第四章 沥青混合料

1. 第四章 沥青混合料 山东建筑大学 交通工程专业

2. 4.5 热拌沥青混合料配合比设计方法 4.6 SMA及其他沥青混合料 4.1 概述 4.2沥青混合料抗剪强度及其影响因素 4.3 沥青混合料技术性质 4.4 沥青混合料材料要求 主要内容 渠道部第二季度经营分析 2011月年6

3. 学习任务及要求 • 掌握沥青混合料的类型与组成结构； • 了解沥青混合料的强度形成原理； • 掌握沥青混合料的技术性质(沥青混合料的体积指标及其路用性能)和技术标准。 • 掌握普通热拌沥青混合料的组成设计(沥青路面使用性能气候分区、材料技术要求、级配组成范围、配合比设计方法及技术要求)； • 了解SMA混合料和其他类型沥青混合料特点及组成设计方法。 渠道部第二季度经营分析 2011月年6

4. 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 4.1 概述 1. 定义： 沥青混合料是有矿质混合料与沥青结合料经拌制而成的总称； 沥青混合料经摊铺、压实成型后成为沥青路面； 2. 分类 1.密级配沥青混合料AC 2.半开级配沥青混合料AM 3.开级配沥青混合料OGFC 1.特粗式 2.粗粒式 3.中粒式 4.细粒式 5.砂粒式 1.热拌沥青混合料HMA 2.冷拌沥青混合料 3.温拌沥青混合料WMA 1.连续级配沥青混合料 2.间断级配沥青混合料

5. 4.1 概述 2. 分类

6. 4.1 概述 3. 沥青混合料的组成结构 OGFC类 SMA类 AC类

7. 4.2 沥青混合料抗剪强度及其影响因素 1. 抗剪强度的组成 τ，抗剪强度，MPa； σ，正应力MPa； φ，内摩阻力，°； c ，粘结力，MPa； 三轴试验测定

8. 4.2沥青混合料抗剪强度及其影响因素 2. 抗剪强度的影响因素 • 内因： • 沥青的粘度 • 矿料的级配及表面粗糙度、棱角性； • 矿料与沥青的交互作用的影响； • 矿料的比表面积和沥青用量； • 外因： • 实验的温度： • 试件的变形速率：

9. 4.3 沥青混合料的技术性质 1. 沥青混合料的高温性 • 定义： • 高温下，抵抗车辆荷载反复作用，而不发生显著永久变形，保 持路面平整度；

10. 4.3 沥青混合料的技术性质 1. 沥青混合料的高温性 • 试验方法与评价指标： • 沥青混合料马歇尔实验： • 实验条件：60℃，标准圆柱形试件 • 评价指标：马歇尔稳定度MS，KN；马歇尔流值FL，0.1mm； • 马歇尔模数Mx=MS×10/FL • 车辙实验： • 实验条件：立方体，30×5cm，60℃，荷载0.7MPa；42次/min • 评价指标：动稳定度DS=轮子行走次数/车辙深度d(次/mm) • 其他实验： 10

11. 4.3 沥青混合料的技术性质 1. 沥青混合料的高温性 • 影响因素： • 沥青含量：沥青膜厚度 • 沥青稠度：低标号、粘度大的沥青； • 矿料类型：棱角性好的碎石； • 矿料级配： • 改善措施： • 满足要求前提下，尽量减少沥青用量； • 提高沥青粘度——采用改性沥青； • 棱角性好的矿料——粗糙度好； • 尽量选用嵌挤型级配； 11

12. 4.3 沥青混合料的技术性质 2. 沥青混合料的低温抗裂性 • 定义： 面层中温度不同，产生应力不均衡，基层不动，面层中材料 在低温下收缩，基层阻止收缩，从而产生应力，应力超过材料容忍 程度，开裂； • 实验方法与评价指标： • 低温弯曲实验： • 试验条件：-10℃，50mm/min速率，小梁试件 • 评价指标：弯拉应变 • 计算公式： • 冻断实验： 12

13. 4.3 沥青混合料的技术性质 2. 沥青混合料的低温抗裂性 • 影响因素： • 沥青含量：越高——低温性能越好，但需满足高温要求； • 沥青粘度：越低——低温性能越好； • 矿料类型：棱角性好的优于圆形的矿料； • 级配：密实型级配优于开级配； • 改善措施： • 与高温性能相反； 13

