道路工程材料-第3章沥青混合.ppt

2013.09,道路工程材料,土木工程与建筑系,道路工程材料 第三章沥青混合料,第三章 沥青混合料,1,沥青混合料的类型与组成结构,2,沥青混合料的技术性能,3,沥青混合料的组成设计,4,其他类型的沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.1 定义 沥青混合料是经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适量沥青材料，在一定温度下经拌和而成的高等级路面材料。沥青混凝土混合料（Asphalt concrete mixture）粗集料+细集料+填料+沥青 简称AC 沥青碎石混合料（Asphalt macadan mixture）粗集料+细集料+填料+沥青 简称AM,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,优点 1、良好的力学性能：弹塑性，无需设置施工缝、伸缩缝，路面平整且有弹性。2、良好的抗滑性能：平整且有一定的粗糙度，不反光，行车安全。3、施工方便，速度快，能够及时开放交通。4、可分期改造和再生利用。5、晴天无尘，雨天不泞，便于汽车高速行驶。缺点：1、老化 表层产生松散。2、温度稳定性差：高温软化，产生过分变形；低温脆化，产生裂缝。,1.2 沥青混合料的特点,道路工程材料 第三章沥青混合料,1.3.1 按胶凝材料种类（1）石油沥青混合料（2）煤沥青混合料1.3.2 按砂料最大粒径可分为以下几种（1）特粗式 D=37.5mm（2）粗粒式 D=31.5/26.5mm 用于基层、下面层（3）中粒式 D=19/16mm 面层或下面层（4）细粒式 D=13.2/9.5mm 面层（5）砂粒式 D=4.75mm 磨耗层,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.3 沥青混合料分类,道路工程材料 第三章沥青混合料,1.3 沥青混合料分类,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.3.3 按砂质混合料级配类型分类（1）连续级配 如沥青混凝土混合料（2）间断级配 如SMA(Stone Mastic Asphalt)1.3.4 按连续级配密实度分（1）密级配沥青混合料 AC VV10%（3）开级配沥青混合料 AK VV15%1.3.5 按施工温度分（1）热拌热铺沥青混合料（2）热拌冷铺沥青混合料（3）冷拌冷铺沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.4 沥青混合料的体积组成,沥青混合料体积参数基本指标试件空隙率 VV(Volume of air Voids)表征沥青混合料的组成材料与压实状态之间的关系，直接影响沥青混合料的稳定性和耐久性。矿料间隙率 VMA(Voids in Mineral Aggregate)反映沥青混合料矿料级配组成特征，决定了沥青混合料的组成结构类型。沥青饱和度 VFA(Voids Filled with Asphalt)沥青结合料填充矿料间隙的程度，直接决定沥青用量和路面性能。,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.5.1 沥青混合料结构理论1、表面理论：沥青混合料是由粗、细集料和矿粉，大小不同粒径组成密实矿质混合料的骨架，利用沥青胶结料的粘聚力，在加热状态下施工，使沥青包裹在矿料的表面经过压实固结后，将松散的矿质颗粒胶结成具有一定强度的整体。,1.5 沥青混合料的组成结构类型,粗、细骨料及填料 密实级配的矿质骨架 较稀沥青分布其间 沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.5 沥青混合料的组成结构类型,特点:高稠度沥青/沥青用量大/间断级配,胶浆理论：(现代理论),将高稠度沥青加到矿粉中形成胶浆微分散体系将细骨料添加到胶浆中形成沥青砂浆细分散体系将粗骨料添加到沥青砂浆中形成沥青混合料粗分散体系,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.5 沥青混合料的组成结构类型,两种理论的主要区别 表面理论重点突出矿质骨料的骨架作用，强度的关键首先是矿质骨料的强度和密实度；而胶浆理论则突出沥青胶结构在混合料中的作用，以及沥青与填充料之间的关系，这对沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性的影响尤为重要。,道路工程材料 第三章沥青混合料,1、悬浮密实结构 是指矿质集料由大到小组成连续型密级配的混合料结构（典型的AC型）。2、骨架空隙结构 是指矿质集料属于连续型开级配的混合料结构（典型的AM型和OGFC型）。3、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的空隙的混合料结构（典型的SMA型）。