第四章沥青与沥青混合料ppt课件.ppt

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1、第四章 沥青与沥青混合料,天然（地）沥青 地沥青 石油（地）沥青 沥青 煤沥青 木沥青 焦油沥青 页岩沥青,第一节 石油沥青,一、石油沥青的生产工艺概述(一)石油的基属分类石油是炼制石油沥青的原料，石油沥青的性质首先与石油的基属有关。我国目前的原油分类是按照“关键馏分特性”和“含硫量”进行分类的,1关键馏分特性分类石油在半精馏装置中，于常压下蒸得250275的馏分称为“第一关键馏分”；于 5.33kPa的压力下减压蒸馏，取得275300的馏分称为“第二关键馏分”。两个关键馏分的相对密度，决定两个关键馏分的基属，如石蜡基、中间基或环烷基。2含硫量的分类含硫量0.5者为低硫原油；含硫量高于0.5者

2、为含硫原油。,（二）石油沥青生产工艺,从石油炼制各种石油沥青的生产工艺可按图4-1流程简要说明。,二、石油沥青的组成和结构,(一)元素组成石油沥青是由多种碳氢化合物及其非金属(氧、硫、氮)的衍生物组成的混合物。所以它的组成主要是碳(8087)、氢(1015)，其次是非烃元素，如氧、硫、氮等(3)。此外，还含有一些微量的金属元素，如镍、钒、铁、锰、钙、镁、钠等，但含量都很少，约为几个至几十个ppm(百万分之一)。,(二)化学组分,将沥青分离为化学性质相近，而且与其路用性质有一定联系的几个组，这些组就称为“组分”。,1三组分分析法三组分分析法是将沥青分离为：油分、树脂和沥青质3个组分。在油分中往往

3、含有蜡，在分析时还应将油蜡分离。该方法分析流程是用正庚烷沉淀沥青质，继将溶于正庚烷中的可溶分用硅胶吸附，装于抽提仪中抽提油脂，再用苯-乙醇抽出树脂。最后将抽出的油蜡用丁酮-苯为脱蜡溶剂。在-20的条件下，冷冻过滤分离油、蜡。,2四组分分析法饱和分、环烷-芳香分、极性-芳香分和沥青质等的色层分析方法。也有将上述4个组分称为：饱和分、芳香分、胶质和沥青质。将沥青试样先用正庚烷沉淀“沥青质(At)”，再将可溶分(即软沥青质)吸附于氧化铝谱柱上，先用正庚烷冲洗，所得的组分称为“饱和分(S)”；继用甲苯冲洗，所得的组分称为“芳香分(Ar)”；最后用甲苯-乙醇、甲苯、乙醇冲洗，所得组分称为“胶质(R)”。

4、对于含蜡沥青，可将所分离得的饱和分与芳香分，以丁酮-苯为脱蜡溶剂，在-20下冷冻分离固态烷烃，确定含蜡量。,3.沥青的含蜡量蜡的存在，在高温时会使沥青容易发软，导致沥青路面高温稳定性降低，出现车辙。在低温时会使沥青变得脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂缝；此外，蜡会使沥青与石料的粘附性降低，在有水的条件下，会使路面石子产生剥落现象，造成路面破坏；使沥青路面的抗滑性降低，影响路面的行车安全。,（四）胶体结构,沥青的技术性质，不仅取决于它的化学组分及其化学结构，而且取决于它的胶体结构。1胶体结构的形成沥青的胶体结构，是以固态超细微粒的沥青质为分散相。通常是若干个沥青质麋集在一起，它们吸附了极性半

