沥青及沥青混合料检测技术.ppt

沥青及沥青混合料检测技术,试验工程师及试验员考试内部培训讲义嘉兴市交通工程质量监督站,沥青材料种类,按常温下的稠度划分1、固体沥青2、粘稠沥青3、液体沥青,按常用类型划分1、道路石油沥青2、乳化沥青3、液体石油沥青4、煤沥青5、改性沥青6、改性乳化沥青,沥青化学组分,沥青质 约占5%25%胶 质芳香分 约占20%50%饱和分 约占5%20%,国产沥青的一般特点,含蜡量较高相对密度一般偏小 1.0延度较小软化点较高 4551,沥青适应气候性分区原则、分区方法（1）,一、沥青路面采用的沥青标号，宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构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。1、对高速公路、一级公路，夏季温度高、高温持续时间长、重载交通、山区及丘陵区上坡路段、服务区、停车场等行车速度慢的路段，尤其是汽车荷载剪应力大的层次，宜采用稠度大、度粘度大的沥青，也可提高高温水平选用沥青等级；对冬季寒冷的地区或交通量小的公路、旅游公路宜选用稠度小、低温延度大的沥青；对温度日温差、年温差大的地区宜注意选用针入度指数大的沥青。当高温要求与低温要求发生矛盾时应优先考虑满足高温性能的要求。2、当缺乏所需标号的沥青时，可采用不同标号掺配比例由试验决定。,沥青适应气候性分区原则、分区方法（2）,二、分区方法 采用三级指标方法进行气候区域划分：1、高温指标（一级），采用近30年内最热月的平均日最高气温的平均值作为反映高温和重载条件下出现车辙等流变的气候因子。分3个区：夏炎热区、夏热区、夏凉区2、低温指标（二级），采用近30年内极端最低气温的平均值作为反映路面温缩裂缝的气候因子。分4个区：冬严寒区、冬寒区、冬冷区、冬温区3、雨量指标（三级），采用近30年内年降水量的平均值作为反映沥青路面受雨（雪）水影响的气候因子。分4个区：潮湿区、湿润区、半干区、干旱区JTG F40-2004(P74-75),沥青的技术性质(1),针入度 表征粘稠沥青条件粘度的一种指标软化点 表征沥青由固态向液态转变的一个象征指标延度 表示沥青内部凝聚力的一种量度密度 体现沥青质量的一个物理参数含蜡量 用于评定沥青路用性能的一项重要指标耐久性 用于评定沥青路用性能（耐久性，抗老化性）的一项重要指标,沥青的技术性质(2),沥青粘滞性的含义：沥青材料在外力作用下，沥青粒子产生相互位移时抵抗剪切变形的能力。通常以表观粘度表示。沥青针入度的含义：在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定的时间贯入沥青试样的深度（以0.1mm计)。针入度与沥青粘稠性的关系：针入度是表征沥青粘稠度的一种指标，沥青越粘稠，针入度越小；针入度读数可以表征沥青相应的标号，如：针入度读数为6080之间，则沥青标号为70。,沥青的技术性质(2),沥青针入度指数 定义：以三个以上的不同温度（通常为15、25、30）时对应的不同针入度，进行一元一次直线方程回归后确定针入度指数。lgP=K+Algpen*T PI=(20-500Algpen)/(1+50Algpen)含义：应用针入度和软化点试验结果来表征沥青感温性的一种指标。影响沥青针入度试验的条件 针入度仪、试验温度、负重、标准针等,沥青的技术性质(3),沥青软化点 表征沥青材料的热稳定性的一个指标软化点与沥青粘滞性的关系 软化点的高低反映沥青在一定温度条件下的物理状态，软化点高的沥青，说明该沥青在温度较高条件下，软化变形的程度低，说明沥青的粘滞性好。