沥青路面越来越多地被应用于不同等级公路其原因何在.ppt

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1、沥青路面越来越多地被应用于不同等级的公路，其原因何在？,高速公路,城市道路,但是！,第五章 沥青混合料,老化定义？,在长期的大气因素作用下，因沥青塑性降低，脆性增强，粘聚力减小，导致路面表面产生松散，引起路面破坏。,沥青路面老化现象,夏季高温沥青易软化，路面易产生车辙、波浪；冬季低温时易脆裂，在车辆重复作用下易产生开裂。,波浪,车辙,泛油,温度稳定性差的表现：,一、定义 沥青混合料是将经合理级配组成的矿质混合料（如碎石、砂、矿粉等），与适量的沥青材料在一定温度下经拌和所组成的混合物。将沥青混合料经摊铺后碾压成型，即成为各种类型的沥青混合料路面。,沥青混凝土：结构是粗集料较多、细集料和矿粉也较多

2、。特点：对级配要求严格、密实度大、空隙率10%，抗渗性好。沥青碎石：结构是粗集料较多，没有矿粉或矿粉含量较少。特点：对级配要求不很严格，不密实，空隙率10%，热稳定性好。,沥青 混合料,矿料级配组成及空隙率大小,矿质混合料的级配类型,制造工 艺分,公称最大粒径,1.特粗式沥青混合料2.粗粒式沥青混合料3.中粒式沥青混合料4.细粒式沥青混合料5.砂粒式沥青混合料,1.连续级配沥青混合料2.间断级配沥青混合料,1.密级配沥青混合料2.半开级配沥青混合 料3.开级配沥青混合料,1.热拌沥青混合料2.冷拌沥青混合料3.再生沥青混合料,热拌沥青混合料,定义：热拌沥青混合料是经人工组配的矿质混合料与粘稠沥

3、青 在专门设备中加热拌和而成，并在热态下进行摊铺和压 实的混合料，也称为：热拌热铺沥青混合料。,一、热拌沥青混合料的组成结构及强度理论,1组成结构理论表面理论：矿料形成矿质骨架，沥青作为胶结材料。起主导作用的是：矿料的强度及其级配的密实度。胶浆理论：指沥青混合料是多级空间网络状结构的多级分散系。以集料为分散相，分散在沥青砂浆的介质中起主导作用的是：沥青与填料之间的关系。分为：微分散系、细分散系、粗分散系,2.沥青混合料组成结构类型1）悬浮-密实结构：属于连续型密级配，细集料较多，粗集料较少 特点：粘聚力大，内摩阻角小，高温稳定性差。强度主要来源于沥青的 粘结力。沥青路面中，要求至少有一层是密级

4、配沥青混合料。2）骨架-空隙结构：属于连续开级配，粗集料多，细集料少 特点：沥青与矿料间的粘聚力差，空隙率大，耐久性差，但热稳定性 好，内摩阻力大，强度主要来源于粗集料间的摩擦力。使用这种混合料时，面层下面必须作下封层。3）骨架-密实结构：是一种理想结构，它既有一定的粗集料形成骨架，又有足够的细集料充填空隙，既有较高的粘聚力，又有较高的内摩阻角。,3.沥青混合料的强度理论沥青混合料铺筑的路面产生破坏的主要原因：夏季高温时的抗剪强度不足导致变形过大产生推挤、拥包等现象 冬季低温时抵抗变形能力过差导致裂缝的产生要求沥青混合料必须具备抗剪强度和抵抗变形的能力，一般采用库伦内摩擦理论，三个参数：抗剪强

5、度,黏聚力c和内摩阻角有如下关系式:,内因：1.沥青黏度的影响 通常沥青的黏度越高，沥青混合料的抗剪强度越高。黏聚力c随着沥青黏度的提高而增加，略有上升,2.沥青与矿料的吸附作用 物理吸附 矿料与沥青间的分子力吸附，与沥青表面活性物质含量有关，且只有在干燥状态下才具有一定的黏附力。化学吸附,4.影响沥青混合料抗剪强度的因素,沥青在沥青混合料中以两种形式存在，一种为结构沥青，一种为自由沥青。,沥青与矿料交互作用后，沥青在矿料表面形成一层扩散结构膜如下图所示，在结构膜以内的称为结构沥青，在结构膜以外的称为自由沥青。,当矿粉的用量一定时，沥青用量过少：不足以包裹矿料表面，使得沥青混合料的强度低；随着