5、固态的胶质，而形成“胶团”。由于胶溶剂胶质的胶溶作用，而使胶团胶溶、分散于液态的芳香分和饱和分组成的分散介质中，形成稳定的胶体。,2胶体结构分类可分下列3个类型。（1）溶胶型结构 当沥青中沥青质分子量较低，并且含量很少(例如在10以下)，同时有一定数量的芳香度较高的胶质，称为溶胶型沥青（如图4-3a）。,图43 沥青的胶体结构示意图a)溶胶型结构；b)溶-凝胶型结构；c)凝胶型结构,这类沥青的特点是，当对其施加荷载时，几乎没有弹性效应，剪应力（）与剪变率成直线关系，呈牛顿流型流动，这类沥青也称为“牛顿流沥青”。这类沥青在路用性能上，具有较好的自愈性和低温时变形能力，但温度感应性较差。,(2)溶

6、-凝胶型结构 沥青中沥青质含量适当，并有较多数量芳香度较高的胶质。特点是，在变形时，最初阶段，表现出一定程度的弹性效应，但变形增加至一定数值后，则又表现出一定程度的粘性流动，是一种具有粘-弹特性的伪塑性体。这类沥青，在高温时具有较低的感温性；低温时又具有较好的形变能力。,(3)凝胶型结构 沥青中沥青质含量很高，并有相当数量芳香度高的胶质来形成胶团。这类沥青的特点是，当施加荷载很小时，或在荷载时间很短时，具有明显的弹性变形。当应力超过屈服值(0)之后，则表现为粘-弹性变形。这类沥青称为弹性沥青。这类沥青在路用性能上，虽具有较好的温度感应性，但低温变形能力较差。,3胶体结构类型的判定沥青的胶体结构

7、与其路用性能有密切的关系。当PI+2时为凝胶型，PI=-2+时为溶凝胶型结构。,三、石油沥青的技术性质,(一)物理特征常数我国规定温度为15。也可用相对密度表示.。沥青的密度与其化学组成有密切的关系，通过沥青的密度测定，可以概略地了解沥青的化学组成。通常粘稠沥青的密度波动在0.961.04 g/cm3范围。我国富产石蜡基沥青，其特征为含硫量低、含蜡量高、沥青质含量少，所以密度常在1.00 g/cm3以下。,(二)粘滞性,沥青的粘滞性(简称粘性)通常用粘度表示，所以粘度是现代沥青等级(标号)划分的主要依据。,沥青粘度的测定方法1)绝对粘度测定方法沥青绝对粘度的测定方法，沥青运动粘度采用毛细管法；

8、沥青动力粘度采用真空减压毛细管法。,2)条件粘度测定方法(1)标准粘度计法 测定液体石油沥青、煤沥青和乳化沥青等的粘度。在标准粘度计中，于规定的温度，通过规定的流孔直径，流出50mL体积，所需的时间(s)。试验条件以CT,d表示。其中C为粘度，T为试验温度，d为流孔直径。常用的流孔有3mm、4mm、5mm和10mm等4种。,(2)针入度法(Penetration)测定粘稠沥青粘度。在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定时间贯入沥青试样的深度(以110mm为单位计)。常用的试验条件为P25，100g，5s。此外，为确定针入度指数(PI)时，针入度试验常用条件15、25和30等，但标准针质量

9、和贯入时间均为lOOg和5s。,(3)软化点 采用环与球法软化点。将沥青试样注于内径为19.8mm的铜环中，环上置一重3.5g的钢球，在规定的加热速度(5/min)下进行加热，沥青试样逐渐软化，直至在钢球荷重作用下，使沥青产生25.4mm挠度时的温度，称为软化点。起始温度为5，当软化点高于80时，起始温度为32，用甘油作为介质。根据已有研究认为：沥青在软化点时的粘度约为1200Pas，或相当于针入度值800(110mm)。据此，可以认为软化点是一种人为的“等粘温度”。,(三)延性,用延度作为条件延性指标来表征。将沥青试样制成8字形标准试件(最小断面1cm2)，在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的

10、长度(以cm计)称为延度。温度T=15（或10，改性沥青为5），拉伸速度v=50.25cmmin条件下的延度。,(四)流变特性,流变学是根据应力、应变和时间来研究物质流动和变形的构成与发展的一般规律的科学。1感温性沥青材料的温度感应性(简称感温性)是采用“粘度”随“温度”而变化的行为(粘-温关系)来表达。目前最常用的有下述两种方法。,1)针入度指数法针入度指数(Penetration lndex 简称PI)：沥青针入度值的对数(1gP)与温度(T)具有线性关系，即lgP=AT+K 式中A为直线斜率，K为截距(常数)。称A为针入度-温度感应性系数。,（1）基本公式 假定软化点时的针入度值为800