,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.5 沥青混合料的组成结构类型,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,悬浮密实结构 骨架空隙结构 骨架密实结构 沥青混合料的典型组成结构类型,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,沥青混合料在路面结构中有两种破坏性式：1、库仑理论：在常温或较高温度下，粘结力不足引起的变形，及抗剪强度不足引起的推挤波浪、拥包等破坏。2、在低温下：塑形能力变差，使抗拉强度不足导致裂缝而产生破坏。,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()。,道路工程材料 第三章沥青混合料,实验方法:三轴剪切试验,抗剪强度 C 粘聚力 剪切法向压应力 内摩擦角,结论：沥青混合料抗剪强度取决于粘聚力C 和内摩擦阻角。,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,道路工程材料 第三章沥青混合料,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,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青与矿粉的用量比例对沥青混合料抗剪强度的影响 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（P103 图3-11）。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。,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,影响抗剪强度的因素,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,矿料的级配类型及表面性质对沥青混合料抗剪强度的影响 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高。,影响抗剪强度的因素,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,影响抗剪强度的因素,温度及形变速率对沥青混合料抗剪强度的影响 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。,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,高温稳定性低温抗裂性疲劳特性耐久性水稳定性抗滑性施工和易性,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.1 高温稳定性,影响因素：沥青粘度、沥青与石料相互作用特征、矿料性质。,定义：沥青混合料在高温条件下，承受多次重复荷载不产生过大的累积塑性变形的性质。经长期荷载作用不产生车辙、波浪等现象的性质。,高温稳定性的意义：高温条件下或长时间承受荷载作用混合料会产生显著的变形，其中不能恢复的部分成为永久变形，这种特性是导致沥青路面产生车辙、波浪及拥包等病害的主要原因。在交通量大，重车比例高和经常变速路段的沥青路面上，车辙是最严重、最有危害的破坏形式之一。,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青路面的高温病害,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.1 高温稳定性,评价方法：我国最常用评价方法是：马歇尔试验和车辙试验。马歇尔试验最大特点设备简单、操作方便，现在已被世界上许多国家所采用。马歇尔试验用于测定沥青混合料试件的破荷载和抗变形能力，得到马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。1、马歇尔稳定度试验 稳定度(Ms)：指标准尺寸试件在规定温度下和加荷速度 下，在马歇尔试验仪中最大的破坏荷载（kN）。流值(FL)：达到最大破坏荷重时，试件的垂直变形，以 0.1mm计。马歇尓模数,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,马歇尔稳定度试验,试件尺寸：（1）101.6mm63.5mm（1.3mm，两侧高度差不大于2mm）。适用于公称最大粒径26.5mm的混合料，试件成型击实次数根据公路等级、混合料类型、气候条件选择，一般为75次或50次。试验中一组试件需平行试件通常为4个。（2）152.4mm95.3mm(2.5mm，两侧高度差不大于2mm)。适用于公称最大粒径31.5mm和37.5mm的混合料，击实次数一般为112次。试验中一组试件需平行试件通常为4个，必要时要增至56个。