6、沥青的增加，完全包裹在矿料表面，逐渐形成结构沥青，使得沥青与矿料间的黏结力随沥青用量的增加而增加；但沥青用量过多，使得未与矿粉相互作用的自由沥青含量增加，沥青胶结物的粘聚力随自由沥青含量的增加而降低。同时，内摩擦角也降低。,3.沥青与矿粉用量比例,当沥青的用量一定时，矿粉量越多，能提高结构沥青的比例，沥青和矿料的黏结力就高。但矿粉量也不能太多，否则使沥青混合料结团成型，不易施工。,故存在着最佳沥青用量,4.矿料级配类型及表面性质的影响,矿料的级配类型：密级配c、；开级配c、；间断 级配c、。矿料的表面状态：集料颗粒具有棱角、近似正方体、表面有 明显的粗糙度时，具有很大的内摩擦角（），混合料的

7、抗剪强度高（）。,5.温度及形变速率产生的影响,温度升高：沥青易变形，黏聚力C下降，强度降低；温度降低：黏聚力C升高，内摩擦角变化不大，故抗剪强度 增加，变形能力降低，所以温度过低使沥青混 合料路面开裂。加荷频率高，产生不可恢复的永久变形。随着形变速率的增加，黏聚力c显著提高，内磨擦角变化很小，故强度增加。,外因：,二、沥青混合料的技术性质和技术标准,沥青路面使用性能的气候分区,（3）耐久性,马歇尔试验稳定度,车辙试验动稳定度,（1）高温稳定性,（2）低温抗裂性,低温弯曲试验,水稳性,耐老化性,耐疲劳性,浸水马歇尔试验残留稳定度（%）,冻融劈裂试验残留强度比（%）,（4）抗滑性,（5）施工和易

8、性,1.高温稳定性 指沥青混合料在夏季高温条件下，经车辆荷载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等病害的性能。评定高温稳定性的方法：目前我国普遍采用的是马歇尔试验，通过测定沥青混合料稳定度（KN）和流值（以0.1mm计）两项指标，反映沥青混合料的高温稳定性。此外，对于路面性能要求较高的还应通过车辙试验（次/mm）测定其抗车辙能力。提高温度稳定性的措施：提高粘聚力：采用高稠度沥青；控制沥青最佳用量 采用碱性矿粉；提高内摩租角：增加粗集料用量 采用表面粗糙有棱角的集料等,2.低温抗裂性 沥青混合料随温度的降低，变形能力下降，路面由于低温而收缩以及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝，从而影响道路的正常使

9、用。低温裂缝引起的原因：混合料低温脆化、低温缩裂、温度疲劳引起的；低温脆化是指其在低温条件下，变形能力降低。低温缩裂通常是由于材料本身的抗拉强度不足而造成的。温度疲劳，由于多次温度循环而造成的疲劳破坏。措施：设计时选择沥青要稠度较低、温度敏感性低、抗老化能力强,指在长期的荷载作用和自然因素影响下，保持正常使用状态而不出现剥落和松散等损坏的能力。,3.耐久性,影响因素：沥青的化学性质、矿料的矿物成分、混合料的组成结构等；针对混合料的组成结构：,混合料的空隙率 空隙率尽可能小 但仍要留一定的空隙率，规定混合料中应残留3%的空隙率沥青的用量 沥青的用量低于最佳用量时，残留空隙率增大，耐久性下降。沥青

