薄面层，施工中洒沥青不够均匀。使用一段时间后，出现不少拥包。由于洒沥青不均，致使局部沥青量过大，使沥青混合料中有较多的“自由沥青”，成为混合料中的润滑剂，推拥成油包、波浪，影响行车舒适性和安全性。而由于路面不平坦，还增加了车载的冲击力，更加剧了路面的破坏。,保证沥青混合料高强度基本条件：嵌挤密实的矿料骨架、高粘度的沥青结合料和适宜的沥青用量。,.,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,小结沥青混合料材料组成,.,原材料的技术要求（P204P207）,表观相对密度坚固性含泥量砂当量亚申蓝值棱角性,沥青混合料原材料技术要求,.,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,制造工艺分,公称最大粒径分,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,1.密级配沥青混合料2.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-16F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。,沥青混合料分类,.,表6.2.1沥青混合料的类型和特点,注：VV试件空隙率内摩阻角C-粘聚力,小结,.,强度理论,沥青混合料在路面结构中有二种破坏性式：1.库仑理论：在常温或较高温度下，粘结力不足引起变形，抗剪强度不足引起的破坏。2.在低温下，抗拉强度不足导致破坏。沥青混合料抗剪强度取决于粘聚力C和内摩擦阻角,小结,.,沥青性质对粘结力的影响：沥青粘结性（粘度）粘聚力C抗剪强度沥青与矿料相互作用矿粉对涂敷于周围的沥青分子有吸附作用靠近界面处粘度扩散溶剂化膜(10um)膜内结构沥青：粘度高C大膜外自由沥青：粘度小C小,影响和C的因素,.,图6.2.2沥青和矿粉相互作用的结构示意图,.,矿料比面及沥青用量的影响,矿料比面（单位质量矿料的表面积）影响:沥青用量一定，矿料比面结构沥青多C沥青用量的影响：当沥青和矿料一定时，沥青用量（q）=沥青/矿料（质量比）,图6.2.3沥青用量q-C及q-关系图,.,矿料化学性质的影响,矿料,矿料化学性质不同,碱性SiO252%,中性SiO2=52%-65%,酸性SiO265%,.,表6.2.2矿料化学性质的影响,原因分析：碱性石料与沥青酸酐产生化学吸附形成的吸附溶剂化膜发育完善C大混合料强度高；酸性石料与沥青形成的吸附溶剂化膜发育不完善C小混合料强度低。,.,矿料级配、粒径、表面性形状特征的影响,级配：连续级配粘聚力C及内摩阻角均小间断级配粘聚力C及内摩阻角均大粒径:粒径D内摩阻角粒形及粗糙度:近似正方形且粗糙有棱角C及大大结论:应选用粗大、均匀、粗糙集料,其他：温度C、变形速率C对影响小,.,6.2.6沥青混合料的技术性质和测试方法1、沥青混合料的技术性质（1）高温稳定性（2）低温抗裂性（3）耐久性（4）抗滑性（5）施工和易性,.,（1）高温稳定性沥青混合料路面在车轮作用下受到垂直力和水平力的综合作用，能抵抗高温而不产生车辙和波浪等破坏现象的为高温稳定性符合要求。1）定义是指沥青混合料在夏季高温（通常为60）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。2）评价方法：马歇尔试验、车辙试验等3）马歇尔试验：三项指标：马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。,波浪,车辙,泛油,.,.,马歇尔试验：稳定度和流值。马歇尔试验法是将选定级配组成的矿质混合科，加入适量的沥青，在规定条件下拌制成均匀混合料，击实成直径101.6mm，高63.5mm的圆柱形试件，按规定条件保温，然后把试件迅速卧放在弧形加荷头内，以50.5mmmin的速度加压。当试件达到破坏时的最大荷载即为稳定度（kN），此时对应的压缩变形量称为流值(0.1mm)。