沥青溷合料实验规程.ppt
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1、2012.04,公路工程沥青及沥青混合料试验规程,主 要 内 容,沥青路面设计方法,我国沥青路面设计方法的发展,沥青路面设计方法,沥青路面设计方法,沥 青 材 料,来源:天然沥青、石油沥青、焦油沥青、煤沥青、页岩沥青。其中石油沥青产量最大,应用最广加工方法:蒸馏沥青、氧化沥青、溶剂沥青、调和沥青原油性质:石蜡基沥青、环烷基沥青(优质的重交通沥青)、中间基沥青(普通道路沥青)沥青用途:道路沥青、建筑沥青、机场沥青、其他沥青,沥 青 材 料,二组分:沥青质和软沥青质三组分:沥青质、油分和树脂四组分:沥青质、胶质、芳香分、饱和分。沥青质:含量增加,稠度提高,软化点上升。优质沥青必须含有一定数量的沥青
2、质,但克拉玛依沥青是个例外胶质:对沥青延性、粘结力有很大影响芳香分和饱和分:都属油分,起润滑和柔软作用,含量增加,软化点降低,针入度变大,稠度降低五组分:沥青质、氮基、第一酸性分、第二酸性分、链烷分,沥 青 材 料,密度:大小和化学组成有关,一般密度大的沥青其性能较好。实质上是沥青质含量高,饱和分含量低。热膨胀系数:线膨胀系数和体膨胀系数表面张力:与温度等因素有关介电常数比热容导热系数,道路沥青的技术指标和技术要求,针入度:划分沥青标号,越小说明沥青稠度越大软化点:反映的是沥青的黏度,与沥青标号有关;还可反映沥青的温度敏感度,一般认为软化点高,其等黏温度也高,或温度稳定性好延度:反映沥青的柔韧
3、性,越大说明沥青柔韧性越好。如低温下延度大,说明沥青抗裂性能好。一般来说,延度大的沥青含蜡量低,黏结性和耐久性都好,道路沥青的技术指标和技术要求,溶解度:表明沥青的有效成分,溶剂:三氯乙烯、二甲苯闪点:与沥青中轻质油分有关薄膜烘箱试验:反映沥青的耐老化性能含蜡量:对沥青温度稳定性和黏结性有较大影响脆点:反映沥青材料的低温性能我国道路石油沥青采用针入度作为分级标准,提出三个等级。在技术指标中增加了反映沥青感温性能的指标针入度指数PI,沥青高温性能指标-60黏度,并选择10 延度作为评价沥青低温性能的指标。,道路沥青的技术指标和技术要求,针入度分级有局限性,在25温度下,针入度相同的两种沥青,其黏
4、度往往会有较大差别。而黏度是表征沥青黏结性能的重要指标,反映了沥青在中温和高温下的力学性能美国各州公路与运输工作者协会(AASHTO)美国试验与材料协会(ASTM)日本的60 黏度分级的半氧化沥青技术表准,道路沥青的技术指标和技术要求,车辙因子:动态剪切流变仪(DSR)黏度:毛细管黏度计或旋转黏度计拉伸应变:直接拉伸誓言几句蠕变劲度:弯曲梁流变仪质量损失:压力老化箱和旋转薄膜烘箱,沥 青 材 料,沥青在外力作用下抵抗剪切变形的能力测试方法:毛细管黏度计、双筒旋转黏度计、滑板黏度计、流出型黏度计,表征沥青对温度变化的敏感性表示方法:黏温指数、针入度温度敏感性系数、针入度指数、针入度黏度指数、塑性
5、温度范围,沥 青 材 料,沥青与石料之间相互作用所产生的物理吸附和化学吸附的能力评定方法:水煮法试验、浸水法试验、净吸附法试验、示踪盐法光电分光光度法试验,评定方法:薄膜烘箱试验法、老化指数法、SHRP压力老化容器法,沥 青 材 料,弹性:在低温下,黏度增大,流动性降低,表现出弹性性质;在瞬间荷载作用下,也表现为弹性性质塑性、脆性和韧性:车辙是塑性变形积累的结果;冬季开裂是脆性所致;韧性与脆性相反,延度是韧性的度量方法,添加聚合物改性剂有助于韧性的改善黏性:是物体抵抗剪切变形的能力,沥 青 材 料,针入度和软化点之间的关系针入度与黏度的关系软化点与黏度的关系沥青延度与其黏流性质的关系脆点与黏度
