公路工程检测技术 课件 任务2.3 沥青混合料性能检测

项目2公路工程常用混合料性能检测

【学习引导】【能力目标】能够对路面结构常用基层材料无机结合料稳定类（水泥稳定类或石灰稳定类）材料的技术性质进行检测及准确评价，通过正确测绘水泥（石灰）剂量测定标准曲线，准确采用EDTA滴定法对施工中混合料质量进行控制和评价；能够对常见路面面层混合料（水泥混凝土及沥青混合料）的技术性质进行检测并准确评价，主要评价指标为水泥混凝土抗压和抗折强度，水泥砂浆抗压强度，沥青混合料高稳定性、水稳定性及强度，并通过检测结果正确的指导施工。§2.1无机结合料稳定材料检测§2.2水泥混凝土及水泥砂浆性能检测§2.3沥青混合料性能检测主要内容

主要内容

§2.1无机结合料稳定材料检测§2.2水泥混凝土及水泥砂浆性能检测§2.3沥青混合料性能检测一、沥青路面沥青路面是指用沥青作为结合料铺筑面层的路面结构的总称。沥青路面属于柔性路面，抗弯拉强度较低，其承载力与稳定性很大程度上取决于土基和基层的特性。（1）沥青混凝土是一种弹塑粘性材料，具有良好的力学性能，不需要设置施工缝和伸缩缝。

（2）沥青路面具有良好的表面功能特性。沥青路面表面平整且有一定粗糙度，即使雨天也有较好的抗滑性；黑色路面日照下无强烈反光，行车比较安全；路面有弹性，能减震降噪，行车较为舒适。

（3）沥青路面维修方便，维修完成后，可马上开放交通；水泥混凝土路面维修比较麻烦，需要养护期，不能马上开放交通。（4）

经济耐久，并可分期修建和再生利用。

1.沥青路面基本特性（1）沥青路面的优点

（2）沥青路面的缺点

（1）石油价格较高，导致沥青价格较高，沥青路面造价高于水泥路面

。

（2）沥青易老化。随着使用期的延长，沥青的胶体结构和组成成分发生变化，使沥青粘性变差、塑性降低、沥青路面易表面松散、整体性降低，从而导致结构破坏。（3）沥青路面温度敏感性较差。夏季高温易流淌，高温稳定性差；低温易发脆，抗裂性能差。抗滑性耐久性水稳定性防渗性或透水性高温稳定性低温抗裂性2.沥青路面的基本要求1.沥青路面的高温稳定性沥青路面的高温稳定性：主要是指沥青混合料于高温季节在车辆荷载作用下抵抗变形的能力。造成的原因：高温时沥青混合料的抗剪切能力不足。2.沥青路面的低温抗裂性（1）沥青路面低温开裂的原因低温开裂通常有三种形式：气温骤降导致的低温开裂：降温时沥青混合料的体积收缩，温度应力超过混合料极限抗拉强度，裂缝由上而下发展。温度疲劳裂缝：路面在低于极限抗拉强度的温度应力反复作用下开裂，发生在温度频繁变化的地区。基层收缩开裂引起的路表裂缝：路基或基层收缩与冰冻共同作用下产生的裂缝，自下而上。（2）影响沥青路面低温开裂的因素主要的因素是路面所用沥青的性质、当地的气温状况、沥青老化程度、路基的种类和路面层次的厚度等。此外，路面面层与基层的黏着状况，基层所用材料的特性、行车的状况对开裂也有一定的影响。3.沥青路面的水稳定性

沥青路面的水稳性是指沥青混合料在水的作用下保持强度（黏结强度、整体强度）的能力。水损害是沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水份逐渐进入沥青与集料界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从集料表面剥离，沥青混合料松散导致路面松散、剥落、坑槽病害。水稳性作用机理－粘附理论

过程：水降低了沥青的粘附性、对沥青形成冲刷—水进入沥青与集料间、隔离了沥青与集料的粘结。（1）沥青路面水损坏的原因①沥青路面的压实度不足，空隙率过大，路面渗水；②沥青混合料离析、粒径偏大；③沥青混合料抗水损害性能差，水稳性不足；④排水设施不完善，排水不畅；⑤交通量大、超载车多，行车速度快；