11、(1/10mm)，建立针入度-温度感应性系数A的基本公式，,(2)实用公式 对不同温度条件下测试的针入度值取对数，令y=lgP,x=T，直线回归。LgP=K+AlgPenT 式中：T不同试验温度，相应温度下的针入度为P；K回归方程的常数项a；AlgPen为回归方程系数b。,按式确定沥青的针入度指数PI，并记为PIlgPen。,2）当量软化点T800 当量软化点是相当于沥青针入度为800时的温度，用以评价沥青的高温稳定性.,(五)粘附性,沥青与集料的粘附性直接影响沥青路面的使用质量和耐久性，所以粘附性是评价沥青技术性能的一个重要指标。,评价粘附的方法有水煮法和水浸法 最大粒径大于13.2mm者采

12、用水煮法；小于(或等于)13.2mm者采用水浸法。水煮法是选取粒径为13.219mm形状接近正立方体的规则集料5个，经沥青裹覆后，在蒸馏水中沸煮3min，按沥青膜剥落的情况分为5个等级来评价沥青与集料的粘附性。水浸法是选取9.513.2mm的集料lOOg与5.5g的沥青在规定温度条件下拌和。配制成沥青-集料混合料，冷却后浸入80的蒸馏水中保持30min，然后按剥落面积百分率来评定沥青与集料的粘附性。,(六)耐久性,1影响因素影响沥青耐久性的因素，主要有：大气(氧)、日照(光)、温度(热)、雨雪(水)、环境(氧化剂)以及交通(应力)等因素。,2评价方法,1)热致老化由于路面施工加热导致沥青性能变

13、化的评价，：对粘稠石油沥青，应进行“薄膜加热试验。对液体沥青，则应进行蒸馏试验。（1）沥青薄膜加热试验 又称“薄膜烘箱试验”(Thinfilm oven test简称TFOT)。将50g沥青试样，盛于内径139.7mm、深为9.5mm的铝皿中，使沥青成为厚约3mm的薄膜。在1631的烘箱中加热5h。以加热前后的质量损失、针入度比和15及10的延度值作为评价指标。,沥青在薄膜加热试验后的性质，相当于在150拌和机中拌和1.01.5min后的性质。后来又发展了“旋转薄膜烘箱试验”（RTFOT)，试验时间缩短为75min。,(2)蒸馏 对于液体沥青则用蒸馏试验来代替蒸发损失试验。液体沥青中轻质馏分挥

14、发后，沥青粘度将明显提高，从而使路面粘聚力得到提高。蒸馏试验是确定液体沥青含有此种轻质挥发性油的数量，以及挥发后沥青的性质。,2)耐候性评价沥青在气候因素(光、氧、热和水)的综合作用下，路用性能衰降的程度，可以采用“自然老化”和“人工加速老化”试验。通常只有在科研时才进行耐候性试验。,(七)安全性将沥青试样盛于标准杯中。当加热到某一温度时，点火器扫拂过沥青试样任何一部分表面，出现一瞬即灭的蓝色火焰状闪光时，此时温度即为闪火点。继续加热，至达点火器扫拂过沥青试样表面发生燃烧火焰，并持续5s以上，此时的温度即为燃烧点。,四、石油沥青的技术标准,(一)粘稠石油沥青的技术标准各个沥青等级的适用范围应符

