学习情境 4-2 沥青混合料试验

学习情境 4-2沥青混合料试验 福建交通职业技术学院黄玉萍

学习目的 • 能够进行沥青混合料目标配合比设计 • 能进行沥青混合料拌和，制作试件，测定沥青混合料的毛体积密度和表观密度 • 能用马歇尔试验仪测定沥青混合料的流值和稳定度，确定沥青的最佳用量

学习任务书 某工地计算某公路面层沥青混合料中各种矿质材料的配合比，用马歇尔试验的稳定度等指标确定沥青最佳用量。 • (1)设计原始资料；混合料种类——中粒式沥青混合料，最大粒径25mm。 • 沥青混合料制备条件与施工设备：沥青混合料在工厂拌和，用摊铺机铺筑压路机碾压。 • (2)组成材料技术性质： • 沥青材料：环烷——中间基石油沥青，测定针入度、软化点、延度三大指标，试验结果符合技术要求。 • 矿质材料：碎石、砂、矿粉等分别进行筛分析。 • 要求：1）用矩形图解法确定矿质混合料级配组成。 • 2）确定沥青混合料的沥青最佳用量。

1．沥青混合料是一种粘弹性材料，具有良好的力学性能，铺筑的路面平整无缝，振动小，噪音低，行车舒适。1．沥青混合料是一种粘弹性材料，具有良好的力学性能，铺筑的路面平整无缝，振动小，噪音低，行车舒适。 2．路面平整且有一定的粗糙度，耐磨好，无强烈反光，有利于行车安全。 3．施工方便，施工时不需要养护，能及时开通交通。 4．维修简单，旧沥青混合料可再生利用。 1．沥青路面容易老化。 2．温度稳定性差。沥青混合料概述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？地方道路何为沥青混合料? 但是！高速公路城市道路

沥青路面老化现象 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。

温度稳定性差的表现： 车辙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。泛油波浪

沥青混合料分类 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.密级配沥青混合料 2.半开级配沥青混合料 3.开级配沥青混合料材料级配组成及空隙率大小分公称最大粒径分沥青混合料材料组成及结构分制造工艺分 1.连续级配沥青混合料 2.间断级配沥青混合料 1.热拌沥青混合料 2.冷拌沥青混合料 3.再生沥青混合料目前公路与城市道路路面多采用复合类的沥青混合料，如AC-16F既属于热拌沥青混合料、又属于密级配的、中粒式沥青混合料。

热拌沥青混合料种类 沥青混合料分类

1.技术性质 2.技术标准沥青混合料技术性质和技术标准马歇尔试验—稳定度（0.1mm）（1）高温稳定性车辙试验—动稳定度（次／mm）（2）低温抗裂性低温弯曲试验浸水马歇尔试验—残留稳定度（%）水稳性冻融劈裂试验—残留强度比（%）（3）耐久性耐老化性耐疲劳性（4）抗滑性（5）施工和易性就是马歇尔试验指标要求《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004 参考规范

这是路面施工要解决的问题 沥青混合料学习内容这就是建材课程要解决的问题沥青路面的施工有着严格的程序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

沥青混合料学习内容 拌制沥青混合料，需解决以下问题： 1.对原材料有何要求？如何对其检测？ 2.怎样配制沥青混合料？即如何进行配合比设计？沥青混合料的拌合

最好都是 碱性材料沥青混合料材料组成沥青混合料组成材料沥青材料粗集料细集料填料各种粒径的碎石（方孔筛）天然砂机制砂石屑基质沥青改性沥青矿粉

原材料名称 技术指标执行标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000 针入度针入度指数软化点延度蜡含量闪点溶解度密度沥青材料压碎值磨耗值表观相对密度吸水率坚固性针片状颗粒含量＜0.075mm颗粒含量软尽弱颗粒含量磨光值粘附性破碎面要求粗集料 1.《公路工程集料试验规程》 JTG E42-2005 2.《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004 细集料表观密度含水量粒径范围外观亲水系数塑性指数加热安定性填料沥青混合料原材料技术要求原材料的技术要求（P204~P207）表观相对密度坚固性含泥量砂当量亚申蓝值棱角性