⑥我国现行的路面设计方法没有考虑路面结构层的排水，没有设置有效的排水层。混合料松散（2）沥青路面水稳性评价方法煮沸试验：评价沥青与粗集料的粘附性。浸水马歇尔试验：两组马歇尔试件，一组在60℃恒温水槽中保养30～40min，另一组在60℃恒温水槽中保温48h，测马歇尔稳定度的比值。冻融劈裂试验：将马歇尔试件以标准的饱水试验方法真空饱水，放入塑料袋中加入约10ml水，扎紧袋口，将试件放入--18℃的冰箱保持16h，后撤去塑料袋，放入60℃的恒温水槽中保持24h，再将试件浸入温度25℃的恒温水槽中至少2h，测试劈裂强度比。（年最低气温低于--21.5℃的寒冷地区）。马歇尔试验（3）提高沥青混合料水稳定性的技术措施

①控制沥青层施工质量，保持集料干燥、表面清洁，摊铺时不产生离析，并确保碾压时达到压实度；

②完善路面结构的排水系统，保证地表水和地下水及时排出路面结构之外；

③优先考虑选取黏度大、表面活性成分含量高的沥青；

④尽量选用碱性集料，或掺入添加剂。影响沥青路面疲劳特性的因素：材料的性质（种类、组成等）、环境因素（温度、湿度等）、加荷方式、沥青混合料的劲度（矿料级配、沥青种类和用量、混合料的压实程度和空隙率、试验的温度、加荷速度和应力级等）。4.沥青路面的疲劳特性疲劳极限：低温、常温时表现为疲劳断裂，高温时表现为塑性变形累计，无明显疲劳极限。弯拉疲劳剪切疲劳（1）沥青路面老化过程的两个阶段：沥青老化是指沥青在储存、运输、加工、施工及使用过程中在空气、热、光照和碾压作用下产生性能下降的现象。包括短期老化（沥青运输和存储过程、混合料拌和时—最严重、摊铺及碾压过程）和长期老化（路面使用过程中）。5.沥青路面的老化特性（2）老化原因

胶质、芳香分和饱和分（挥发）含量减小，沥青质含量增加；空气的氧化作用，使沥青组分发生变化；沥青分子结构的硬化（聚合作用）。导致沥青使用性能变坏，从而影响了路面的耐久性。（3）老化试验和评价沥青：旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)（短期）、压力容器老化试验(PAV)（长期）沥青混合料短期老化：针对松散混合料短期烘箱老化法、延时拌和法、微波加热法沥青混合料长期老化：针对压实成型试件加压氧化法、长期烘箱加热法、红外/紫外线处理二、沥青路面分类彩色沥青混凝土路面03按沥青路面的使用品质分类01按结构组成分类02按沥青面层的成型方法分类密实型沥青结构层的集料级配按最大密实原则设计，颗粒尺寸连续多样，其强度和稳定性主要取決于沥青混合料的黏聚力和内摩阻力。此类路面的主要特点是空隙率较小(小于10％)，沥青混合料致密耐久，但热稳性较差。密实型（1）01按沥青面层的结构组成分类嵌挤型沥青结构层要求采用颗粒尺寸较为均一的集料与沥青分层铺筑或采用开级配(半开级配)沥青碎石混合料铺筑，结构层的强度和稳定性主要依靠集料之间相互嵌挤产生的内摩阻力，而黏结力起次要作用。此类路面的主要特点是热稳性较好，但空隙较大（大于10％）易渗水，因而耐久性较差。嵌挤型（2）嵌挤密实型沥青结构层的粗集料嵌挤作用较好，设计空隙率较小（小于10％），其强度和稳定性主要取决于沥青混合料的内摩阻力和黏聚力。此类路面的主要特点是沥青混合料致密耐久，热稳性也较好。嵌挤密实型（3）层铺法路拌法厂拌法02按沥青面层的成型方法分类（1）（2）（3）层铺法层铺法是用分层洒布沥青、分层铺撒矿料和碾压的方法修筑。层铺法的特点：工艺和设备简便、功效较高、施工进度快、造价较低，缺点是路面成型期较长，需要经过炎热季节行车碾压之后路面方能成型。适宜路面类型：沥青表面处治和沥青贯入式两种。（1）路拌法路拌法是在路上用机械将矿料和沥青材料就地拌和摊铺和碾压密实而成的沥青面层。此类面层所用的矿料为碎（砾）石者称为路拌沥青碎（砾）石；所用的矿料为土者则称为路拌沥青稳定土。路拌沥青面层，通过就地拌和，沥青材料在矿料中分布比层铺法均匀，可以缩短路面的成型期。但因所用的矿料为冷料，需使用粘稠度较低的沥青材料，故混合料的强度较低。（2）厂拌法