除测定稳定度和流值外，还要测定密度、计算空隙率和饱和度，用这五个指标共同控制混合料的技术性质。,.,稳定度（MS）：指标准试件在规定温度和加荷速度下，在马歇尔仪中最大的破坏荷载，单位：kN。流值（FL）：达到最大破坏荷载时试件的垂直变形，单位：mm。马歇尔模数（T）：计算得到，稳定度除以流值的商，单位：kN/mm。可以间接地反映沥青混合料的抗车辙能力。,.,.,4）车辙试验模拟轮胎在路面上滚动形成车辙的工程试验方法；评价指标：动稳定度动稳定度将沥青混合料制成30Omm30Omm50mm的标准试件，在60温度条件下，以一定荷载的轮子(轮压0.7MPa)，在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定的车辙深度，然后计算试件变形1mm所需试验车轮行走的次数。,.,影响高温稳定性的主要因素分析沥青粘度、沥青与石料相互作用特征、矿料性质。高温稳定性形成：颗粒嵌锁、高温粘性；集料：粗糙、多棱角、近立方体；沥青：高温粘度越大，粘附性越好；高温抗车辙能力60%由集料嵌锁力提供；沥青用量增加，车辙加深；因此：形成粗集料嵌锁骨架，合理密级配混合料有较高的稳定性；最佳沥青用量的下限值，有利于高温稳定性。,.,（2）低温抗裂性沥青混合料为弹性一粘性一塑性材料，其物理性质随温度而有很大变化。沥青混合料不仅应具备高温的稳定性，同时还要具有低温的抗裂性。沥青混合料在低温下不出现脆裂、低温缩裂、温度疲劳等现象,以保证路面在冬季低温时不产生裂缝的性质,称为低温抗裂性能。我国采用低温弯曲试验的破坏应变作为评价指标。影响因素：针入度较大、温度敏感性较低的沥青，抗裂能力较强。低温抗裂性与矿料级配类型之间无显著关系因此低温区选择高标号沥青或橡胶沥青。,沥青路面裂纹原因：重复荷载疲劳开裂低温脆化变形能力开裂低温收缩+,.,（3）耐久性沥青混合料在外界因素长期作用下不破坏的性质。（阳光、空气、水、车辆荷载）1）影响沥青混合料耐久性的主要因素沥青性质和用量、矿料性质、沥青混合料组成结构。仅从耐久性考虑，应选用细粒密级配的沥青混合料，混合料中应有足够多的沥青；控制加热拌和温度；并减少阳光对沥青材料的老化作用：选择坚硬，多棱角，与沥青的粘结性好的矿料;保证压实度，降低混合料孔隙率，以防止水分渗入。,在大气因素下，沥青的化学组成会产生转化，油分减少，沥青质增加，使沥青的塑性逐渐消失而脆性增加，路面使用品质下降，产生龟裂破坏，通常称为“老化”。高温日照时间长的地区老化快。沥青用量过少，空隙率大，沥青膜暴露较多，老化快，且水分容易侵入，加强了水对沥青的剥离。矿料坚硬，不易风化和破碎，与沥青的粘结性好，沥青混合料的耐久性好。,.,（3）耐久性路面老化的速度，在一定程度上反映了路面材料抵抗自然因素作用的能力，常用气候稳定性来表示。2）评价方法：马歇尔试验3）评价指标：采用空隙率、沥青饱和度（或矿料间隙率）和残留稳定度等指标。残留稳定度=浸水（48h）马歇尔稳定度标准马歇尔稳定度,100%,.,（4）水稳性混合料在水的作用下，产生剥离现象，称为“水损害”。水稳性影响因素水损坏一般与沥青剥落有关，主要受沥青与矿料的粘附性影响:沥青的针入度大，粘度低，与矿料的粘附性差，酸性矿料与沥青的粘附性差；沥青用量不足，沥青膜厚度薄，水稳性差；压实度越小，空隙率越大，水稳定性差；开级配混合料由于压实孔隙大，对其水稳定性不利，需要采取抗剥落措施；评价方法：粘附性试验、残留马歇尔试验、冻融劈裂试验,.,（5）抗滑性,随着公路等级的提高和车辆行驶速度的加快，对沥青混凝土路面的抗滑性提出了更高的要求。路面的抗滑能力与沥青混合料的粗糙度、级配组成、沥青用量和矿质集料的表面性质等因素有关。选用耐磨石料，对磨耗率及冲击值有一定要求。注意，硬质石料往往属于酸性石料，需加抗剥离剂。控制沥青用量：沥青用量q表面平滑抗滑性面层集料应选用质地坚硬具有棱角的碎石，通常采用玄武岩。采取适当增大集料粒径，适当减少一些沥青用量及严格控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。路面抗滑性可用路面构造深度、路面抗滑值以及摩擦因数来评定。