10、与矿料间的作用 尽量提高结构沥青的比例，提高混合料的粘聚力，防止路面剥落。,空隙率（残留空隙率）：评价沥青混合料压实程度的指标。压实后，空隙的体积占沥青混合料总体积的百分率。沥青饱和度（即沥青的填隙率）沥青体积占矿料间隙体积的百分率 饱和度过小，沥青难以充分裹覆矿料，粘聚性下降，空隙 率也增大。所以耐久性下降；饱和度过大，夏季引起路面泛 油，降低了面层的高温稳定性。而且自由沥青多，粘聚力下降。饱和度要适中。,一般采用马歇尔试验测定沥青混合料试件的空隙率、饱和度和残留稳定度等指标，来评价沥青混合料的耐久性。,残留稳定度 残留稳定度是反映沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力。浸水后的稳定度与标准马歇

11、尔稳定度的百分比即为残留稳定度。,4.抗滑性,随着公路等级的提高和车辆行驶速度的加快，路面的抗滑性显得尤为重要。路面的抗滑能力与沥青混合料的粗糙度、级配组成、沥青用量和矿质集料的微表面性质等因素有关。面层集料应选用质地坚硬具有棱角的碎石，采取适当增大集料粒径，适当减少一些沥青用量及严格控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。,5.施工和易性,影响因素：矿料级配：不易离析现象沥青用量 沥青用量多，容易结块，不容易摊铺。沥青用量少，混合料较松散，不易压实。故沥青用量要适量 另外，气候情况，机械性能，施工能力等外部条件也会不同程度地影响施工和易性目前，评价施工和易性还没有一个定量的指标，只能凭

12、经验来目估。,沥青混合料在施工过程中是否容易拌和、摊铺、压实的性能。,（三）热拌沥青混合料的技术标准,按热拌沥青混合料马歇尔试验指标要求，参照公路沥青路面施工技术规范技术标准。,沥青混合料的拌合,沥青混合料的运输,沥青混合料的摊铺,沥青混合料的碾压,沥青路面的施工有着严格的程序,这就是建材课程要解决的问题,沥青材料,沥青混合料组成材料,粗集料,细集料,填料,基质沥青改性沥青,各种粒径的碎石（方孔筛）,天然砂机制砂石屑,矿粉,（1）沥青材料 不同型号的沥青材料，具有不同的技术指标，适用于不同等级、不同类型的路面，在选择沥青材料的时候，要考虑到气候条件、交通量、施工方法等情况。寒冷地区宜选用稠度较

13、小，延度较大的沥青，以免冬季裂缝；较热地区选用稠度较大，软化点高的沥青，以免夏季泛油、发软。一般路面的上层宜用较稠的沥青，下层和联结层宜用较稀的沥青。,（2）粗集料 要求洁净、干燥、无风化、无杂质，并且具有足够的强度和耐磨性。一般选用高强、碱性的岩石轧制成接近于立方体、表面粗糙、具有棱角的颗粒。沥青混合料对粗集料的级配不单独提出要求，只要求它与细集料、矿粉组成的矿质混合料能符合相应的沥青混合料的矿料级配范围。每种混合料按空隙率分为I型(空隙率为)和 II型（空隙率为610）两种。,（3）细集料 沥青混合料的细集料可根据当地条件及混合料级配要求选用天然砂或人工砂，在缺少砂的地区，也可用石屑代替。

14、但对于高等级公路的面层或抗滑表层，石屑的用量不宜超过砂的用量。一种细集料不能满足级配要求时，可用两种以上、不同级配的细集料掺合使用。,（4）矿粉 矿粉是由石灰岩或岩浆岩中的碱性岩石磨制而成的，也可以利用工业粉末、废料、粉煤灰等代替，但用量不宜超过矿料总量的。其中粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50。矿粉应干燥、不含泥土杂质和石块，含水量应不大于。,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,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,矿质混合料的组成设计,最佳沥青用量确定,矿料的配合比设计,确定级配范围,马歇尔试验结果分析,确定沥青混合料的类型,物理、