,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,2、车辙试验 300mm300mm50mm的试件，在60的温度条件下，以轮压为0.7MPade 实心橡胶轮在同一轨迹上作一定时间的反复行走（421次/min的频率），形成一定的车辙深度，然后计算试件变形1mm所需车轮行驶次数，即为动稳定度规定：高速公路，不宜小于800次/mm 一级公路、城市主干道，不宜小于600次/mm影响混合料高温稳定性的因素：沥青用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料尺寸、形状,2 沥青混合料的技术性能,2.1 高温稳定性,道路工程材料 第三章沥青混合料,车辙实验方法首先是英国运输与道路研究试验所(TRRL)开发的，并经过了法国、日本等道路工作者的改进与完善。车辙实验是一种 模拟车辆轮胎在路面上滚动形成车辙 的工程试验方法，试验结果较为直观，与沥青路面车辙深度之间有着较好的相关性。,2 沥青混合料的技术性能,2.1 高温稳定性,规定：对于高速公路、一级公路和城市快速路、主干路沥 青路面的上面层和中面层的沥青混合料，在用马歇尔试验进行配合比设计时必须采用车辙试验对沥青混合料的抗车辙能力进行检验。,道路工程材料 第三章沥青混合料,全自动车辙试验机,道路工程材料 第三章沥青混合料,车辙试验试模及成型试件,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.1 高温稳定性,沥青混合料三轴试验仪（P105）,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青混合料高温稳定性的形成主要来源于矿质集料颗粒间的嵌锁作用及沥青的高温粘度。,2 沥青混合料的技术性能,2.1 高温稳定性,（1）矿料的影响 在沥青混合料的组成材料中，矿料性质对沥青混合料高温性能影响是至关重要的。采用表面粗糙、多棱角、颗粒接近立方体的碎石集料。,（2）沥青的影响 沥青的高温粘度越大，与集料的粘附性越好，相应的沥青混合料的抗高温变形能力就越强。可以使用合适的改性剂来提高沥青的高温粘度，降低感温性，提高沥青混合料的粘结力，从而改善了沥青混合料的高温稳定性。,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.1 高温稳定性,（3）沥青用量的影响 随着沥青用量的增加，沥青膜增厚，自由沥青比例增加，在高温条件下，易发生明显的流动变形，从而导致沥青混合料抗高温变形能力降低。随着沥青膜厚度的增加，车辙深度随之增加。,细粒式和中粒式密级配沥青混合料，适当减少沥青用量有利于抗车辙能力的提高，当采用马歇尔试验进行沥青混合料配合比设计时，沥青用量应选择最佳沥青用量范围的下限。但对于粗粒式或开级配沥青混合料，不能简单的靠采用减少沥青用料来提高抗车辙能力。,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.2 低温抗裂性,定义：低温抗裂性，保证沥青路面在低温时不产生裂缝的能力。原因：当冬季气温将低时，沥青面层将产生体积收缩，而在基层结构与周围材料的约束作用下，沥青混合料不能自由收缩，将在结构层中产生温度应力。,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.2 低温抗裂性,但当气温骤降时，所产生的温度应力来不及松弛，当温度应力超过沥青混合料的容许应力值时，沥青混合料被拉裂，导致沥青路面出现裂缝造成路面的损坏。因此要求沥青混合料具备一定的低温抗裂性能，即要求沥青混合料具有较高的低温强度或较大的低温变形能力。,由于沥青混合料具有一定的应力松弛能力，当降温速率较慢时，所产生的温度温度应力会随着时间之间松弛减小，不会对沥青路面产生较大的危害。,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,2.2 低温抗裂性,低温抗裂性的评价方法和评价指标,目前用于研究和评价沥青混合料低温抗裂性的方法可以分为三类：预估沥青混合料的开裂温度；评价沥青混合料的低温变形能力或应力松弛能力；评价沥青混合料断裂能。相关的试验主要包括：等应变加载的破坏试验，如间接拉伸试验、直接拉伸试验；低温收缩试验；低温蠕变弯曲试验（现规范推荐方法）；受限试件温度应力试验；应力松弛试验等。,实验证明，在评价改性沥青混合料低温性能时，采用低温蠕变试验方法所得结果对于改性剂种类和改性剂剂量都不够敏感，数据较为分散，而采用低温弯曲试验的破坏应变指标则相对稳定。所以在我国行业标准（JTJ036-98）中，采用低温弯曲试验的破坏应变指标作为评价改性沥青沥青混合料的低温抗裂性能。,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青混合料低温收缩试验装置,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青混合料低温蠕变弯曲试验（现规范推荐方法）,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青混合料受限试件温度应力试验,道路工程材料 第三章沥青混合料,影响沥青混合料低温性能的主要因素,2.2 低温抗裂性,沥青的低温劲度的影响：取决于沥青粘度和温度敏感性。