15、合表4-3的规定，道路石油沥青质量应符合表4-4规定的技术要求。沥青标号分为30，50，70，90，110，130，160等7个标号。,(二)液体石油沥青的技术标准,按凝结速度分为快凝AL(R)、中凝AL(M)和慢凝AL(S)3个等级，快凝液体沥青按粘度分为AL(R)-1和AL(R)-2两个标号，中凝和慢凝液体沥青按粘度分为AL(M)-1AL(M)-6和AL(S)-1AL(S)-6等6个标号。除粘度的要求外，对不同温度的蒸馏馏分含量及残留物的性质，闪点和含水量等亦提出相应的要求。,第二节 其他沥青,一、煤沥青煤沥青是由煤干馏的产品煤焦油再加工而获得的。路用煤沥青主要是由炼焦或制造煤气得到的高温

16、焦油加工而得。以高温焦油为原料可获得数量较多且质量较佳的煤沥青。而低温焦油则相反，获得的煤沥青数量较少，且往往质量亦不稳定。,(一)化学组成和结构煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫和碳的衍生物的混合物。其元素组成主要为C、H、O、S和N。煤沥青元素组成的特点是“碳氢比”较石油沥青大得多，它的化学结构主要是由高度缩聚的芳核及其含氧、氮和硫的衍生物，在环结构上带有侧链，但侧链很短。,(二)技术性质与技术标准,1技术性质煤沥青与石油沥青相比，在技术性质上有下列差异：(1)温度稳定性较低(2)与矿质集料的粘附性较好(3)气候稳定性较差,2。技术标准煤沥青按照粘度分为：T-1，T-2T-9等9

17、个标号。,二、乳化沥青,乳化沥青主要是由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分所组成经机械高速搅拌而成。乳化沥青具有许多优越性，其主要优点为：1冷态施工、节约能源。2利便施工、节约沥青。3保护环境、保障健康,沥青乳化剂按其亲水基在水中是否电离而分为离子型和非离子型两大类。离子型乳化剂按其离子电性，又衍生为阴(或负)离子型、阳(或正)离子型和两性离子型等三类。阴离子型沥青乳化剂是在溶于水中时，能电离为离子或离子胶束，且与亲油基相连的亲水基团带有阴（负）电荷的乳化剂；带阳（正）电荷的乳化剂为阳离子型乳化剂；既带有阴电荷又带有阳电荷的乳化剂为两性离子型乳化剂。,第三节 沥青混合料,按照现代沥青路面的建筑工艺

18、，沥青与不同组成的矿质集料可以修建成不同结构的沥青路面。,按施工方法：层铺法和拌和法。层铺法：沥青表面处治；沥青贯入式。拌和法：冷拌沥青混合料；热拌沥青混合料。,1定义 沥青混合料：由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称。按材料组成及结构分为连续级配、间断级配混合料。按矿料级配组成及空隙率大小分为密级配（空隙率36%）、半开级配（空隙率612%）、开级配混合料（空隙率18%）。,2沥青混合料的分类1)按结合料分类(1)石油沥青混合料(2)煤沥青混合料 2)按施工温度分类(1)热拌热铺沥青混合料(2)常温沥青混合料,3)按矿质集料级配类型分类(1)连续级配沥青混合料 沥青混合料中的矿料是按级配

19、原则，从大到小各级粒径都有,按比例相互搭配组成的混合料，称为连续级配混合料。(2)间断级配沥青混合料 连续级配沥青混合料矿料中缺少一个或若干个档次粒径的沥青混合料称为间断级配沥青混合料。,4)按混合料密实度分类(1)密级配沥青混合料 密级配沥青混合料：按密实级配原理设计组成的各种粒径颗粒的矿料与沥青结合料拌和而成，设计空隙率36%。(2)开级配沥青混合料 矿料级配主要由粗集料嵌挤组成，细集料及填料较少，设计空隙率大于18%。（3）半开级配沥青碎石混合料 由适当比例的粗集料、细集料及少量填料（或不加填料）与沥青结合料拌和而成，设计空隙率612%.,5)按最大粒径分类（1）特粗式：公称最大粒径等于