构造深度、路面抗滑值和摩擦因数越大，说明路面的抗滑性越好。,.,（6）施工和易性能够在施工过程中，集料颗粒保持均匀分布，表面被沥青膜完整裹覆，并能被压实到规定的密度。影响混合料施工和易性的主要因素有：矿料级配、沥青用量、环境温度、搅拌工艺等。矿料的级配对其和易性影响较大。粗细集料的颗粒级配不当，混合料容易分层沉积（粗集料在面层，细集料在底部）；细集料偏少，沥青不易均匀地分布在矿料表面；细集料偏多，则拌和困难。沥青用量偏小，或矿粉用量偏多，混合料容易产生疏松，不易压实；如沥青用量过多，或矿粉质量不好，则易导致混合料粘结成团，不易摊铺。施工温度对混合料和易性影响也是较大的，必须在适当温度下进行压实。,.,观察下图路面，其沥青上泛至表面，形成路面局部泛油、光面。请分析有何危害，并分析其成因。,沥青路面的泛油和光面,.,路面泛油及光面会降低路面的抗滑能力，容易引发交通事故。沥青混合料的沥青用量过大，或仅面层沥青量较大，或矿料过细且不耐磨耗。可在高温季节撒铺适当粒径的矿料。先粗后细，少撒、勤撒，然后用重碾强行将矿料压入光面。,沥青路面的泛油和光面,.,南方某高速公路某段在铺沥青混合料时，粗集料针片状含量较高(约17)。在满足马歇尔技术指标条件下沥青用量增加约10。实际使用后，沥青路面的强度和抗渗能力相对较差。请分析原因，并提出有效的防治措施。原因分析:沥青混合料是由矿料骨架和沥青构成的，具有空间网络结构。矿料针片状含量过高，针片状矿料相互搭架形成空洞较多，虽可增加沥青用量略加弥补，但过分增加沥青用量不仅在经济上不合算，而且还影响了沥青混合料的强度及性能。防治措施:沥青混合料粗集料应符合洁净、干燥、无风化、无杂质、良好的颗粒形状，具有足够强度和耐磨性等12项技术要求。其中，矿料针片状含量需严格控制15。若针片状含量过高，应于加工场回轧。,.,2.沥青混合料的技术标准现行标准：JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范（1）密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准对热拌沥青混合料马歇尔试验的技术要求如表6.9。重载交通是指设计交通量在1000万辆以上的路段,长大坡度的路段按重载交通考虑。（2）沥青混合料高温稳定性车辙试验技术标准按规定方法车辙试验，动稳定度应符合表6.10要求。,.,表6.9密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准,.,表6.10沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求,.,（3）沥青混合料水稳定性试验技术标准表6.11,.,（4）沥青混合料低温抗裂性能检验技术标准低温弯曲试验：温度-10、加载速率5Omm/min，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6.12的要求。,.,（5）沥青混合料渗水系数检验技术标准渗水试验：渗水系数宜符合表6.13的要求。,.,（3）耐久性,沥青混合料技术性质和技术标准,马歇尔试验稳定度（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,就是马歇尔试验指标要求,参考规范,.,6.2.7热拌沥青混合料配合比设计热拌沥青混合料类型选择沥青路面一般采用双层式或三层式结构，矿料从上而下逐层加大，并与结构层厚度相适应。空隙率与工程性质的关系空隙率随沥青用量的增加而减小，并与粗集料数量有显著关系，粗集料含量越高试件的孔隙越大。相同配合比的沥青混合料空隙率随压实温度的增加而显著降低。空隙率过低，易引起沥青混合料的塑性流动，形成车辙；过大则可能增加沥青混合料中沥青的氧化速率和老化程度，并增加水份进入导致沥青剥落，从而降低沥青混合料的耐久性。,.,沥青混合料配合比设计的任务：正确决定组成混合料各种骨料的合理比例，使混合料完全达到规范要求的技术指标（如强度、稳定性、耐久性和平整度等）又符合经济的原则。