15、力学指标的测定,预估沥青用量制备试样，,沥青混合料的配合比设计,HMA 热拌沥青混合料，A 普通道路石油沥青，T 道路煤沥青AH 重交通量道路用石油沥青(重交通道路沥青)PC 喷洒型阳离子乳化沥青；BC 拌和型阳离子乳化沥青PA 喷洒型阴离子乳化沥青；BA 拌和型阴离子乳化沥青AL（R）快凝液体石油沥青AL（M）中凝液体石油沥青AL（S）慢凝液体石油沥青AC 沥青混凝土混合料；LH 沥青混凝土混合料（采用圆孔筛时）AM 沥青碎石混合料；LS 沥青碎石混合料（采用圆孔筛时）AK 抗滑表层沥青混合料LK 抗滑表层沥青混合料（采用圆孔筛时）,OAC 沥青混合料的最佳沥青用量，MS 马歇尔稳定度，FL

16、 马歇尔试验的流值VV 沥青混合料中的空隙率VMA 沥青混合料中的矿料间隙率，VFA 沥青混合料中的沥青饱和度，DS 沥青混合料车辙试验的动稳定度，COC 沥青的克利夫兰杯开工式闪点，TOC 沥青的泰格杯开式闪点，PSV 石料的磨光值，TFOT 沥青的薄腊加热试验，PI 沥青的针入度指数,确定沥青混合料类型 根据道路等级、路面类型、结构层位来选择沥青混合料的类型；确定矿质混合料的级配范围 参照公路沥青路面施工技术规范推荐的级配作为沥青混合料的设计级配，见书中表5-14；,1.矿质混合料的配合组成设计 目的：选配一个具有足够密实度，并且有较高内摩阻力的 矿质混合料,配合比设计组成材料的原始数据测

17、定：取样、筛分、测密度计算组成材料的配合比：试算法、图解法调整配合比a：一般情况下合成级配曲线应尽量接近设计级配中值，尤其是0.075、2.36、4.75mm三个筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中值b：高等级公路偏下（粗）限 一般公路偏上（细）限c：合成级配，合理适用,2.确定最佳沥青用量（OAC）采用马歇尔试验法来确定沥青最佳用量。按所设计的矿料配合比配制五组矿质混合料，每组按规范推荐的沥青用量范围加入适量沥青，并按0.5%的间隔递增，拌合均匀制成马歇尔试件，进行试验，测出试件的密实度、稳定度和流值等；绘制沥青用量与物理-力学指标关系图，确定出最佳沥青用量。,最佳沥青用量确定,（1）将不同

18、油石比（沥青用量）的马歇尔试验的所有指标点绘于图上：,规范要求5KN,a1=5.9%,a2=5.28%,规范要求24.5mm,规范要求36%,a3=5.32%,规范要求7085%,规范要求14%,从上述图上找出毛体积密度最大值对应沥青用量a1、稳定度最大值对应沥青用量a2、目标空隙率（或中值）对应沥青用量a3、沥青饱和度范围内的中值对应沥青用量a4,计算：OAC1=（a1+a2+a3+a4）4,a1=5.9%；a2=5.28%；a3=5.32%；a4无法确定,如果所选择的沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，只取a1、a2、a3计算,OAC1=（a1+a2+a3）3,（2）确定OAC1,（

19、3）确定OAC2,从上述图上找出符合规范要求的各技术指标的用油量，绘于下图，找出满足所有指标的公共沥青用量范围，并查出最大值OACmax和最小值OACmin。,公共沥青用量中OACmax=5.78%OACmin=5.37%,计算OAC2=（OACmax+OACmin）2,（4）最佳沥青用量OAC=（OAC1+OAC2）2,（5）检查图中所对应于OAC的各项指标是否均符合马歇 尔试验技术标准,此时，还应包括矿料间隙率VMA的检验。,（6）调整沥青的最佳用量,对热区公路以及重交通的高速公路、一级公路，山区公路 的长大坡度路段，预计有可能造成较大车辙的情况下，将 沥青最佳用量减少0.1%-0.5%作

20、为设计沥青用量。对寒区公路及其它等级公路，旅游公路、交通量很少的公 路，最佳用量可在OAC的基础上增加0.1%-0.3%，但不得降 低压实度的要求。,（7）检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度,3.配合比的设计检验,高温稳定性检验：对于公称最大粒径等于或小于19mm的混合料，必须按最佳沥青用量制作试件进行车辙试验。水稳定性检验：测定浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比低温抗裂性检验渗水系数检验,SMA是沥青玛蹄脂碎石的缩写，是一种沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多的填料（矿粉）组成的沥青玛蹄脂填充于间断级配的粗集料骨架间隙中，所形成的沥青混合料，简称SMA。,沥青玛蹄脂碎石混合料,1