20、或大于31.5mm。（2）粗粒式：公称最大粒径26.5mm。（3）中粒式：公称最大粒径为16mm或19mm。（4）细粒式：公称最大粒径为9.5mm或13.2mm。（5）砂粒式：公称最大粒径小于9.5mm。,一、沥青混合料的组成结构和强度形成原理,(一)沥青混合料的组成结构1沥青混合料组成结构的现代理论(1)表面理论 沥青混合料是由粗集料、细集料和填料经人工组配成密实的级配矿质骨架，此矿质骨架由稠度较稀的沥青混合料分布其表面，而将它们胶结成为一个具有强度的整体。,(2)胶浆理论 认为沥青混合料是一种多级空间网状结构的分散系。它是以粗集料为分散相而分散在沥青砂浆的介质中的一种粗分散系；同样，砂浆是

21、以细集料为分散相而分散在沥青胶浆介质中的一种细分散系；而胶浆又是以填料为分散相而分散在高稠度的沥青介质中的一种微分散系。,2沥青混合料的组成结构类型(1)悬浮-密实结构 当采用连续型密级配矿质混合料.这种结构的沥青混合料，虽然具有较高的粘聚力c；但摩阻角较低，因此高温稳定性较差。(2)骨架-空隙结构 当采用连续型开级配矿质混合料时，虽然具有较高的内摩阻角，但粘聚力c较低。(3)密实-骨架结构 当采用间断型密级配矿质混合料时，不仅具有较高的粘聚力c，而且具有较高的内摩阻角。,三种典型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,（二）沥青混合料的强度形成原理

22、,1沥青混合料抗剪强度的材料参数路面高温时由于抗剪强度不足或塑性变形过剩而产生推挤等现象。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。为了防止沥青路面产生高温剪切破坏，我国城市道路沥青路面设计方法。R,沥青混合料的抗剪强度：=c+tg 式中：沥青混合料的抗剪强度(MPa)；正应力(MPa)；c沥青混合料的粘结力(MPa)；沥青混合料的内摩擦角(rad)。,2影响沥青混合料抗剪强度的因素1)影响沥青混合料抗剪强度的内因(1)沥青粘度的影响 在其他因素固定的条件下，沥青混合料的粘聚力c是随着沥青粘度的提高而增加的。(2)沥青与矿料化学性质的影响 沥青与矿粉交互作用后，沥青在矿粉表

23、面产生化学组分的重新排列，在矿粉表面形成一层厚度为乱的扩散溶剂化膜。在此膜厚度以内的沥青称为“结构沥青”，在此膜厚度以外的沥青称为“自由沥青”。,沥青与矿料相互作用不仅与沥青的化学性质有关，而且与矿粉的性质有关。在不同性质矿粉表面形成不同组成结构和厚度的吸附溶化膜，在石灰石粉表面形成较为发育的吸附溶化膜；而在石英石粉表面则形成发育较差的吸附溶化膜。所以在沥青混合料中，当采用石灰石矿粉时，矿粉之间更有可能通过结构沥青来联结，因而具有较高的粘聚力。,(3)矿料比面的影响“比表面积”(简称“比面”)。在沥青混合料中矿粉用量虽只占7左右，而其表面积却占矿质混合料的总表面积的80以上，所以矿粉的性质和用

24、量对沥青混合料的抗剪强度影响很大。希望0.075mm粒径的含量不要过少；但是0.005mm部分的含量亦不宜过多，否则将使沥青混合料结成团块，不易施工。,(4)沥青用量的影响 在沥青用量很少时，随着沥青用量的增加，结构沥青逐渐形成，使沥青与矿料间的粘附力随着沥青的用量增加而增加。当沥青用量足以形成薄膜并充分粘附矿粉颗粒表面时，沥青胶浆具有最优的粘聚力。随后，如沥青用量继续增加，在颗粒间形成“自由沥青”，则沥青胶浆的粘聚力随着自由沥青的增加而降低。,(5)矿质集料的级配类型、粒度、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。,2)影响沥青混合料抗剪强度的外因(