内容：矿料组成设计；沥青最佳用量的确定矿料组成设计方法：试算法和图解法,.,6.2.7热拌沥青混合料配合比设计沥青混合料配合比设计包括三个阶段：1.试验室配合比设计（目标配合比设计）2.生产配合比设计3.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配合比设计流程如图6.5，采用马歇尔试验配合比设计方法。,.,图6.5密级配沥青混合料的目标配合比设计流程图,.,（1）矿质混合料配合组成设计1）选择热拌沥青混合料类型热拌沥青混合料（HMA）适用于各种等级公路的沥青路面。类型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6.14。,目标配合比设计步骤,.,表6.14,.,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6.15、表6.16规定确定。表6.15,目标配合比设计步骤,.,表6.16,.,3）矿质混合料配合比设计计算试算法：（适用于2-3种矿料组成）1）基本原理：A.在确定各组成集料在混合料中的比例时，先假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对这一粒径占优势的集料组成，而其它各种集料中不含有此粒径B.根据各个主要粒径去试算各种集料在混合料中的大致比例，再经过较核调整，最终获得满足混合料级配的各集料的配合比例。,目标配合比设计步骤,.,3、矿质混合料的组成设计方法,解题思路：（两个重要假设）1.假定混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对这一粒径占优势的集料组成，而其它各种集料中不含有此粒径。2.设碎石、砂和矿粉的配合比为X、Y、Z，则X+Y+Z=100%3.设混合料M中某一级粒径（i)要求的含量为M（i),A、B、C三种集料原来级配中此粒径颗粒的含量分别为A(i)、B(i)、C(i)则X.A(i)+YB(i)+Z.C(i)=M（i)4.假设混合料M中某一粒径（i)主要由A集料所提供（即A料占优势），而忽略其它集料在此粒经的含量，X.A(i)=M（i)、B(i)=0、C(i)=0即可计算出A料在混合料中的用量比例X=M（i)/A（i)同理可计算出C料在混合料中的用量比例Z=M（j)/C（j)则B料在混合料中的用量比例为Y=100%-（X+Z）,.,矿质混合料组成设计算例算法）重点难点提示,1.根据基本假设所得的X、Y、Z（集料A、B、C的用量比例表达式X=M（i)/A（i)M（i)-原来分计筛余百分率A（i)-规范所定的分计筛余百分率Z=M（j)/C（j)Y=100-（X+Z）2.各种粒径集料占混合料的百分率=原来分计筛余百分率该种集料在混合料中的用量比例3.各种粒径在矿质混合料中的分计筛余=各种粒径在各种集料中的分计筛余的和。,.,矿质混合料组成设计算例(试算法）,例1：现有碎石、砂和矿粉三种集料，以筛析试验，各集料的分计筛余百分率列于下表，并列出规范推荐要求的设计混合料的级配范围，试求碎石、砂和矿粉三种集料在要求级配混合料中的用量比例。表1,.,矿质混合料组成设计算例(试算法）,解：1.将通过百分率换算为分计筛余百分率，设三种矿料的含量分别为X、Y、Z。2.由表1分析可知，碎石中4.75mm粒径含量占优势，矿粉中0.075mm粒径颗粒占优势，假设混合料中4.75mm粒径全部由碎石提供，0.075mm粒径颗粒全部由矿粉提供则有：Y=100-（X+Y）=100-49-21=30%3、校核,如果校核结果不符合级配范围，应调整配合比进行试算，逐步接近，直至达到要求，确实不能符合级配要求，应调整或增加集料品种。计算过程见表2,.,原有和要求级配范围的分计筛余,.,矿质混合料配合组成设计校核,.,小结,1、试算法适用于矿质混合料由2-3种矿料组成。某种粒径含量占优势。2、根据基本假设可得的X、Y、Z（集料A、B、C的用量比例表达式）X=M（i)/A（i)Z=M（j)/A（j)Y=100%-（X+Z）2.