厂拌法是将规定级配的矿料和沥青材料用专用设备加热拌和，然后送到工地摊铺碾压而成的沥青路面；矿料中细颗粒含量少，不含或含少量矿粉，混合料为开级配的（空隙率达10%～15%），称为厂拌沥青碎石；若矿料中含有矿粉，混合料是按最佳密实级配配制的（空隙率10%以下）称为沥青混凝土。施工现场沥青混合料搅拌站见图所示。按混合料铺筑时温度不同，可分为热拌热铺和热拌冷铺两种：热拌热铺是混合料在专用设备加热拌和后立即趁热运到路上摊铺压实。如果混合料加热拌和后储存一段时间再在常温下运到路上摊铺压实为热拌冷铺。（3）沥青混合料搅拌站实景图03按沥青面层的使用品质分类

沥青混凝土路面沥青碎石路面沥青贯入式沥青表面处治沥青玛蹄脂车辙是路面常见的损坏形式，尤其是对实行渠化交通的汽车专用公路更是如此。现代路面车辙是路面周期性评价及路面养护中的一个重要指标。路面车辙深度直接反映了车辆行驶的舒适度及路面的安全性和使用期限。路面车辙深度的检测能为决策者提供重要的信息，使决策者能为路面的维修、养护及翻修等作出优化决策。相关知识：四、沥青路面车辙测试

1.试件制作器具（1）轮碾成型机（2）试验室用沥青混合料拌和机（3）试模：由高碳钢或工具钢制成，内部平面尺寸为300mm×300mm，高50mm。（4）手动碾压成型车辙试件的试模框架：钢板制，内部尺寸为300mm×300mm×50mm，平面能与试模边缘齐平。（一）试验仪器

车辙成型机马歇尔电动击实仪马歇尔稳定度仪

2.试件制作器具

（5）烘箱：大、中型各一台。（6）台秤、天平或电子秤：称量5kg以上的分度值1g；称量5kg以下时，用于称量矿料的分度值不大于0.5g，用于称量沥青的分度值不大于0.1g。（7）沥青运动粘度测定设备。

（8）小型击实锤：钢制端部断面80mm×80mm。厚10mm，带手柄，总质量0.5kg左右。（9）温度计：分度值不大于1℃。（10）其他：电炉或煤气炉、沥青溶化锅、拌和铲、标准筛、滤纸、胶布、卡尺、秒表、粉笔、垫木、棉纱等。2.车辙试验仪器：车辙试验机。

车辙试验机

（二）沥青混合料车辙试验试件制作（二）沥青混合料车辙试验试件制作（三）沥青混合料车辙试验方法车辙试验变形曲线机5．记录表

6.结果计算

（1）从图上读取45min（t1）及60min时的车辙变形d1及d2，精至0.01mm。如变形过大。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为t1，此时的变形量为d1。（2）沥青混合料试件的动稳定度按下式计算：（5）数据处理

①同一沥青混合料或同一段的路面，至少取3个试件。当3个试件动稳定度变异系数小于20%时，取其平均值作为试验结果。变异系数大于20%时应分析原因，并追加试验。如计算动稳定度值大于6000次/mm时，记作>6000次/mm。②试验报告应注明试验温度、试验轮接地压强、试件密度、空隙率及试件制作方法等。重复性试验动稳定度变异系数的允许差值为20%。贵州交通职业技术学院五、沥青混合料水稳定性检测由水引起的沥青路面损坏通称为水损坏。评价沥青路面水稳性通常采用的方法分为两大类：第一类是沥青与矿料的黏附性试验，这类试验方法主要是用于判断沥青与粗集料（不包含矿粉）的黏附性，属于这类的试验方法有水煮法和静态浸水法；第二类是沥青混合料的水稳性试验，这类试验方法适用于级配矿料与适量沥青拌和成混合料、制成试样后，测定沥青混合料在水的作用下力学性质发生变化的程度，这类方法与沥青在路面中的使用状态较为接近。测试方法有浸水马歇尔试验、真空饱水马歇尔试验以及冻融劈裂试验。贵州交通职业技术学院（一）沥青与矿料的黏附性检测1．目的和适用范围（1）沥青与矿料黏附性试验是根据沥青黏附在粗集料表面的薄膜在一定温度下，受水的作用产生剥离的程度，以判断沥青与集料表面的黏附性能。（2）本方法适用于测定沥青与矿料的黏附性及评定集料的抗水剥离能力。根据沥青混合料的最大集料粒径，对于大于13.2mm及小于（或等于）13.2mm的集料分别选用水煮法或水浸法进行试验。对同一种料源既有大于又有小于13.2mm不同粒径的集料时，取大于13.2mm水煮法试验为标准，对细粒式沥青混合料以水浸法试验为标准。