在寒冷地区，可采用稠度较低、劲度较低的沥青，或选择松弛性能较好的橡胶类改性沥青来提高沥青混合料的低温抗裂性,级配的影响：密级配的低温抗拉强度高于开级配的沥青混合料，但是粒径大、空隙率大的沥青混合料内部微空隙发达，应力松弛能力略强，温度应力有所减小，两方面的影响相互抵消，故级配类型与沥青路面开裂程度之间没有显著关系。,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.3 疲劳破坏,疲劳破坏是在车辆反复作用下引起的，在路面材料和路基的疲劳作用下，产生的变形累积形成疲劳破坏。,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.3 疲劳破坏,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.4 耐久性,定 义:耐久性是指沥青混合料在使用过程中抵抗环境因素及行车和在反复作用的能力，它包括沥青混合料的抗老化性、抗疲劳性等综合性质。影响因素:沥青的化学性质 矿料成分 沥青混合料的组成结构 沥青用量 例如：沥青用量少0.5%空隙率VV 混合料的寿命降低一年。,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.4 耐久性,老化原因：在沥青混合料使用过程中，受到空气中氧、水、紫外线等介质的作用，促使沥青发生诸多复杂的物理化学变化，逐渐老化或硬化，致使沥青混合料变脆易裂，从而导致沥青路面出现各种与沥青老化有关的裂纹或裂缝。,道路工程材料 第三章沥青混合料,影响因素：沥青的老化程度、外界环境因素和压实空隙率等。在气候温暖、日照时间较长的地区，沥青的老化速度快，而在气温较低、日照时间短的地区，沥青的老化速率相对较慢。沥青混合料的空隙率越大，其老化程度也越高。压实空隙率的增大，回收沥青针入度减小，老化程度增加。道路中部车辆作用次数较高，对路面的压密作用较大，中部的沥青比边缘部位沥青的老化程度轻些。,2 沥青混合料的技术性能,2.4 耐久性,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.4 耐久性,解决措施：选择耐老化沥青，有足量的沥青含量。施工过程中，应控制拌合加热温度，并保证沥青路面的压实密度。,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青混合料路面疲劳破坏形成裂缝,2 沥青混合料的技术性能,水稳定性不足：沥青剥离，粘结强度降低，集料松散，易形成坑槽，即“水损坏”。原因：压实空隙率较大、沥青路面排水系统不完善，动水压力对沥青产生剥离作用，将加剧沥青路面的“水损害”病害。,2.5 沥青路面水稳定性,道路工程材料 第三章沥青混合料,进水和荷载力对裂缝作用示意,2 沥青混合料的技术性能,2.5 沥青路面水稳定性,道路工程材料 第三章沥青混合料,水损坏产生的原因及影响沥青路面水稳定性的因素,1、沥青混合料的性质：包括集料性质与沥青性质。2、沥青混合料类型：密级配沥青混合料结构密实、空隙率小，矿粉及沥青用量较大，沥青膜较厚，一般水损害较小。断级配和开级配沥青混合料粗颗粒较多，沥青用量较少。3、施工条件：沥青混凝土路面在施工时，如天气寒冷潮湿，建成的路面就易发生水损害；另外如压实不充分或压实不及时，成型的路面内部存在较多的孔隙，水分易浸入沥青路面结构而导致水损害。4、施工后的环境条件：施工后的环境条件包括气候及交通荷载情况，温度、降雨量、冻融及干湿循环等，都将影响水损害；其它条件相同时，交通荷载繁重可加速水损害的发生和发展。5、路面下的排水情况：路面下排水状况不良，进入路面的水不能及时排除，也将加速路面水损害的发生和发展。,道路工程材料 第三章沥青混合料,2.5 沥青路面水稳定性,沥青路面水损害的处理手段,1.路面结构层均采用水稳定性好的密实型沥青混凝土。,2.采取抗剥落措施改善沥青与矿料之间的粘附性。,3.提高沥青混凝土压实度标准，增加现场空隙率指标（7%分水岭）。,4.设置良好的路面结构内部排水系统，迅速排除渗入路 面结构内的水分。,2 沥青混合料的技术性能,道路工程材料 第三章沥青混合料,2.5 沥青路面水稳定性,2 沥青混合料的技术性能,水稳定性的评价实验方法：水煮法、静态水浸法、光电比色法及搅动水净吸附法等。这些方法是将沥青覆裹在矿料表面，浸入水中，根据矿料表面沥青的剥离程度，判断沥青与集料的粘附性，其中水煮法和静态水浸法是目前道路工程中的常用方法,人为主观性较大，所以还必须结合沥青混合料的水稳定性试验结果进行综合评价。,道路工程材料 第三章沥青混合料,浸水试验 根据浸水前后沥青混合料物理、力学性能的降低程度来表征其水稳定性的一类试验，常用的方法有浸水马歇尔试验、浸水劈裂强度试验和浸水抗压强度试验等。以浸水前后的马歇尔稳定度比值、车辙深度比值、劈裂强度比值和抗压强度比值的大小评价沥青混合料的水稳定性。,2.5 沥青路面水稳定性,2 沥青混合料的技术性能,冻融劈裂试验 将沥青混合料试件分为二组，一组试件用于测定常规状态下的劈裂强度，另一组试件首先进行真空饱水，然后至于-18 条件下冷冻16h，再在60 水中浸泡24h，最后进行劈裂强度测试，在冻融过程中，沥青混合料劈裂强度降低。