25、1)温度的影响 粘聚力c值随温度升高而显著降低，但是内摩擦角受温度变化的影响较少。(2)形变速率的影响 c值随变形速率的增加而显著提高，而值随变形速率的变化很小。,二、沥青混合料的技术性质和技术标准,1高温稳定性沥青混合料高温稳定性，是指沥青混合料在夏季高温(通常为60)条件下，不产生车辙和波浪等病害的性能。用马歇尔稳定度和动稳定度试验、室内大型环道试验和路上加速加载试验等来评价沥青混合料抗车辙能力。,(1)马歇尔稳定度 马歇尔稳定度的试验测定：马歇尔稳定度(MS)、流值(FL)指标。稳定度是指标准尺寸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(kN)；流值是达到最大破坏荷重时试件

26、的垂直变形(以mm计)。,(2)车辙试验 制成300mm 300mm50mm的沥青混合料试件，在60的温度条件下，以一定荷载的轮子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lmm所需试验车轮行走次数，即为动稳定度。,2低温抗裂性对密级配沥青混合料在-10、加载速率50mm/min的条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、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。,3耐久性从耐久性角度出发，希望沥青混合料空隙率尽量减少，以防止水的渗入和日光紫外线对沥青的老化作用等，但是一般沥青混合料中均应残留36空隙，以备夏季沥青材料膨胀

27、。沥青混合料空隙率与水稳定性有关。,沥青路面的使用寿命还与混合料中的沥青含量有很大的关系。沥青用量较最佳沥青用量少0.5的混合料能使路面使用寿命减少一半以上。,必须在规定的条件下进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验沥青混合料的水稳定性。达不到要求时必须采取抗剥落措施，调整最佳沥青用量后再次试验。,水是引起沥青路面早期破坏的主要原因之一。宜利用轮碾机成型的车辙试验试件，脱模架起进行渗水试验。,4抗滑性注意粗集料的耐磨光性，应选择硬质有棱角的集料。硬质集料往往属于酸性集料，与沥青的粘附性差。对表面层（或磨耗层）的粗集料提出了磨光值指标。沥青用量超过最佳用量的0.5即可使抗滑系数明显降低。含蜡量对沥

28、青混合料抗滑性有明显的影响，含蜡量高抗滑性差。,5施工和易性级配情况，如粗细集料的颗粒大小相距过大，缺乏中间尺寸，混合料容易离析；如细集料太少，沥青层就不容易均匀地分布在粗颗粒表面；细集料过多，则使拌和困难。此外当沥青用量过少，或矿粉用量过多时，混合料容易产生疏松不易压实。,三、沥青混合料组成材料的技术性质,(一)沥青沥青材料的技术性质，随气候条件、交通性质、沥青混合料的类型和施工条件等因素而异。通常较热的气候区，较繁重的交通，细粒式或砂粒式的混合料则应采用稠度较高的沥青；反之，则采用稠度较低的沥青。,(二)粗集料沥青混合料用粗集料应该洁净、干燥、无风化、不含杂质。在力学性质方面，压碎值和洛杉

29、矶磨耗率应符合规范要求。经检验属于酸性岩石的石料，为保证与沥青的粘附性，应采用下列抗剥离措施：(1)用干燥的磨细消石灰或生石灰粉、水泥作为填料的一部分。(2)在沥青中掺加抗剥离剂。(3)将粗集料用石灰浆处理后使用。,(三)细集料,沥青混合料用细集料可采用天然砂、机制砂及石屑。细集料应该洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒组成。技术指标：表观相对密度；坚固性（0.3mm部分）；含泥量（小于0.075mm的含量）；砂当量；亚甲蓝值；棱角性（流动时间）。,（四）填料,在沥青混合料中起填充作用的粒径小于0.075mm的矿质粉末称为填料。填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石(憎水性石料)经磨细得