各种粒径集料占混合料的百分率=原来分计筛余百分率该种集料在混合料中的用量比例3.各种粒径在矿质混合料中的分计筛余=各种粒径在各种集料中的分计筛余的和。（混合料中各种粒径实际通过百分率=100-各种粒径分计筛余和）4.要求计算所得的矿质混合料的实际通过百分率在规范要求的级配范围之内,如果校核结果不符合级配范围，应调整配合比进行试算，逐步接近，直至达到要求，确实不能符合级配要求的，应调整或增加集料品种。,.,21/49.9,42.1,6/85.3,7,50.9,0.3,18.4,21,1.9,0.5,1.0,11.5,12.1,9.4,6.6,5.5,4.8,0.3,0.7,6.0,0.3,18.4,22,13.4,12.6,9.4,6.6,5.8,5.5,6.0,0.3,18.7,40.7,54.1,66.7,76.1,82.7,88.5,94,100,99.7,81.3,59.3,45.9,33.3,23.9,17.3,11.5,6,0,2.5,21,42,2.5,100,55.5,67.5,76,83,88,94,18.5,21,13.5,6,.,矿质混合料组成设计（图解法）,图解法（修正平衡面积法）是目前工程单位用的较多的一种方法，（适用于由3种以上的多种集料进行组配）1)设计步骤:（1）绘制级配曲线图A、绘制图解法坐标图（纵坐标为常坐标，横坐标为对数坐标）。B、计算设计级配范围中值，确定相应横坐标中值。,AC-16F沥青混凝土合成级配要求,.,矿质混合料的组成设计（图解法）,设计级配中值曲线,纵坐标通过量取10cm,横坐标筛孔尺寸取15cm,.,矿质混合料的组成设计（图解法）,C、绘制图框并作对角线(为设计级配中值)；D、确定纵坐标：通过百分率()。E、确定横坐标：筛孔尺寸位置，根据设计级配中值，在图上由P对角线d，确定筛孔尺寸位置。,.,三、矿质混合料的组成设计（图解法）,（2）将各种集料的级配(通过量)绘在图中（3）确定各集料的用量A、作图原则：相叠等分纵距：两相邻级配曲线头尾重叠=相接重线连分；两相邻级配曲线头尾相连相离等分平距：两相邻级配曲线头尾相分b=bB、结果：OP为集料用量；PQ为B集料用量；QS为C集料用量；ST为D集料用量。,.,目标配合比设计步骤,.,三、矿质混合料的组成设计（图解法）,（4）计算合成级配按图解算出各种集料用量而得(列表)，如有未接近中值的，须进行调整。（5）合成级配的校核与调整.将调整后的合成级配绘于规范要求的级配范围中，如曲线光滑，位于规范要求的级配范围内且靠近级配范围的中值线，则表明确定的矿料组成完全符合要求。,.,.,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,.,矿质混合料组配校核表,.,例用图解法设计用于高速公路的细粒式沥青混凝土矿料的配合比。已知有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿料，筛分析试验结果列于表10-5。2.设计级配范围按沥青路面施工及验收规范细粒式沥青混凝土混合料要求的级配范围和中值，列于表10-6。,.,表10-5原有矿料级配表,.,解1.绘制级配曲线图（图10-10），在坐标轴上按算术坐标绘出通过量百分率;2.连对角线OO，表示规范要求的级配中值。在纵坐标上标出细粒式混合料（AC-13I）各筛孔的要求通过百分率，作水平线与对角线OO相交，再从各交点作竖直线交于横坐标上，确定各筛孔通过百分率在横坐标上的位置;3.将碎石、石屑、砂粒和矿粉的级配曲线绘出，如图10-10;4.在碎石和石屑的级配曲线相重叠部分作一竖直线AA，使竖直线截取二级配曲线的纵坐标值相等（即a=a）。自竖直线AA与对角线交点M引一水平线，与纵坐标交于P点，OP的长度=31%，即为碎石的用量。同理，求出石屑的用量Y=30%，砂的用量Z=31%，矿粉的用量W=8%;,.,5.根据图解法求得的各集料用量百分率，列表进行校核计算如表10-7。