2.仪具与材料（1）天平：称量500g，感量不大于0.01g。（2）恒温水槽：能保持温度80℃±1℃。（3）拌和用小型容器5mL。（4）烧杯：100mL。（5）试验架。（6）细线：尼龙线或棉线、铜丝线。（7）铁丝网。（8）标准筛：9.5mm、13.2mm、19mm各1个（也可用圆孔筛10mm、15mm、25mm代替）。（9）烘箱：装有自动温度调节器。（10）电炉、燃气炉。（11）玻璃板：200mm×200mm左右。（12）搪瓷盘：300mm×400mm左右。（13）其他：拌和铲、石棉网、纱布、手套等。

3．适用于＞13.2mm粗集料的试验方法（水煮法）（1）准备工作①将集料用13.2mm、19mm（或圆孔筛15mm、25mm）过筛，取粒径13.2～19（圆孔筛15～25mm）形状接近立方体的规则集料5个，用洁净水洗净，置温度计为（105±5）℃的烘箱中烘干，然后放在干燥器中备用。②将大烧杯中盛水，并置于加热炉的石棉网上煮沸。水煮法试验3．适用于＞13.2mm粗集料的试验方法（水煮法）（2）检测步骤①将集料逐个用细线在中部系牢，再置105℃±5℃烘箱内1h。准备沥青试样。②逐个取出加热的矿料颗粒用线提起，浸入预先加热的沥青（石油沥青130℃～150℃、煤沥青100℃～110℃）试样中45s后，轻轻拿出，使集料颗粒完全为沥青膜所裹覆。③将裹覆沥青的集料颗粒悬挂于试验架上，下面垫一张纸，使多余的沥青流掉，并在室温下冷却15min。④待集料颗粒冷却后，逐个用线提起，浸入有沸水的大烧杯中央，调整加热炉，使烧杯与水保持微沸状态，但不允许有沸开的泡沫。⑤浸煮3min后，将集料从水中取出，观察矿料颗粒上沥青膜的剥落程度，并按表3-19评定其粘附性等级。⑥同一试样应平行试验5个集料颗粒，并由两名以上经验丰富的试验人员分别评定后，取平均等级作为试验结果。

试验后石料表面上沥青膜剥落情况粘附性等级沥青膜完全保存，剥离面积百分率接近于05沥青膜少部分被水所移动，厚度不均匀，剥离面积百分率少于10%4沥青膜局部明显地被水所移动，基本保留在料表面上，剥离面积百分率少于30%3沥青膜大部分被水移动，局部保留在石料表面上，剥离面积百分率少于30%2沥青膜完全被水所移动，石料基本裸露，沥青全浮于水面上14．适用于≤13.2mm粗集料的试验方法（水浸法）（1）准备工作

①将集料用9.5mm、13.2mm（或圆孔筛10mm、15mm）过筛，取粒径9.5mm~13.2mm（圆孔筛10~15mm）形状规则的集料200g用洁净水洗净，并置于温度为（105±5）℃的烘箱烘干，然后放在干燥器中备用。②准备沥青试样，加热至与矿料的拌和温度。③将煮沸过的热水注入恒温水浴中，维持80±1℃恒温。（2）检测步骤

①按四分法称取集料颗粒（9.5mm、13.2mm）100g置搪瓷盘中，连同搪瓷盘一起放入已升至沥青拌和温度以上5℃的烘箱中持续加热1h。②按每100g矿料加入沥青（5.5±0.2）g的比例称取沥青，准确至0.1g放入小型拌和容器中，一起置入同一烘箱中加热15min。③将搪瓷盘中的集料倒入拌和容器的沥青中后，从烘箱中取出拌和容器，立即用金属铲均匀拌和1~1.5min，使集料完全被沥青膜裹覆。然后，立即将裹有沥青的集料取20个，用小铲移至玻璃板上摊开，并置室温下冷却1h。④将放有集料的玻璃板浸入温度为80±