30、到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。矿粉要求于燥、洁净，其质量应符合规范要求。,粉煤灰作为填料使用时，烧失量应小于12，塑性指数应小于4。粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50。高速公路、一级公路的沥青面层不宜采用粉煤灰做填料。拌和机采用干法除尘，石粉尘可作为矿粉的一部分回收使用，湿法除尘，石粉尘回收使用时应经干燥粉尘处理，且不得含有杂质。回收粉尘的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。,四、沥青混合料的矿料级配,密级配沥青混合料宜根据公路等级、气候及交通条件选择采用粗型（C型）或细型（F型）混合料，并在范围内确定工程设计级配范围，通常情况下工程设计级配范围不宜超出表的要求

31、。其中关键性筛孔对于AC-20，AC-25为4.75mm,其余为2.36mm。,五、热拌沥青混合料配合比设计方法,沥青混合料配合比设计包括：试验室配合比（目标配合比）设计、生产配合比设计和试拌试铺配合比调整（生产配合比调整）等三个阶段。,（一）试验室配合比设计阶段,1.矿质混合料的配合组成设计通常是采用规范推荐的矿质混合料级配范围来确定。按现行规范(JTG F40-2004)的规定，按下列步骤进行：,1）确定工程设计级配范围沥青混合料的矿料级配应符合工程设计规定的级配范围。密级配沥青混合料宜根据公路等级、气候及交通条件选择采用粗型（C型）或细型（F型）混合料，确定工程设计级配范围。,2)矿质混

32、合料配合比例计算(1)组成材料的原始数据测定。(2)计算组成材料的配合比 矿料配合比设计宜借助电子计算机的电子表格用试配法进行。(3)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，切在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。,（4）根据当地的实践经验选择适宜的沥青用量，分别制作几组级配的马歇尔试件，测定矿料间隙率（VMA），初选一组满意或接近设计要求的级配作为设计级配。,2马歇尔试验沥青混合料的最佳沥青用量(Optimum asphal

33、t content简称OAC)。采用实验的方法确定沥青最佳用量，目前最常用的是马歇尔法。,配合比设计马歇尔试验技术标准按规定执行。1）计算矿料混合料的合成毛体积相对密度sb,2）按式计算矿料混合料的合成表观相对密度sa,3）预估沥青混合料的适宜的油石比Pa或沥青用量Pb,4）确定矿料的有效相对密度对非改性沥青混合料，宜以预估的最佳油石比拌和2组的混合料，采用真空法实测最大相对密度，取平均值。然后由式(4-19)反算合成矿料的有效相对密度se,5）以预估的油石比为中值，按一定间隔（对密级配沥青混合料通常为0.5%），取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。标准试件：直径101.6mm,高

34、63.51.3mm,6）测定压实沥青混合料试件的毛体积相对密度f和吸水率，取平均值。（1）通常采用表干法测定毛体积相对密度；（2）对吸水率大于2%的试件，宜改用蜡封法测定的毛体积相对密度。,7）确定沥青混合料的最大理论相对密度对非改性的普通沥青混合料，在成型马歇尔试件的同时，按4）的要求用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度ti。当只对其中一组油石比测定最大理论相对密度时，也可按式（4-20）或（4-21）计算其他不同油石比的最大理论相对密度ti。,8）计算沥青混合料试件的空隙率、矿料间隙率VMA、有效沥青的饱和度VFA等体积指标，进行体积组成分析。,9）进行马歇尔试验，测定马歇尔稳定度

35、及流值。（1）马歇尔稳定度 试件，在60的条件下，保温3040min，然后将试件放置于马歇尔稳定度仪上，以505mm/min的形变速度加荷，直至试件破坏时的最大荷载(以kN计)称为马歇尔稳定度（简称MS)。,(2)流值 在测定稳定度的同时，测定试件的流动变形，当达到最大荷载的瞬间，试件所产生的垂直流动变形值(以mm计)称为流值(简称FL)。在有X-Y记录仪的马歇尔稳定度仪上，可自动绘出荷载(P)与变形(F)的关系曲线1。,3确定最佳沥青用量（或油石比）1)绘制油石比（或沥青用量）与物理-力学指标关系图。确定均符合规范规定的沥青混合料技术标准的沥青用量范围OACminOACmax。,2)根据试验