21、.抗车辙能力高2.优良的抗裂性能 在低温条件下，由于SMA混合料中有着相当数量的沥 青玛蹄脂，当温度下降时，沥青玛蹄脂具有较高的粘结能 力，它的韧性和柔性使得混合料具有良好的低温变形能力。3.较好的抗滑性能 采用间断级配的矿料，压实后表面形成的构造深度 大，一般超过1mm，这是得沥青面层具有良好的抗滑性和耐 磨性能，还能减少溅水，减少噪声，提高道路行驶质量。,SMA的技术性质,4.良好的耐久性 在SMA混合料中，粗集料骨架空隙被富含沥青的玛蹄脂 密实填充，并将集料颗粒粘结在一起，沥青在集料表面形 成较厚的沥青膜。此外，SMA混合料空隙率较小，沥青于水 或空气的接触较少，因而SMA混合料的水稳定

22、性和抗老化性 较普通沥青混合料为好；又由于SMA混合料及本事不透水 的，对中、下面层和基层有着较好的保护作用和隔水作 用，使沥青路面保持较高的整体强度和稳定性。,5.摊铺和压实性好6.能见度好7.降低噪音,(二)SMA的组成材料要求,1.沥青 在SMA混合料中，要求沥青具有较高的粘度，与集料有良好的粘附性。SMA所用沥青质量必须符合我国“重交通道路沥青技术要求”，并应采用比当地常用热拌沥青混合料所用沥青硬一级的沥青。南方炎热地区可以采用AH-70,寒冷地区用AH-70 或AH-90。对于高速公路、承受繁重交通的重大工程道路、夏季特别炎热活冬季特别寒冷地区的道路，最好采用改性沥青配制SMA混合料

23、。,2.集料 用于SMA混合料中的粗集料应是高质量的轧制碎石，其岩石应坚韧，具有较高的强度和刚度，应严格控制集料中的针状颗粒含量，集料的力学性质要高于沥青混凝土的要求，还要尽量选择碱性集料。细集料最好使用坚硬的机制砂，当采用普通石屑作为细集料时，宜采用石灰岩石屑，石屑中不得含有泥土类杂物。当与天然砂混用时，天然砂的含量不宜超过机制砂或石屑的比例。细集料质量除了满足普通热拌沥青混合料对细集料的要求外，棱角性最好大于45%。,3.稳定剂纤维 主要作用：一是稳定沥青，二是增加沥青混合料的抗拉强度和抗滑能力。无稳定剂时易产生流淌、离析 稳定剂可用纤维和聚合物,(三)SMA的应用,矿料通过皮带输入拌和楼

24、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、OAC0.3%三组沥青用量,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,生产配合比设计,一、矿料组成设计,1取样各种集料，此处取样的集料为热料，是经热料仓,2筛分分级热料（水洗法）,3取筛分后的通过率用图解法确定热料的组成比例,进行试验确定最佳沥青用量（同目标配合比的方法,1根据上述方法确定的热料比例，按照目标配合比的,OAC、OAC0.3%三组沥青用量成型马歇尔试件,（同目标配合比冷料确定方法 一样）。,振动筛二次筛分后的分级热料。,二、最佳沥青用量确定,2检验最佳沥青时的粉胶比和有效沥青膜厚度（与目,标配合比一样）,一样）。,生产配合比验证,车辙试验,浸水马歇尔试验,冻融劈裂试验,低温弯曲试验,渗水试验,高温稳定性检验,水稳定性检验,低温抗裂性检验,渗水系数检验,一、沥青混合料的技术性能检验,钢渣活性检验,二、沥青混合料的施工工艺确定,通过铺筑试验路段，确定机械组合、压实方式、施工工艺等。,通过试验确定,