目标配合比与生产配合比都是 两方面的设计，二者有何区别？沥青混合料配合比阶段设计内容配合比设计三个阶段目标配合比设计阶段矿料的组成设计图解法或试算法集料筛分（水洗法）确定工程级配范围最佳沥青用量确定马歇尔试验预估计算沥青用量沥青与集料相对密度测定生产配合比设计阶段生产配合比验证阶段

图解法确定 热料比例生产配合比确定生产配合比最佳沥青用量 OAC 沥青混合料配合比阶段设计区别目标配合比与生产配合比设计关系图振动筛二次筛分热料取样冷料筛分矿料通过皮带输入拌和楼干燥筒加热提升到拌和楼热料仓热料筛分取分级通过调整控制室皮带图解法确定冷料比例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转速达到设计比例目标配合比为生产配合比最佳沥确定目标配合比最佳沥青用量 OAC 青用量确定提供标准根据冷料比例成型5组马歇尔试件根据目标配合比的 OAC、OAC±0.3% 三组沥青用量根据热料比例成型3组马歇尔试件

筛孔尺寸 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 规范上限 100 92 80 62 48 36 26 18 14 8 规范下限 90 76 60 34 20 13 9 7 5 4 规范中值 95 84 70 48 34 24.5 18 13 9.5 6 目标配合比设计步骤目标配合比设计一、矿料组成设计根据设计类型查施工技术规范，确定C或F型类型及级配范围，并计算级级配中值。（一）确定工程级配范围（合成级配） AC-16F沥青混凝土合成级配要求

目标配合比设计步骤 目标配合比设计一、矿料组成设计（二）取样各种集料（冷料）筛分（水洗法） 1．此处取样的集料为冷料，可以从料场直接取样。 2．矿粉直接从包装袋中取样。 3．料场取样尽量要有代表性、均匀性。 4．其他指标也需检测，只是配合比设计时不使用。

目标配合比设计步骤 目标配合比设计一、矿料组成设计（二）取样各种集料筛分（水洗法）四分法取样 4．筛分试验（1）试验时取样方法采用四分法。（2）水泥混凝土用集料可采用干筛法试验。立面图平面图（3）沥青混合料及基层用集料用水洗法试验。（4）采用通过百分率进行下一步计算。

目标配合比设计步骤 目标配合比设计一、矿料组成设计（三）用图解法或试验算法确定各种矿料的组成比例 1．绘制矩形图框。 2．连接对角线，表示设计级配中值（即平均值）。 3．采用数学坐标绘制纵坐标，表示集料通过百分率（%）。 4．用以下方法绘制横坐标，表示筛孔尺寸（mm）：（1）先计算每个筛孔的设计级配中值（通过率）；（2）在纵坐标上根据每个筛孔的设计级配中值，平行作直线与对角线相交；（3）根据交点作垂线，与横坐标的交点即为每个筛孔的位置。 5．在矩形图上绘制出各集料的通过百分率的筛分曲线。 6．按照各集料曲线重叠、相接、相离三种情况确定各集料的用量比例。 7．根据确定的集料比例计算矿料的合成级配，判断其是否在工程级配范围内，否则需进行比例调整，重新计算直到满足标准为止。

目标配合比设计步骤

AC-16F矿料合成级配曲线示例 纵坐标为数学坐标横坐标为泰勒曲线的横坐标

目标配合比设计步骤 目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（一）测定沥青与集料的相对密度 1．测定沥青的相对密度（γb）测定标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000 非经注明，测定沥青密度的标准水温为15℃。沥青与水的相对密度是指25℃相同温度下的密度之比。可以测定15℃密度，换算得相对密度（25℃/25℃）二者换算关系为：沥青与水的相对密度（25℃/25℃）＝沥青的密度（15℃）×0.996 2．测定集料毛体积相对密度（ γ）与表观相对密度（ γ′）（网篮法）测定标准《公路工程集料试验规程》 JTG E42-2005

100 100 γsa= γsb= P1 P1 P2 P2 Pn Pn …… …… + + + + γ1 γ2 γn γ1′ γ2′ γn′ 目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定 P1、P2…Pn－各种矿料的比例, 其和为100 γ1、γ2…γn－各种矿料相应的毛体积相对密度 γ1′、γ2′…γn′－各种矿料相应的表观相对密度（二）预估计算沥青用量 1．计算矿料的合成毛体积密度（γsb） 2．计算矿料的合成表观相对密度（ γsa）