反之，软化点低的沥青，沥青粘滞性差。影响沥青软化点试验的因素 软化点仪、升温速度、钢球质量和直径等,沥青的技术性质(3),沥青延度 表征沥青材料内部凝聚力的一种量度，反映沥青在某一条件下的变形能力。沥青延度反映沥青性质 有研究发现，低温时延度大小与沥青在低温时的抗裂性有一定的关系，低温延度值大，低温条件下沥青的开裂性相对较小。影响沥青延度试验的因素 延度仪、试验温度、拉伸速率等,针入度试验操作流程,软化点试验操作流程,延度试验操作流程,沥青老化,引起沥青老化的因素 1、热的影响：热能加速沥青内部组分的挥发，促使化学反应，导致性能劣化 2、氧的影响：空气中的氧被沥青吸收，产生氧化反应，改变内部组分比例 3、光的影响：紫外线促使沥青氧化过程 4、水的影响：水在热、氧、光的共同作用下，加速老化 5、渗流硬化：沥青中轻组分渗流到矿料的孔隙中导致沥青老化现行评价老化的方法 沥青加热蒸发损失试验、薄膜（旋转薄膜）烘箱加热试验，前者适应与中、轻交通道路石油沥青，后者适应于重交通石油沥青。老化沥青的性能 1、三大指标的变化：针入度变小，延度变小 2、评价指标：残留针入度比，残留延度值。,沥青密度试验操作流程例如：普通石油沥青,沥青蜡含量试验操作流程例如：简述普通石油沥青,蜡对沥青路用性能的影响,蜡在低温下结晶析出后分散在沥青中，减少沥青分子之间的紧密程度，使沥青的低温延展能力减低。蜡在温度升高时易融化，使沥青的黏度降低，增加沥青的温度敏感性。蜡降低沥青与石料的表面黏附性。蜡的存在易引起沥青路面抗滑性能的降低。,沥青的等级划分 我国采用针入度指标对沥青进行等级、标号的划分，,JTJ 032-94AH：重交通道路石油沥 青A：中、轻交通道路石油沥青,JTG F40-2004A：适用于各等级公路和各个层次和场合B：适用于高速、一级公路的下面层及以下层次，二级路及以下公路的各个层次。C：适用于三级及以下公路的各个层次。,沥青的技术要求,其他的沥青材料,1、乳化沥青 是将粘稠沥青加热至流动状态，经机械力的作用而形成粒径约为25的微粒分散在有乳化剂稳定剂的水中，而形成的均匀稳定的乳液状。2、改性沥青 采用各种措施使沥青的性能得到改善的沥青，路用性能下使路面高温不推，低温不裂，保证安全快速行，延长使用年限。3、SBS改性沥青 改性剂主要为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。4、常用的改性沥青方法：A、搅拌法 B、混融法 C、胶乳法 D、母体法5、改性沥青改善或提高沥青的路用性能 A、提高抗久变形能力 B、提高抗低温开裂能力 C、提高抗疲劳开裂能力 D、提高抗水损害能力,沥青混合料,类型划分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4、间断级配沥青混合料,对应的特性（空隙率）3%6%AC、ATB6%12%AM18%OGFC3%4%SMA,沥青混合料结构类型,1、悬浮密实结构 密实、空隙率低、水稳性好，抗裂、耐久、但易车辙2、骨架密实结构 密实、空隙率低、水稳性好，抗车辙3、骨架空隙结构 空隙率大、水稳性差、易老化、耐久性差、抗车辙,沥青混合料路用性能高温稳定性（车辙）,定义：指在高温条件下，沥青混合料能够抵抗车辆反复作用，不会产生显著永久变形，保证沥青路面平整的特性。车辙试验：用来模拟车辆轮胎在路面上行驶所形成的车辙深度的多少，是对沥青混合料高温稳定性进行评价的一种试验方法。试验方法：在规定的试验条件下（通常是60）和轮压条件下（通常为0.7MPa),沿试件表面同一轨迹反复碾压行走，测定试件表面在试验过程中形成的车辙深度。