14. 4.3 沥青混合料的技术性质 3. 沥青混合料的水稳定性 • 定义： • 动水压作用下使水进入路面结构中，无排水系统的路面，水长期滞 • 留在路面结构中，浸泡沥青混合料，从而形成水损害； • 试验方法与评价指标： • 浸水马歇尔试验： • 试验条件：马歇尔试件，浸水48h，60℃； • 评价指标：残留马歇尔稳定度MS残留=MS1/MS×100% • 冻融劈裂强度试验TSR： • 试验条件：-18℃冻18h，60℃水中4h测定劈裂强度； • 评价指标： • TSR=冻融劈裂强度/未冻融劈裂强度×100% 14

15. 4.3 沥青混合料的技术性质 3. 沥青混合料的水稳定性 • 影响因素： • 沥青与矿料的粘附性：碱性集料优于酸性集料； • 沥青粘度：越大——水稳定性能越好； • 沥青用量：用于确定空隙率，VV%越小，水稳定性越好； • 矿料级配：密实型级配优于开级配； • 改善措施： • 沥青粘附性； • 控制沥青混合料空隙率； • 合适设置路面面层材料； • 控制好施工； 15

16. 4.3 沥青混合料的技术性质 3. 沥青混合料的抗滑性 • 定义： • 宏观构造：颗粒间粗糙度，对于整体而言； • 微观构造：每个集料或者颗粒的粗糙度； • 试验方法级评价指标； • 摆式仪法：BPN值表示 • 构造深度法：采用铺砂仪法； 16

17. 技术指标 执行标准 原材料名称 《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 原材料技术要求 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 表观相对密度 坚固性 含泥量 砂当量 亚申蓝值 棱角性 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 4.4 沥青混合料原材料的要求

18. 4.5 沥青混合料配合比设计 1. 设计任务 • 沥青混合料类型选择： • 矿料组成设计： • 最佳沥青含量的确定： • 配合比设计检验：各种性质满足技术要求； 上：细粒式沥青混凝土 4cm 面 层 中：中粒式沥青混凝土 6cm 下：粗粒式沥青混凝土 8cm 18

19. 4.5 沥青混合料配合比设计 2. 沥青混合料类型选择 • 结构层厚度≥2.5-3倍的公称最大粒径，以防止离析； • 满足厚度要求的前提下，尽量选粒径大的混凝土； 3. 沥青混合料的基本参数 • 沥青混合料四相体系： • 沥青混合料沥青含量概念： • 油石比： Pa=沥青/矿料质量×100% • 沥青含量： Pb=沥青/沥青混合料×100% 19

20. 4.5 沥青混合料配合比设计 3. 沥青混合料的基本参数 • 矿料合成毛体积相对密度： • 矿料合成表观相对密度： 式中：γi—各档料毛体积相对密度； Pi — 混合料中各档料的比例； 式中：γi”—各档料表观相对密度； Pi — 混合料中各档料的比例； 20

21. 改性沥青混合料或SMA—计算法； 4.5 沥青混合料配合比设计 3. 沥青混合料的基本参数 • 矿料有效相对密度γse： • 矿料有效体积：矿料实体、闭口空隙、不吸收沥青的开口空隙 • 有效密度：单位有效体积的质量； • 沥青混合料试件毛体积相对密度: • 沥青混合料最大理论相对密度：零空隙率 21 普通沥青混合料—真空法测定

22. 4.5 沥青混合料配合比设计 3. 沥青混合料的基本参数 • 沥青混合料体积指标： • 空隙率VV： • 矿料间隙率VMA： • 有效沥青饱和度VFA： γf：沥青混合料试件的毛体积相对密度； γt：试件最大理论密度； γf ：沥青混合料试件的毛体积相对密度； γsb：合称矿料毛体积相对密度； Ps： 各档料总质量占沥青混合料总质量百分率 22

23. 4.5 沥青混合料配合比设计 3. 沥青混合料的基本参数 • 沥青混合料马歇尔试验参数： • 马歇尔稳定度MS： • 马歇尔流值FL： 23

24. 4.5 沥青混合料配合比设计 4. 沥青混合料的气候分区 24

25. 4.5 沥青混合料配合比设计 5. 热拌沥青混合料马歇尔配合比设计过程 • 矿质混合料级配组成设计： • 工程设计级配范围确定原则： • 确定采用AC-F或者AC-C； • 关键筛孔上限及下限差不超过12%； • 减小公称最大粒径颗粒及其0.6mm以下细料的含量，增加中间粒 • 径含量，形成S型级配； • 结合当地成功经验，确定工程级配范围； • 马歇尔实验—— 体积参数确定 • 最佳沥青用量确定： • 配合比验证： 25