6、的关系,沥 青 材 料,蠕变:在应力保持不变的情况下,应变随时间的延长而增大。可用蠕变模量来估算沥青路面的车辙量。松弛:物体在恒定的应变条件下,应力随时间逐渐减小的力学行为劲度模量:体现了沥青力学性能随温度和荷载作用时间的变化规律。并非常数,沥 青 材 料,动态剪切流变试验 美国SHRP规范定义复数剪切模量和相位角的比值为车辙因子,其值越大表示沥青的弹性性质越显著。虽然车辙因子用以表征沥青材料的抗永久变形的能力,反映了沥青的高温稳定性,但其与交通荷载之间的关系还不清楚。,沥 青 材 料,弯曲梁流变试验(BBR)美国SHRP研发的能准确评价低温下沥青劲度和蠕变速率的方法。是应用工程上梁的理论,量
7、测沥青小梁试件在蠕变荷载作用下的劲度。可获得两个参数:蠕变劲度和m值,后者是荷载作用时沥青劲度的变化率。,沥 青 材 料,直接拉伸试验 美国SHRP为测试沥青的拉伸性能研发的试验,用以测定沥青在低温时的极限拉伸应变。沥青成型为哑铃状,试件约重2kg。试验在很低温度下进行,应变很小,采用激光测微计。,改 性 沥 青 材 料,树脂类:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-醋酸乙烯(EVA)橡胶类:丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、橡胶粉热塑性弹性体类:苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物(SIS)、苯乙烯-聚乙烯、丁基聚乙烯(SE/BS)一般认为,树脂类改性沥青具有良好
8、的高温稳定性和抗车辙能力,但对于沥青路面的低温抗裂性无明显改善;橡胶类具有较好的低温抗裂性能和较好的黏结性能;热塑性弹性体类具有较好的温度稳定性,能明显提高基础沥青的高低温性能,降低温度敏感性,增强耐老化疲劳性能。当前,用于沥青改性的聚合物主要是SBS、PE、EVA、SBR四种。,沥 青 混 合 料,最大公称粒径:特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式、砂粒式密实性:密实式、半密实、半开式、开式拌合与摊铺温度:热拌热铺、冷拌冷铺、热拌冷铺组成结构:悬浮密实、骨架空隙、骨架密实、SMA功能:沥青玛蹄脂碎石、排水性、防滑式、浇筑式、环氧沥青混合料、彩色、储存式、再生、乳化、稀浆封层等,沥 青 混 合 料,
9、沥青结合料的黏度集料岩石的种类集料的颗粒形状集料级配矿粉的品种与用量沥青结合料用量环境温度与行车荷载,沥青混合料性能评价方法,轮辙试验沥青路面分析仪轮辙试验蠕变试验三轴试验简单剪切,沥青混合料性能评价方法,低温弯曲试验低温弯曲蠕变试验沥青混合料脆化点温度J积分试验,沥青混合料性能评价方法,残留稳定度试验冻融劈裂试验浸水轮辙试,沥青混合料性能评价方法,试件法试块法试槽法现场法,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,2000-6-15发布,同年10-1实施是对公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-93)的修订共修订15项,增补16项,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,对沥青混合料
10、的密度测试条件进一步作了明确规定,空隙率计算时明确采用毛体积密度,用表干法、蜡封法或体积法测定。当试件基本上不吸水,按规定容许采用水中重法测定时也可用表观密度代替马歇尔试验方法中增补了大型马歇尔试件内容增补了为沥青混合料进行水稳定性检验的冻融劈裂试验配合设计规范确定了沥青混合料面层的设计参数,温度的确定,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,增补室内试验用轮碾法成型的试件表面测定构造深度和渗水性的试验方法增补检验SMA路面沥青用量的析漏试验及分散试验增补评价沥青混合料低温抗裂性能的弯曲蠕变试验增补评价抗剥落剂性能的试验方法及沥青混合料的老化试验方法,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,增