,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青路面的抗滑性对于保障道路交通安全至关重要。而沥青路面的抗滑性能必须通过合理的选择沥青混合料组成材料、正确的设计与施工来保证。沥青路面的抗滑性与所用矿料的表面构造深度、颗粒形状与尺寸、抗磨性有着密切的关系。,2.6 抗滑性,2 沥青混合料的技术性能,道路工程材料 第三章沥青混合料,2.6 抗滑性,影响因素：矿料表面结构、级配、混合料组成及沥青用量。改善措施：选用耐磨石料，对磨耗率及冲击值有一定要求。需要注意的是，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,2 沥青混合料的技术性能,道路工程材料 第三章沥青混合料,2.6 施工和易性,沥青混合料的施工和易性取决于:矿料级配：适当级配不易产生离析现象沥青粘度及用量气温及施工条件、工艺,2 沥青混合料的技术性能,道路工程材料 第三章沥青混合料,（1）组成材料的影响 主要是矿料级配和沥青用量。在间断级配的矿质混合料中，粗细集料的颗粒尺寸相差过大，中间尺寸颗粒缺乏，混合料容易离析。如果细料太少，或矿粉用量过多时，混合料容易产生疏松且不易压实；反之，如果沥青用量过多，或矿粉质量不好，则容易使混合料结团，不易摊铺。,2.7 施工和易性,2 沥青混合料的技术性能,道路工程材料 第三章沥青混合料,（2）施工条件的影响 如温度，较高温度可保证沥青的流动性，拌和中能够充分均匀地粘附在矿料颗粒表面；在压实期间矿料颗粒能相互移动就位，达到规定的压实密度。但温度过高既会引起沥青老化，也会严重影响沥青混合料的使用性能。沥青混合料的拌和与压实温度与沥青粘度有关，应根据沥青粘度与温度的关系曲线确定,2.7 施工和易性,2 沥青混合料的技术性能,（3）工地气温状况，当地气温越高，施工和易性越好。,道路工程材料 第三章沥青混合料,3 沥青混合料的组成设计,热拌沥青混合料是由矿料与粘稠沥青在专门设备中加热拌合而成，用保温设备运输至现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料，简称“热拌沥青混合料”，以HMA表示。,热拌沥青混合料,热拌沥青混合料,热拌密级配沥青混合料 代表AC,热拌开级配(骨架型)沥青混合料代表SMA、OGFC,分类,道路工程材料 第三章沥青混合料,3 沥青混合料的组成设计,沥青路面的施工有着严格的程序,搅 拌,运 输,摊铺,碾 压,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.1 沥青路面使用性能的气候分区,沥青混合料的物理力学性质,沥青胶结料的选择,沥青混合料使用性能的检验；沥青混合料技术要求,环境因素的影响,3 沥青混合料的组成设计,道路工程材料 第三章沥青混合料,1、气候分区指标,依据：采用工程所在地最近30年内最热月份平均最高气温的平均值。作用：作为反映高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子。区划数目：3个一级区（夏炎热区、夏热区、夏凉区）。,一级区划,3.1 沥青路面使用性能的气候分区,道路工程材料 第三章沥青混合料,依据：采用工程所在地最近30年内的极端最低气温。作用：作为反映温度收缩产生裂缝的气候因子。区划数目：4个二级区（冬严寒区、冬寒区、冬冷区、冬温区）,1、气候分区指标,二级区划,3.1 沥青路面使用性能的气候分区,道路工程材料 第三章沥青混合料,1、气候分区指标,三级区划,3.1 沥青路面使用性能的气候分区,依据：采用工程所在地最近30年的年降雨量的平均值，并作为气候区划的三级指标。作用：作为受雨水影响的气候因子。区划数目：4个三级区（潮湿区、湿润区、半干区、干旱区）,道路工程材料 第三章沥青混合料,2、气候分区的确定,沥青路面使用性能气候分区由一、二、三级区划组合而成，以综合反映该地区的气候特征，见表3-7。如我国上海市属于1-3-1气候区，即为夏炎热冬冷潮湿区，对沥青混合料的高温稳定性和水稳定性要求较高。每级区的数值越小，表明该气候因子对路面的影响越恶劣。,3.1 沥青路面使用性能的气候分区,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.1 沥青路面使用性能的气候分区,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.2 沥青混合料组成材料的技术要求,3 沥青混合料的组成设计,沥青混合料的技术性质决定于组成材料的质量品质、用量比例及沥青混合料的制备工艺等因素，其中组成材料的质量是首先需要关注的问题。,道路工程材料 第三章沥青混合料,原材料的技术要求,表观相对密度 坚固性含泥量 砂当量 亚申蓝值 棱角性,3.2 沥青混合料组成材料的技术要求,（P116P119）,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.2 沥青混合料组成材料的技术要求,3 沥青混合料的组成设计,1、沥青,选择依据：沥青应根据气候条件和沥青混合料类型、道路等级、交通性质、路面类型、施工方法以及当地使用经验等，经技术论证后确定。