× Pa1 γsb1 Pa Pa= γsb Pb= 100 + Pa Pa1—已建类似工程标准油石比,% γsb—矿料合成毛体积相对密度 γsb1—矿料合成毛体积相对密度目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（二）预估计算沥青用量 3．预估沥青混合料适宜的油石比（Pa）或含油量（Pb）

原用混合料质量 × 要求试件高度调整后的混合料质量 = 所得试件高度目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定测定标准（三）马歇尔试验《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000 1．按照确定的矿料比例配料，根据预估的油石比为中值，以0.5%的间隔成型5组马歇尔试件。（1）按确定的矿料比例，计算本次成型试件所需矿料的数量。（2）烘料时，粗细可混合加热，矿粉单独加热。（3）试模、套筒及击实座等应置于100℃烘箱中加热1h。（4）拌合时先加入粗细集料到拌合机，再加入热沥青（沥青采用减量法称量），拌和1~1.5min，再加入加热后的矿粉，继续拌和，标准拌合时间共3min。（5）成型马歇尔试件时试模上下要垫滤纸，试件周边插捣15次，中间插捣10次，应先成型1个试件进行高度校核，校核公式如下：（6）根据调整后的混合料质量进行称量，成型所有试件。

目标配合比设计步骤 目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（三）马歇尔试验测定标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000 2．冷却、脱模工程上常采用室温下用电风扇吹12h以上冷却（1）冷却方法有三种试件横置室温冷却：12h以上最好，但时间太长。电风扇吹：1h以上较好，但冷却效果不好，时间一般需延长。浸水冷却：3min以上局限性大，只能用于测定稳定度和流值。（2）脱模 3．高度测量测量工具：游标卡尺测量方法：四个方向测量，取平均值。合格判断：标准试件63.5±1.3mm；超出此范围作废。

γf = mf + mw ma mf － ma × Sa = 100 mf － mw 目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定测定标准（三）马歇尔试验《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000 4．马歇尔试件密度测定（1）通常采用表干法测定毛体积相对密度（2）对于吸水率大于2%的试件，宜改用蜡封法测定毛体积相对密度。

目标配合比设计步骤 目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（三）马歇尔试验测定标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000 5．马歇尔稳定度、流值测定标准马歇尔试件养护温度为60℃ 养护时间为30~40min

γse－矿料的有效相对密度,无量纲 Pb－试验采用的沥青含量,% γt－试验沥青含量条件下实测的混合料的最大理论相对密度,无量纲 γb－沥青的相对密度(25℃/25℃),无量纲 C－合成矿料的沥青吸收系数 wx－合成矿料的吸水率,% γsb－矿料的合成毛体积相对密度,无量纲 γsa－矿料的合成表观相对密度,无量纲目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（三）马歇尔试验计算标准 6．马歇尔物理指标计算《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004 （1）确定矿料的有效相对密度（ γse）

+ 100 Pai 或 γti－相对于计算沥青用量Pb时的混合料最大理论相对密度,无量纲 Pai－所计算的沥青混合料中的油石比,% Pbi－所计算的沥青混合料中的沥青含量, Pbi= Pai／(1+ Pai),% Psi－所计算的沥青混合料中的矿料含量 Psi= 100－Pbi,% γse－矿料的有效相对密度,无量纲 γb－沥青的相对密度(25℃/25℃),无量纲 γti= 100 Pai + γse γb 100 γti= Pbi Psi + γb γse 目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（三）马歇尔试验 6．马歇尔物理指标计算计算标准《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004 （2）确定沥青混合料的最大理论相对密度（ γti）

VV－试件的空隙率,% VMA－试件的矿料间隙率,% VFA－试件的有效沥青饱和度,% γf－试件的毛体积相对密度,无量纲 γt－混合料的最大理论相对密度,实测或计算,无量纲 Ps－各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和, PS=100－PS,% γsb－矿料的合成毛体积相对密度,无量纲目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（三）马歇尔试验 6．马歇尔物理指标计算计算标准《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004

毛体稳积定相度对 (KN) 密度 (%) (%) 油石比油石比目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（四）最佳沥青用量确定 1．将不同油石比（或含油量）的马歇尔试验的所有指标点绘于图上： a1=5.9% 规范要求＞5KN a2=5.28%