26. 配合比设计 4.5 沥青混合料配合比设计 图解法 或试算法 确定工程 级配范围 矿料的 组成设计 集料筛分 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 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？ 道路建筑材料·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 26

27. 4.5 沥青混合料配合比设计 5. 热拌沥青混合料马歇尔配合比设计过程 • 矿质混合料级配组成设计： • 工程设计级配范围确定原则： • 确定采用AC-F或者AC-C； • 关键筛孔上限及下限差不超过12%； • 减小公称最大粒径颗粒及其0.6mm以下细料的含量，增加中间粒 • 径含量，形成S型级配； • 结合当地成功经验，确定工程级配范围； • 马歇尔实验—— 体积参数确定 • 最佳沥青用量确定： • 配合比验证： 27

28. 4.6 SMA及其他沥青混合料 1.概述 SMA(Stone matrix asphalt): 沥青玛蹄脂碎石，间断级配，骨架密实型混合料； • 优点: 耐磨抗滑、密实耐久、抗疲劳、抗高温车辙、低温开裂少； • 组成: 以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组成; 粒径≥4.75mm的粗料高达70%~80%，矿粉用量为10%左右，细集料较少; 28

29. 4.6 SMA及其他沥青混合料 • 2. 技术特性 (1) 高温性能 • 粗集料骨架和沥青玛蹄脂两部分组成； • 骨架作用，抵荷载变形能力强，高温下有较强的高温抗车辙能力； (2) 低温性能 • 降温时，沥青玛蹄脂有较高的粘结力，韧性和柔性使其低温变形能力 (3) 耐久性 • 空隙率较小，沥青于水或空气接触较少，水稳定性和抗老化性较好； • 对中、下面层和基层有较好的保护和隔水，路面整体强度和稳定性高。 (4) 表面特征 • 压实后表面形成的构造深度大，一般超过1mm; 抗滑耐磨减噪; 29

30. 4.6 SMA及其他沥青混合料 3. 材料要求 ⑴ 沥青：南方炎热区可用AH-70,寒冷区用AH-70 或AH-90；重载、 夏季特炎热冬季特寒冷区采用改性沥青； ⑵ 粗集料：岩石应坚韧，有较高强度和刚度，如玄武岩、花岗岩； ⑶ 细料：易用机制砂；细料棱角性最好大于45%； ⑷ 矿粉：一般用石灰石矿粉，不使用粉煤灰； ⑸ 纤维：纤维加劲，防止沥青滴漏；一般使用木质素纤维、矿物 纤维等；选择纤维要控制其吸油性； 30

31. 4. 配合比设计要求 (1) 设计级配范围： 参见JTG F40-2004； 一般结构设计厚度为集料公称最大粒径的2-2.5倍； (2) 粗集料间隙率： VCAmix≤VCADRC VCAmix指压实沥青混合料的骨架间隙率； VCADRC指粗集料捣实状态下的骨架间隙率； 4.6 SMA及其他沥青混合料 道路建筑材料·沥青混合料 31

32. (3) 马歇尔试件体积参数： 马歇尔稳定度：对沥青用量不敏感； 流值：流值控制在2-4mm范围内； 空隙率：SMA的VV一般在3-4%范围内; 矿料间隙率VMA：比AC要大的多； 沥青饱和度VFA：75-85%； (4) 路用性能指标：车辙和水稳定性同AC； (5) 谢伦堡析漏实验:限定SMA混合料的最大沥青用量； (6) 肯塔堡分散实验:确定SMA混合料的最小沥青用量； 4.6 SMA及其他沥青混合料 道路建筑材料·沥青混合料 32

33. 小结与习题 1. 沥青混合料的技术性质有哪些？ 2. 沥青混合料的抗剪强度取决于哪两个值？这两个值与哪些 因素有关？ 3. 简述马歇尔试验的五项技术指标随沥青用量变化的趋势。 4. 简述沥青混合料组成设计步骤。 7. 沥青混合料粘聚力的影响因素有哪些？ 8. 简述SMA的技术优势。 作业： P160 3-14和3-15；

34. 山东建筑大学 交通工程专业 本 章 结 束 34