,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.2 沥青混合料组成材料的技术要求,3 沥青混合料的组成设计,1、沥青,沥青选择原则：,(1)粘度较大的粘稠沥青混合料具有较高的力学强度和稳定性，但粘度过高，则混合料的低温变形能力较差，路面易开裂。(2)反之粘度较低的沥青的混合料在低温时变形能力较好，但在高温时往往会产生较大的高温变形。(3)一般来说，可根据当地沥青路面气候分区的温度水平参照P61第二章表2-7选择沥青。,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.2 沥青混合料组成材料的技术要求,1、沥青,(4)在夏季温度高或高温持续时间长的地区，应采用粘度高的沥青；而在冬季寒冷地区，则宜采用稠度低、低温劲度较小的沥青。(5)对于日温差较大的地区还应考虑选择针入度指数较大、感温性较低的沥青。(6)对于重载交通路段、高速公路更实行渠化交通的路段、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，应选用稠度大的沥青。对于交通量小、公路等级低的路段可选用稠度略小的沥青。,沥青选择原则：,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.2 沥青混合料组成材料的技术要求,3 沥青混合料的组成设计,2、粗集料,粗料集的物理力学性质要求,与沥青的粘附性要求,粗集料的粒径规格,3、细集料,与沥青有良好的粘结能力，在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青面层用沥青粘结性能差的天然砂或用花岗岩、石英岩等酸性岩石破碎的人工砂及石屑时，应采取前述粗集料的抗剥离措施对细集料进行处理。在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青路面面层及抗滑磨耗层中，所用石屑总量不宜超过天然砂或机制砂的用量。,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.2 沥青混合料组成材料的技术要求,3 沥青混合料的组成设计,4、填料,填料最好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，生产矿粉的原石料中泥土杂质应清除。矿粉要求干燥、洁净，能自由地从石粉仓中流出，其质量应符合表3-14的要求。,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.3 热拌沥青混合料配合比设计标准,3 沥青混合料的组成设计,1沥青混合料类型的选择,混合料类型应根据道路等级与所处位置的功能要求进行选择。矿料的最大粒径宜从上至下逐渐增大，并与结构层的设计厚度相匹配。P120 表3-15 沥青面层混合料的最小压实厚度,2沥青混合料的矿料级配范围,沥青混合料的矿料级配组成对其使用性能影响很大，也是配合比设计的重要内容之一。P120P121 表3-16、3-17、3-18,道路工程材料 第三章沥青混合料,3马歇尔试验配合设计技术标准,3.3 热拌沥青混合料配合比设计标准,3 沥青混合料的组成设计,沥青混合料组成材料质量与体积的关系见右图，体积特征参数有密度、空隙率、矿料间隙率和饱和度等指标表征。,沥青混合料的体积特征参数,Pa：沥青的油石比；Pb：沥青含量,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青混合料油石界面图,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.3 热拌沥青混合料配合比设计标准,3 沥青混合料的组成设计,3马歇尔试验配合设计技术标准,沥青混合料的密度 密度是指压实混合料试件单位体积的干质量。在实际使用中，密度（或相对密度）的测试方法非常重要又有一定难度，包括以下指标：,基本概念,理论最大密度 是假设沥青混合料试件被压实至完全密实，没有空隙的理想状态下，即压实沥青混合料试件全部为矿料（包括矿料内部空隙）和沥青所占有，空隙率为零时的最大密度。,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.3 热拌沥青混合料配合比设计标准,3马歇尔试验配合设计技术标准,基本概念,毛体积密度 是指单位毛体积（含沥青混合料实体矿物成分体积、不吸收水分的内口孔隙、能吸收水分的开口孔隙等颗粒表面轮廓所包围的全部毛体积）的干密度。,沥青混合料试件的空隙率 VV 是指压实状态下沥青混合料内矿料与沥青实体之外的空隙（不包含矿料本身或表面已被沥青封闭的孔隙）的体积占试件总体积的百分率，根据压实沥青混合料试件密度和理论最大密度计算。,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.3 热拌沥青混合料配合比设计标准,3马歇尔试验配合设计技术标准,基本概念,沥青混合料试件的空隙率的计算,在相同的压实条件下，连续级配沥青混合料的空隙率随着沥青用量的增加而减小，并与粗集料数量有着显著的相关性。