以每产生1mm车辙变形所需要的碾压次数（称为动稳定度）作为评价沥青混合料抗车辙能力大小的指标。计算公式：DS=(t1-t2)*N/(d2-d1)*C1*C2 其中：N=42次/min,C1(试验机类型修正）=1,C2（试件系数）=1。,沥青混合料路用性能高温稳定性（马歇尔试验）,定义：该试验用来测定沥青混合料试样在一定条件下承受破坏荷载能力的大小和承载时变形量的多少。试验方法区别：见下表,马歇尔试验操作流程（续）,沥青混合料耐久性指标,1、空隙率：指压实状态下沥青混合料内矿料与沥青体积之外的空隙（不包括矿料本身或表面已被沥青封闭的空隙）的体积占试件总体积的百分率。2、饱和度：指压实状态下沥青混合料试件中沥青实体体积占矿料骨架实体以外的空间体积的百分率。3、残留稳定度：指压实状态下沥青混合料试件在同一温度（60），不同养护时间（3045min、48h)的马歇尔稳定度比。,沥青混合料的技术指标,空隙率大小对混合料质量的影响,空隙率的大小取决于矿料的级配，沥青用量及压实程度。主观上希望沥青混合料的空隙率越小越好，但必须留有一定的空隙，以备在高温季节沥青材料的膨胀变形。空隙率较大，沥青与自然环境的接触面积和机会就会增大，加速沥青的老化，影响沥青路面的使用寿命；同时，空隙率较大，路表水就会渗漏进路面基层，导致基层的破坏，失去承载力，面层也相应破坏。,马歇尔试件制作流程（标准试件，普通沥青混凝土）,成型马歇尔试件温度控制要求（）,确定标准马歇尔试件拌和物用量的计算方法,材料组成计算：1、假定试件质量为1200g左右2、以各种材料的配比百分率X 1200g得到每一试件所需各材料的质量。3、击实高度满足要求（63.51.3mm)4、高度不标准时的换算：所需的混合料质量1200实测高度X63.5,沥青含量的表示方法,沥青用量 混合料中沥青的质量/混合料的质量X100油石比 混合料中沥青的质量/混合料中集料的质量X100两者换算关系 沥青用量=油石比/(100+油石比)油石比=沥青用量/(100-沥青用量),沥青混合料的密度,1、理论最大密度：假设沥青混合料被压实至完全密实，没有空隙的理想状态下的最大密度。2、表观密度：是指在规定条件下，沥青混合料试件的单位表观体积（沥青混合料实体体积与不吸水的内部闭口孔隙体积之和）的干质量。3、毛体积密度：是指在规定条件下，沥青混合料试件的单位毛体积（沥青混合料实体体积，不吸水的闭口孔隙、能吸水分的开口孔隙体积之和）的干质量。,马歇尔试件的密度测定方法(1),表干法：吸水率2%水中重法 几乎不吸水的密级配混凝土蜡封法 2%体积法 空隙率较大的透水性开级配,马歇尔试件的密度测定方法(2),沥青混合料理论最大密度（真空法）试验流程(3),沥青与矿料的粘附性（水煮法与水浸法）,水煮法1、取13.219mm的碎石5颗洗净，烘干，冷却，用细线系牢。2、将沥青加热130150，将碎石浸入45s后取出。3、室温冷却15min。4、将裹附沥青的碎石浸入微沸的水中3min后取出。5、由两名有经验人员观察碎石表面的沥青裹附情况，评价。,水浸法1、取13.29.5mm的碎石100g。放入盘中，烘箱中加热（沥青拌和温度以上5）1h。2、称取5.5g沥青在同一烘箱中加热15min。3、将2种试样取出拌和11.5min至沥青裹附均匀，立即取出20颗移至玻璃板上，冷却1h。4、将集料连同玻璃板一起置于80恒温水槽中30min，捞去浮在水面的沥青。5、取出集料连同玻璃板，置于冷水中。6、由两名有经验人员观察碎石表面的沥青裹附情况，评价。