空流隙值率 (mm) (%) (%) 油石比 (%) 油石比目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（四）最佳沥青用量确定 1．将不同油石比（或含油量）的马歇尔试验的所有指标点绘于图上： a3=5.32% 规范要求3~6% 规范要求2~4.5mm

饱间和隙度率 (%) (%) (%) (%) 油石比油石比目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（四）最佳沥青用量确定 1．将不同油石比（或含油量）的马歇尔试验的所有指标点绘于图上： a4无法确定规范要求＞14% 规范要求70~85%

目标配合比设计步骤 目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（四）最佳沥青用量确定 2．确定OAC1 （1）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 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（2）计算OAC1=（ a1 +a2+ a3+ a4）／4 OAC1=（ a1 +a2+ a3）／3=5.50%

目标配合比设计步骤 目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（四）最佳沥青用量确定 3．确定OAC2 （1）从上述图上找出符合规范要求的各物理指标的用油量，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% （2）计算OAC2=（OACmax+OACmin）／2 OAC2=5.58%

目标配合比设计步骤 目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（四）最佳沥青用量确定 4．最佳沥青用量OAC=（OAC1+OAC2）／2 OAC=（OAC1+OAC2）／2 = 5.54%

Pba－被集料吸收的沥青结合料比例,% Pbe－有效沥青膜用量,% γse－矿料的有效相对密度,无量纲 γsb－材料的合成毛体积相对密度,无量纲 γb－沥青的相对密度(25℃/25℃),无量纲 Pb－沥青含量,% PS－各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和, PS=100－PS,% Vbe－有效沥青体积百分率,% Vg－矿料的体积百分率,% γf－试件的毛体积相对密度,无量纲 VV－试件的空隙率,% 目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（四）最佳沥青用量确定 5 ．检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度（1）计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量（2）根据需要计算有效沥青的体积百分率及矿料的体积百分率

FB－粉胶比,无量纲 P0.075－矿料中0.075mm的通过率,% Pbe－有效沥青含量,% SA－集料的比表面积,m2／kg Pi－各种粒径的通过率,% FAi－相应于各种粒径的集料的表面积系数 DA－沥青膜有效厚度,μm γb－沥青的相对密度(25℃/25℃),无量纲目标配合比设计步骤目标配合比设计二、最佳沥青用量的确定（四）最佳沥青用量确定 5 ．检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度（3）计算最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度

生产配合比设计步骤 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，是经热料仓振动筛二次筛分后的分级热料。 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（同目标配合比冷料确定方法一样）。二、最佳沥青用量确定 1．根据上述方法确定的热料比例，按照目标配合比的 OAC、OAC±0.3%三组沥青用量成型马歇尔试件进行试验确定最佳沥青用量（同目标配合比的方法一样）。 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）

生产配合比验证 生产配合比验证一、沥青混合料的技术性能检验高温稳定性检验车辙试验浸水马歇尔试验水稳定性检验冻融劈裂试验低温抗裂性检验低温弯曲试验渗水系数检验渗水试验钢渣活性检验通过试验确定二、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。

冷拌沥青混合料 再生沥青混凝土沥青稀浆封层混合料多碎石沥青混凝土其他沥青混合料桥面铺装材料多孔隙沥青混凝土表面层沥青玛蹄脂碎石(SMA) 其他沥青混合料介绍

课后小结 • 沥青混合料是由粗集料、细集料、矿粉及沥青混合而成的混合材料。具有良好的力学性能及路用性能。 • 热拌沥青混合料的强度有很多方面，目前重点研究其在高温时的抗剪强度。混合料中结构沥青的比例是影响强度的最重要的因素，对过控制沥青用量及矿粉用量等手段来实现。 • 沥青混合料有几项技术性质，且相互间既有联系又有矛盾，目前作重考虑其高温时的稳定性。通过马歇尔试验测定稳定度、流值等指标来控制。 • 沥青混合料的配合比设计包括矿料配比设计及最佳沥青用量设计两个方面。矿料配比设计一般用图解法，最佳沥青用量一般用马歇尔试验法。 • 马歇尔试验包括试件成型、物理指标测定及力学指标测定几个方面。较复杂的是各项物理指标的换算。

学 习 情 境 4-2 沥青混合料试验