36、曲线的走势，按下列方法确定沥青混合料的最佳沥青用量OACl。从图中取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率（或中值）、沥青饱和度范围的中值的沥青用量a1、a2、a3、a4。求取四者的平均值作为最佳沥青用量的初始值OAC1。即OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4如果在所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，取三者的平均值作为OAC1。OAC1=(a1+a2+a3)/3,对所选择试验的沥青用量范围，密度或稳定度没有出现峰值（最大值经常在曲线的两端）时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1，但OAC1必须介于OACminOACmax的范围内，否则应重新进行配合比设计。

37、,3）以各项指标均符合技术标准（不含VMA）的沥青用量范围OACminOACmax的中值作为OAC2。OAC2=（OACmin+OACmax）/24）取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC。OAC=（OAC1+OAC2）/25）按式计算的最佳沥青用量OAC，从图中得出所对应的空隙率和VMA值，检验是否能满足表关于最小VMA值的要求。OAC宜位于VMA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。6）检查图中相应于此OAC的各项指标是否均符合马歇尔试验技术标准。,7）根据实践经验和公路等级、气候条件、交通情况，调整确定最佳沥青用量OAC。（

38、1）调查当地各项条件相接近的工程的沥青用量及使用效果，论证适宜的最佳沥青用量。检查计算得到的最佳沥青用量是否接近，如相差甚远，应查明原因，必要时重新调整级配，进行配合比设计。（2）对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段，山区公路的长大坡度路段，预计有可能产生较大车辙时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1%0.5%作为设计沥青用量。,（3）对寒区公路、旅游公路、交通量很少的公路，最佳沥青用量可以在OAC的基础上增加0.1%0.3%，以适当减小设计空隙率，但不得降低压实度的要求。,8）按式计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量。,9）检验最佳沥青用量时的粉胶

39、比和有效沥青膜厚度。按式计算沥青混合料的粉胶比，宜符合0.61.6的要求。对常用的公称最大粒径为13.219mm的密级配沥青混合料，粉胶比宜控制在0.81.2范围内。,（2）计算集料的比表面，估算沥青混合料的沥青膜有效厚度。SA=（PiFAi）。,4配合比设计检验1）对用于高速公路和一级公路的密级配沥青混合料，需在配合比设计的基础上按规范要求进行各种使用性能的检验，不符合要求的沥青混合料，必须更换材料或重新进行配合比设计，其他等级公路的沥青混合料可参照执行。,2）配合比检验按计算确定的设计最佳沥青用量在标准条件下进行。3）高温稳定性检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，按规定方法进行

40、车辙试验，动稳定度应符合要求。对于公称最大粒径大于19mm的混合料，如需检验可加厚试件厚度。4）水稳定性检验。按规定的试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度及残留强度比均必须符合规定。,5）低温抗裂性检验。对公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，按规定方法进行低温弯曲试验，其破坏应变宜要求。6）渗水系数检验。利用轮碾机成型的车辙试件进行渗水试验检验的渗水系数宜符合要求。,（二）生产配合比设计阶段,以上决定的矿料级配及最佳沥青用量为目标配合比设计阶段，对间歇式拌和机，必须从二次筛分后进入各热料仓的材料取样进行筛分，以确定各热料仓的材料比例，供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓进

41、料比例以达到供料均衡，并取目标配合比设计的最佳沥青用量，最佳沥青用量0.3等三个沥青用量进行马歇尔试验，确定生产配合比的最佳沥青用量。由此确定的最佳沥青用量与目标配合比设计的结果的差值不宜大于0.2%。,（三）生产配合比验证阶段,拌和机采用生产配合比进行试拌，铺筑试验段，并用拌和的沥青混合料及路上钻取的芯样进行马歇尔试验检验，由此确定生产用的标准配合比。标准配合比应作为生产上控制的依据和质量检验的标准。标准配合比的矿料级配至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔的通过率接近优选的工程设计级配范围的中值，并避免在0.30.6mm处出现“驼峰”。对确定的标准配合比，宜再次进行车辙试验和水稳定性检验。,