从表可以看出，按碎石:石屑:砂:砂粉=31%:30%:31%:8%的计算结果，合成级配中0.3mm和0.6mm筛孔的通过量偏低，0.075mm筛孔的通过量偏高，曲线呈锯齿状;6.由于图解法的各种材料用量比例是根据部分筛孔确定的，所以不能控制所有筛孔,需要调整修正才能达到满意的结果。通过试算现采用减少石屑的用量、增加砂的用量和减少矿粉的用量的方法来调整配合比。经调整后的配合比为：碎石用量X=31%；石屑用量Y=26%；砂的用量Z=37%；则矿粉用量W=6%。按此配比计算如表10-7中括号内数值;,.,7.将表10-7计算得到的合成级配通过百分率，绘于规范要求的级配曲线中，如图10-11所示。从图中可以看出，合成级配曲线完全在规范要求的级配范围之内，并且接近中值，呈一光滑平顺的曲线，因而确定矿料配合比为碎石:石屑:砂:矿粉=31:26:37:6。,.,经配合比设计得到的沥青混合料应符合上述（2）、（3）条的标准要求。这是沥青混合料组成设计的基本依据。,.,（2）确定工程设计级配范围,合成的配合比应符合以下要求：（1）合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限，尤其应使0.075mm，2.36mm和4.75mm筛孔的通过量接近设计级配范围的中限。（2）对交通量大、高温、轴载重的道路，宜偏向级配范围的下限。如采用粗型密级配（AC-C型），并取较高的设计空隙率；对冬季气温较低、中小交通或人行道路等，宜偏向级配范围的上限。如选用细型密级配（AC-F型），并取较小的设计空隙率。（3）合成的级配曲线宜形成S型级配曲线，并取中等或偏高的设计空隙率。应接近连续级配或有合理的间断级配，不得有过多的犬牙交错。当经过再三调整，仍有两个以上的筛孔超出级配范围时，必须对原材料进行调整或更换原材料重新设计。（4）沥青混合料的配合比设计应充分考虑施工性能，使沥青混合料容易摊铺和压实，避免造成严重的离析现象。,.,（一）确定工程级配范围（合成级配）,目标配合比设计,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,一、矿料组成设计,小结目标配合比设计步骤,.,目标配合比设计,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。,一、矿料组成设计,（二）取样各种集料（冷料）筛分（水洗法）,小结目标配合比设计步骤,.,目标配合比设计,（三）用图解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。,一、矿料组成设计,小结目标配合比设计步骤,.,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。,目标配合比设计步骤,.,（一）矿料组成设计（二）确定最佳沥青用量（马歇尔试验）1）预估油石比或沥青用量概念：油石比(Pa)沥青占矿质混合料的百分率；沥青用量(Pb)沥青占沥青混合料的百分率。Pb=Pa/(1+Pa)计算矿质混合料的合成毛体积相对密度,P1Pn矿料配合比；1n各种矿料的毛体积密度。,目标配合比设计步骤,.,计算矿质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或Pa1已建类似工程沥青混合料的标准油石比，%；sb1已建类似工程集料的合成毛体积相对密度。确定矿料的有效相对密度t理论最大相对密度，采用真空法实测,P1Pn矿料配合比；1n各种矿料的表观密度。,.,2）制备马歇尔试件以预估的油石比为中值，按一定间隔取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。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，为0.3%0.4%。一组油石比：一个油石比为一组，通常5组。试件个数：46块/组。对粒径较大的沥青混合料，宜增加试件数量。如：预估的最佳油石比为4.5%，一组试件油石比可选择：3.5%，4.0%，4.5%，5.0%，5.5%。