,沥青与矿料黏附性的评价,常用沥青含量的检测方法,射线法：先对沥青含量测定仪进行标定，如，预估需要检测的沥青用量为5.0%,先标定4.5%、5.0%、5.5%（实际拌制）的沥青含量参数，再检测要检测的混合料的实测数据，对应标定的参数表对应的沥青含量。（仅适应粘稠石油沥青）（雷同与砼的含气量标定）离心分离法（常用）：用三氯乙烯稀释沥青，再用高速旋转将溶解的溶液甩出，剩余即为集料部分。（仅适应粘稠石油沥青）回流式抽提仪法：原理概同离心分离法，区别在于不是甩出沥青溶液，而是用滤纸过滤。（不适应煤沥青，煤沥青中游离炭的含量存在）脂肪抽提仪法：原理同回流式抽提仪法。,常用沥青含量的检测方法（离心分离法）,1、称取10001500g沥青混合料m1，冷却至100以下，装入烧杯中，加入三氯乙烯，浸没30min，用金属棒适当搅动，使沥青溶解。2、将混合物全部倒入离心分离器中。盖紧上盖，中间夹一张干燥已知质量的滤纸。3、开动离心机，转速3000转/min,用另外一烧杯接受流出的液体。待流出停止后停机。4、从上盖加入新的三氯乙烯，重复上述3步。待流出的液体为清澈的淡黄色至。5、取出环型滤纸m2和离心机内的矿料m3，烘干。称重。6、用压力过滤器过滤回收液体中的沥青溶液，残留在滤纸上的即为泄漏在溶液中的矿粉。7、计算公式：沥青含量（m1m2m3）/m1*100,沥青用矿料的技术指标（1）,沥青用矿料的技术指标（2）,一、粗集料与沥青的粘附性1、影响粘附性因素：集料性质（酸、碱性），表面粗糙度；沥青中类似沥青酸的活性物质的含量。2、改善粘附性方法：采用微显碱性的石矿材料，如石灰岩矿；掺入少量的抗剥落剂（掺量一般不大于沥青质量的0.5%.二、矿粉在沥青砼中的应用意义1、填充空隙，减小空隙率2、矿粉与沥青交互作用，形成类似与水泥浆的沥青胶结材料，将集料胶结在一起。3、矿粉与沥青交互作用，沥青裹附在矿粉表面，从分子理论上解释，相当于增大了沥青的表面积。4、矿粉与沥青交互作用，有研究表明，当裹附在矿粉分子表面的沥青达到一定的厚度，沥青的粘聚力最大。5、宜选择显微碱性的矿粉，可以和沥青良好地反应结合（如，石灰岩加工的矿粉）。,矿料级配的设计（1）,沥青砼配比的矿料组成常有粗集料、细集料、填料，外加沥青。有的还包括外加剂。矿料级配的设计先对各级矿料筛分（水洗法），采用表格计算法、图解法或采用更先进的电算试配法，将合成级配曲线满足规范或设计级配范围要求。JTG F40-2004中规定沥青砼配合比设计要求设计13种级配配比，其中一条偏上限（混合料较细，如C线）、一条靠近中值（如B线）、另一条偏下限（混合料较粗，如A线）。（见下图）沥青用量的确定：JTJ032-94中对每种沥青砼有一规定的沥青用量范围，新标准中省略，采用经验中的预估值为中值，0.3或0.5拌和5组沥青混合料，综合各项沥青砼的技术指标确定最佳沥青用量（见下面最佳沥青用量的确定）,矿料级配的设计（2）,沥青配合比的3阶段设计,目标配合比设计生产配合比设计生产配合比验证,1、检验原材料的技术性质2、确定冷料的比例3、确定最佳沥青用量1、确定热料仓的掺比2、确定最佳沥青用量1、验证矿料级配2、验证各项指标是否合格3、验证沥青用量4、试拌、试铺，确定路用性能,沥青混凝土配合比设计,密度 对应密度最大值确定沥青用量a1,沥青混凝土配合比设计,空隙率 对应空隙率中值确定沥青用量a2,沥青混凝土配合比设计,饱和度 对应饱和度中值确定沥青用量a3,沥青混凝土配合比设计,稳定度 对应稳定度最大值确定沥青用量a4,沥青混凝土配合比设计,流值 对应流值满足规定范围值的沥青用量范围值,沥青混凝土配合比设计,OAC1 根据a1、a2、a3的平均值得到OAC2 根据各项指标都满足要求所对应的沥青用量范围得到OAC 取OAC1和OAC2的平均值确定,