4.75mm筛孔通过百分率越小，粗集料含量越高，试件的空隙率越大。相同配合比的沥青混合料的空隙率随着压实温度增加而显著降低，,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.3 热拌沥青混合料配合比设计标准,3马歇尔试验配合设计技术标准,基本概念,空隙率的影响 空隙率是沥青混合料最重要的体积特征参数，影响着混合料的稳定性和耐久性。空隙率过低，因塑性流动会引发路面车辙；但空隙率过大，可能增加沥青的氧化速率和老化程度，并增加水分进入导致沥青剥落，从而降低混合料的耐久性。,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青混合料矿料间隙率 VMA 矿料间隙率是指压实沥青混合料试件中矿料实体以外的空间体积占试件总体积的百分率，它是试件空隙率与沥青体积百分率之和，由下式表示：,3.3 热拌沥青混合料配合比设计标准,3马歇尔试验配合设计技术标准,基本概念,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青饱和度 VFA 是指压实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，又称为沥青填隙率，如下式所定义。,3.3 热拌沥青混合料配合比设计标准,3马歇尔试验配合设计技术标准,基本概念,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.3 热拌沥青混合料配合比设计标准,4配合设计验证指标的技术标准,为了保证沥青混合料的路用性能，在配合比设计的基础上，结合沥青路面气候分区、道路交通条件等因素对沥青混合料的性能进行检验，主要包括以下技术指标：,高温稳定性 对于高速公路、一级公路和城市快速路、主干路沥青路面上面层和中面层的沥青混合料进行配合比设计时，应进行车辙试验检验。沥青混合料的动稳定度应符合表3-21要求。对于交通量特别大，超载车辆特别多的运煤专线、厂矿道路，可以通过提高气候分区等级来提高对动稳定度的要求。对于轻交通为主的旅游区道路，可以根据情况适当降低要求。,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.3 热拌沥青混合料配合比设计标准,4配合设计验证指标的技术标准,低温抗裂性 为了提高沥青路面低温抗裂性，应对沥青混合料进行低温弯曲试验，试验温度为-10，加载速度为50mm/min。混合料的破坏应变应满足表3-23的要求。,水稳定性检验 在进行沥青混合料配合比设计及性能评价时，除了对沥青与石料的粘附性等级进行检验外，还应在规定条件下进行沥青混合料的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度和冻融劈裂强度比应满足表3-22的要求。改性沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比均不得小于80%。,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.4 密级配热拌沥青混合料配合比设计方法,全过程配合比设计过程 三个阶段：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，即试验路试铺阶段。,3 沥青混合料的组成设计,道路工程材料 第三章沥青混合料,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,配合比设计三个阶段,3.4 密级配热拌沥青混合料配合比设计方法,道路工程材料 第三章沥青混合料,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、OAC0.5%五组沥青用量,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,目标配合比与生产配合比设计关系图,成型3组马歇尔试件,配合比阶段设计区别,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.4 密级配热拌沥青混合料配合比设计方法,1、集料配合比试配 根据所给集料筛析结果，以合成级配中值、上限、下限分别计算出三组集料配合比,2、初定（估算）一个沥青用量，根据成型试件实测技术指标依设计要求选定一组级配 成型马歇尔试件后汇总压实试验结果，与标准对比后确定。,3、成型试件后确定沥青最佳用量（油石比）根据级配结果按0.5%的间隔变化确定五个沥青用量，一次成型五组马歇尔试件，测定相关技术指标列表（3-28）。,道路工程材料 第三章沥青混合料,3.4 密级配热拌沥青混合料配合比设计方法,4、绘制混合料试件物理力学指标与沥青用量关系图 沥青用量与如下指标关系图：毛体积密度、空隙率、沥青饱和度、马歇尔稳定度、流值,5、根据绘图确定沥青最佳含量（1）以各项指标对应沥青最佳用量确定OAC1（2）绘制合成图选定沥青最佳用量OAC2（3）综合确定沥青最佳用量OAC,