11、补沥青针入度试验方法中测定针入度指数、当量软化点、当量脆点的方法,沥青酸值的测定方法,沥青粘度测定方法,沥青与石料的低温粘结力试验,聚合物改性沥青的离析试验、沥青弹性恢复试验等增补与乳化沥青稀浆封层有关的两个试验方法,即乳化沥青稀浆封层混合料固化时间试验和负荷轮碾压试验方法对沥青蜡含量试验方法等也有局部修订,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,2011-9-13发布,同年12-1实施随着我国公路建设的快速发展,国外许多新设备、新技术和新方法在沥青及沥青混合料中得到广泛应用。为提高我国沥青及沥青混合料的试验和评价水平,原规程需作进一步修订和完善,并非常有必要补充一些新的试验方法。为此,交通运
12、输部在2007年度公路工程行业标准制修订项目计划中下达了原规程的修订任务,由交通运输部公路科学研究院负责修订工作共修订43项,增补13项,删除2项,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,修改完善了部分沥青及沥青混合料试验方法的适用范围、仪器与材料技术要求、方法与步骤在沥青混合料理论最大相对密度测定方法中,取消了真空袋标准,统一采用负压标准,同时对试验步骤中的细节进行了修订对沥青混合料试件密度的测定方法、体积参数的计算方法进行了补充完善;同时对沥青混合料试件的保存条件提出要求,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,增补沥青弯曲蠕变劲度试验(弯曲梁流变仪法)增补沥青流变性质试验(动态剪切流变仪
13、法)增补沥青断裂性能试验(直接拉伸法)增补压力老化容器加速沥青老化试验增补乳化沥青与水混合稳定性试验增补沥青混合料中沥青含量试验(燃烧炉法)增补沥青混合料旋转压实试件制作方法(SGC方法)增补沥青混合料旋转压实和剪切性能试验(GTM法),公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,增补沥青混合料单轴压缩动态模量试验增补沥青混合料四点弯曲疲劳寿命试验增补稀浆混合料车辙变形试验增补稀浆混合料拌合试验增补稀浆混合料配伍性等级试验删除T0723沥青混合料中沥青含量试验(回流式抽提仪法)、T0724沥青混合料中沥青含量试验(脂肪抽提器法),公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,增补沥青混合料单轴压缩动态模
14、量试验增补沥青混合料四点弯曲疲劳寿命试验增补稀浆混合料车辙变形试验增补稀浆混合料拌合试验增补稀浆混合料配伍性等级试验删除T0723沥青混合料中沥青含量试验(回流式抽提仪法)、T0724沥青混合料中沥青含量试验(脂肪抽提器法),公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,包括99个测定沥青和沥青混合料基本工程性质的试验项目。其中沥青试验54个,沥青混合料试验45个“各级公路”是指高速公路、国省道、农村公路和技术标准上的各级公路。对机场道面等专用公路,应充分考虑各自特点,参照规程执行。沥青试验包括道路石油沥青、改性沥青、液体石油沥青、乳化沥青、改性乳化沥青等沥青技术要求试验,沥青混合料包括普通沥青混合
15、料、改性沥青混合料、稀浆混合料等技术要求试验,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,适用条件:在生产厂、储存或交货验收地点为检查沥青产品质量而采集各种沥青材料的样品取样数量:根据国标及ASTM取样法规定制定,将稠沥青或固体沥青样品数量从1.5kg改为4kg。因为数量太少缺乏代表性,数据可能不准,另外防止招标中随便拿一点样品去试验来代替自己产品取样地点:增加了从公路常用的沥青储存池中及验收地点取样,并补充了油罐装料过程中取样方法,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,从储油罐中取样:沥青热态长期静放会有轻度的分离,有点单位仅从储罐顶面用小桶取样会影响实验结果从油桶中取样,ASTM规定可从顶面