,.,试验制件须注意：1.一般需要称量5组矿料沥青采用外掺法：每组试件的矿料级配用量相同，沥青掺量不同。,2.制件计算材料用量示例按约1200g总矿料/每块试件计算，一组6块试件。如，矿料配比为：1020mm碎石25%510mm碎石38%砂32%矿粉5%,1200g6块7200g（考虑损失，取7500g）,一组试件矿料实际用量：1020mm碎石=1875g510mm碎石=2850g砂=2400g矿粉=375g,马歇尔试件,.,3.计算每组试件的沥青掺量（外掺法）如,262.5,300,337.5,375,412.5,.,试模沥青混合料搅拌锅,.,沥青混合料击实仪手动脱模器,.,3）测定计算物理指标测定试件的毛体积相对密度和吸水率通常采用表干法测定毛体积相对密度；对吸水率大于2%的试件，宜采用蜡封法测定。确定沥青混合料的最大理论相对密度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，其他不同油石比时的最大理论相对密度，也可按公式计算。i每一组；b沥青相对密度（25）。计算试件体积指标：空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度,.,体积指标的概念：空隙率试件压实后，矿料及沥青以外的空隙的体积占试件总体积的百分率。矿料间隙率试件全部矿料以外的体积占试件总体积的百分率。Ps各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，%；沥青饱和度试件矿料间隙中扣除被集料吸收的沥青以外的有效沥青的体积在VMA中所占的百分率。,.,4）测定力学指标采用马歇尔试验仪，测定马歇尔稳定度(MS)及流值(FL)。5）确定最佳油石比（或沥青用量）绘制油石比（或沥青用量）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,并尽可能涵盖沥青饱和度的要求范围。OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4确定沥青混合料的最佳沥青用量OAC2OAC2=（OACmin+OACmax）/2OAC1必须在OACmin和OACmax之间。确定最佳沥青用量OAC通常取OAC=（OACl+OAC2）/2作为计算最佳沥青用量。特殊要求，还要按温度或交通量进行调整。,.,油石比物理、力学指标关系图,在图中确定：a1毛体积最大相应的油石比；（a1=4.2%）a2稳定度最大相应的油石比；（a2=4.2%）如要求MS8kN，则合适的油石比范围为：3.5%5.5%；,.,在图中确定：a3空隙率范围中值（或目标空隙率）相应的油石比；如要求VV=2%6%，则合适的油石比范围为：4.0%5.5%（中值4%，a3=4.5%）,.,在图中确定：满足流值要求的油石比。如要求FL=2%4%，则合适的油石比范围为：3.5%5.4%a4沥青饱和度范围中值相应的油石比；如要求VFA=65%85%，则合适的油石比范围为：4.0%5.5%（中值75%，a4=4.6%）,.,满足各项技术标准的油石比范围：4.0%5.5%3.5%5.5%3.5%5.4%4.0%5.5%确定公共用量范围(OACminOACmax)为：4.0%5.4%,则OAC2=（OACmin+OACmax）/2=（4.0%+5.4%）/2=4.7%OAC=（OAC1+OCA2）/2=（4.4%+4.7%）=4.55%,确定OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4=(4.2%+4.2%+4.5%+4.6%)/4=4.4%,.,计算的最佳OAC，从VV和VMA图中得出所对应的空隙率和VMA值，检验是否能满足标准规定的最小VMA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，最小VMA按内插法确定，并将其画入图中。检查油石比与物理-力学指标关系图中相应于此