16、下75mm处取样,根据我国实际情况,桶装沥青往往容易进水,且桶的上下部沥青可能不均匀,因此从顶面下取样是不合适的,在侧面凿开取样时,为方便取样由75mm改为50mm必须注意防水问题:进水后不仅增加了脱水程序,而且试样经常因脱水加热发生老化高温重复加热会造成沥青老化,因此规范规定应尽量减少加热次数,用于质量仲裁检验的样品,重复加热次数不得超过两次,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,适用条件:黏稠道路石油沥青、煤沥青、聚合物改性沥青等需要加热后才能进行试验的沥青试样与原规程相比,本规程增加了聚合物改性沥青石油沥青取样后送到试验室时通常已冷却固化,在沥青加热、脱水、过滤过程中肯定会影响沥青本身
17、性能,如针入度减小、延度变小等,所以规定必须用烘箱加热融化沥青。尤其是进行质量仲裁试验时,严禁用电炉或明火加热,以免试验数据失真,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,适用条件:使用比重瓶测定沥青材料的密度与相对密度沥青密度用于储油容器中沥青体积与质量的换算,相对密度用于沥青混合料理论密度计算,供配合比设计及空隙率计算使用,但测定相对密度或密度的温度各国有所不同。本次修订试验温度为15和25。需要时也可在其他温度测试,但需在报告中注明对液体沥青相对密度测定方法,国标GB/T8928中并无规定,ASTM D3142及AASHTO T227是采用比重计测定的,方法很简单。同时测定沥青API度,A
18、PI度=(141.5/相对密度15)-131.5,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,适用条件:用于测定道路石油沥青、聚合物改性沥青针入度以及液体石油沥青蒸馏或乳化沥青蒸发后残留物的针入度,以0.1mm计。针入度条件有三项:温度、时间和针质量。这三项要求不符合要求时,将影响实验结果沥青的针入度指数是沥青结合料的温度敏感性指标,反映了针入度随温度而变化的程度,由不同温度的针入度按规定方法计算得到,无量纲。针入度指数不仅可以评价沥青的温度敏感性,同时也可以用来判断沥青的胶体结构。按照沥青的针入度指数PI值可以分为溶胶型结构(PI-2)、溶凝胶型结构(PI=-2+2)、凝胶型结构(PI+2)考虑
19、到针入度值受人为影响因素较多,因此取消了手动针入度仪,统一采用自动针入度仪进行测定,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,标准针对测试结果影响很大试验规程及国标规定有两种尺寸的盛样皿,但在46试验时,沥青的针入度往往超过350,故本试验法按照ASTM D5的规定,补充了一种特制盛样皿的规格要求,内深不小于60mm,试样体积不少于125ml针入度试验结果手温度影响较大,控制温度至关重要由于玻璃皿的容积越小,保持水温越困难,本实验方法仍维持原试验规程的容积不小于1L,高度不小于80mm的规定将沥青试样注入试皿时,不应留有气泡,若有气泡,致密的沥青结构变为海绵结构使针入度值偏高,可用明火将其消掉,
20、以免影响结果。,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,通过实验发现,如果试样在室温下冷却1h,在水浴保温1h,针入度值偏高,说明试样内部的温度不是实际要测定的温度,尤其是工地的试验室,夏季温度很高,所以此次将水浴保温时间去掉了下限影响沥青针入度测定值的一个非常重要的步骤就是标准针与试样表面的接触情况。试验时应让标准针刚好接触试样表面。可将针入度仪置于光线照射处,从试样表面观察标准针的倒影沥青针入度值在试模不同部位试验时有区别,在试模边部及中央表现尤为明显。如果小于10mm,针入度值会偏高,因为针孔距离过近,破坏了沥青原有的组织结构,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,适用条件:适用于测定
21、道路石油沥青、聚合物改性沥青、液体石油沥青蒸馏残留物和乳化沥青蒸发残留物等材料的延度道路石油沥青、液体石油沥青、聚合物改性沥青的试验温度和拉伸速度有区别,低温时需要在试验报告中特别注明对延度仪的测定长度不宜大于150cm本规程对延度仪的试模参照ASTM D113的尺寸图进行了修改注意隔离剂的离析影响延度的因素包括水浴温度、试件在水浴中的恒温时间、水浴密度、试验温度、拉伸速度。温度方面:一是低温延度,当试验温度高于规定时,试验结果偏大,相反偏小;二是高温延度,对较软的沥青结果可能偏小,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,实际试验时,采用玻璃板方便,故本试验法规定为玻璃板或不锈钢板将试件在室温
22、中冷却的时间进行了修改建议刮刀的加热温度不宜超过软化点以上100.在实验过程中还需结合实践经验操作当沥青细丝浮于水面时,应在水中加入酒精,沉入槽底时,加入食盐,试验时应确保水面不受扰动对允许误差的修订,本试验方法考虑到我国现状,采用法国的表示方法同时适当放宽,较能符合实际情况,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,适用条件:测定道路石油沥青、聚合物改性沥青的软化点,也可用于测定液体石油沥青、煤沥青蒸馏残留物或乳化沥青蒸发残留物的软化点对石油沥青,软化点不可能高于80,我国规范采用水槽方法,对一些聚合物改性沥青、建筑石油沥青,软化点可能高于80,则应按ASTM D36规定使用甘油浴试验。软化点
23、结构受温度影响因素一是起始温度,当起始温度高时,对较稠硬的沥青基本无影响,对较软沥青结果则偏小;二是升温速度,速度快,结果偏大,反之则偏小温度计修改为0-100试验方法中水温采用电磁振荡搅拌器使水循环,可使水温更加均匀关于允许误差,和日本道路协会及ASTM的规定相同,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,适用条件:测定道路石油沥青、聚合物改性沥青、液体石油沥青或乳化沥青蒸发残留物的溶解度沥青中能在溶剂中溶解的部分为有效成分ASTM D2042中规定用古氏坩埚及玻璃纤维滤纸,本试验规程相同古氏坩埚及滤纸的溶剂挥发后置于烘箱的温度,国标及1983年试验规程均为105-110,本试验法中规定温度为
24、1055,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,表征沥青在高温下和空气接触后的抗氧化、抗热老化能力的性质,从而预测沥青稳定性程度的一种试验方法烘箱与薄膜加热烘箱相同在试样制备过程中,试样的加热温度不能过高在向盛样皿中倾倒试验时,注意勿使试样滴落在盛样皿的外壁上或高于试样液面的内壁上一定要保证试验温度为1631,保持时间为5h为使质量变化测定结果的准确,试验时需戴干净的手套或用夹子拿盛样皿,称量时亦用夹子并避免温度变化的干扰计算时质量减少表示沥青老化,质量增加同样表示沥青老化报告要求准确至0.01g,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,适用于测定石油沥青、聚合物改性沥青薄膜烘箱加热后质量和
25、性质的变化,测定项目可根据需要决定盛样皿维持原规程的厚度范围0.7-1.0mm,能够满足使用要求不得将不同品种或不同标号的沥青同时放入薄膜烘箱中加热试验,因不同品种沥青在加热过程中可能相互感染试验初始阶段,位置不同的温度计显示温度之差为2-4.5,30min后显示值基本一致关于沥青老化前后指标的表示方法,国内外大都相同,但其中沥青的老化指数定义较乱。我国用双对数黏度差最合适,本方法在规定了黏度比之外,还规定了老化指数的计算方法通常情况下,薄膜加热后,针入度减小,软化点升高,延度减小,如果实验结果与之相反,应检查仪器及操作方法,公路工程沥青及沥青混合料试验规程的修订,优点是试样在垂直方向旋转,沥
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