沥青混合料试验.ppt

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1、南京交通职业技术学院,何为沥青混合料?,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,高速公路,城市道路,但是！,第九章 沥青混合料 概述,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：,沥青 混合料,材料级配 组成及空 隙率大小分,材料组成及 结构分,制造工 艺分,公称最 大粒径分,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

2、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,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。,第九章 沥青混合料 分类,热拌沥青混合料种类,第九章 沥青混合料 分类,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青在专门设备中加热拌和而成，用保温运输工具运送至施工现场，并在热态下进行摊铺和压实的混合料，通称：热拌热铺沥青混合料，简称：热拌沥青混合

3、料 热拌沥青混合料是目前路面材料中最典型的品种，故本文着重介绍该品种。 一、沥青混合料的组成结构和强度理论 （一）沥青混合料组成结构 1、结构理论 1）表面理论：矿料形成矿质骨架，沥青胶结料分布在矿料表面起粘聚作用,2）胶浆理论 多级网络分散体系 粗分散系：粗集料为分散相，分散在沥青砂浆的介质中细分散系：细集料为分散相，分散在沥青胶浆中 微分散系：矿填料分散相，分散在高稠度的沥青介质中 2、沥青混合料组成结构类型 1）悬浮密实结构：由连续级配形成，粗集料较少 特点：粘聚力大，内摩阻角小，高温性差，是AC特有 的结构 2）骨架空隙结构（AK）： 属于连续开级配，粗集料多，细集料少 特点：空隙率大

4、，耐久性差，沥青与矿料间的粘聚力 差，但热稳定性好，内摩阻力大,3）骨架密实结构（SMA）： 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 （二）沥青混合料的强度理论 要求沥青混合料在高温时，必须具备一定的抗剪强度和抵抗变形的能力，一般采用库伦理论 （三）影响沥青混合料抗剪强度的因素 1、沥青粘度的影响 通常沥青的粘度越高，沥青混合料的抗剪强度越高。 C随着沥青粘度升高而升高，略有上升,2、沥青与矿料之间的吸附作用 物理吸附 与沥青表面活性物质含量有关，另外，碎石干燥时才产生物理吸附 化学吸附 受化学吸附力影响的沥青叫做结构沥青，不

5、受化学吸附力影响的沥青叫做自由沥青。 3、矿料比面的影响 一般要求沥青混合料中小于0.075mm粒径的含量不要过少，但粒径小于0.005mm的部分含量亦不宜过多。 4、沥青用量的影响 沥青用量过少：不足以包裹矿料表面 增加沥青，逐渐形成结构沥青 沥青用量过多：形成自由沥青,故存在着最佳沥青用量这个概念。见下图所示：,5、矿料级配类型及表面状态的影响 密级配：C大， 小 开级配：C小， 大 间断配：C大， 大 6、加荷速度对沥青混合料抗剪强度影响 温度升高：C 降变形升 温度降低：C 升 升变形能力降 加荷频率高，产生不可逆永久变形,课后小结：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

6、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，通过控制沥青用量及矿粉用量等手段来实现。,课题:沥青混合料技术性质和技术标准 教具用品: 相关仪器 教学目的:了解沥青混合料各项技术性质和内容、测定方法及规范要求 重点难点:混合料的高温稳定性及马歇尔试验指标,（3） 耐久性,第九章 沥青混合料 技术性质和技术标准,马歇尔试验稳定度MS（KN）、流值FL（mm） 马歇尔模数T=MS/FL,车辙试验动稳定度DS（次mm）（60）,（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,（

7、5）施工和易性,公路沥青路面施工技术规范 JTG F40-2004,就是马歇尔试验指标要求,参考规范,（一）沥青混合料的技术性质 1、高温稳定性 指混合料在高温（通常为60）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 评价方法：马歇尔稳定度试验及动稳定度试验即抗车辙试验 1）马歇尔试验 稳定度：指标准尺寸试件在规定温度下和加荷速度下，在马歇尔试验仪中最大的破坏荷载（KN） 流值：达到最大破坏荷重时，试件的垂直变形，单位mm 马歇尓模数,车辙试验 30030050mm的试件，在60的温度条件下，以一定的荷重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

8、件变形1mm所需车轮行驶次数，即为动稳定度 规定：高速公路，不宜小于800次/mm 一级公路、城市主干道，不宜小于600次/mm 影响混合料高温稳定性的因素：沥青用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料尺寸、形状 2、低温抗裂性 混合料随温度降低，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 引起原因：混合料低温脆化、低温缩裂、温度疲劳引起 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,3、耐久性 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 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、混合料的空隙率 控制

9、指标：空隙率、饱和度（沥青填隙率）、残留稳定度 影响因素：沥青的老化程度、外界环境因素和压实空隙率等。 控制指标：空隙率、饱和度（沥青填隙率）、残留稳定度 4、抗滑性： 矿质集料的微表面性质、混合料级配、沥青用量、含蜡量 表层的粗集料应选用粗糙、坚硬、耐磨、抗冲击性好、磨光值大的碎石或破碎石集料。用磨光值、道瑞磨耗值和冲击值等三项指标评价。 沥青用量增加，抗滑性降低。 含蜡量对沥青混合料抗滑性有明显影响。我国规定：含蜡量A级2.2%，B级3.2%，C级4.5%，,5、施工和易性 指混合料在施工过程中是否容易拌的、摊铺和压实的性能 影响因素：砂料级配、沥青品种及用量、施工环境条件等 （二）热拌沥

10、青混合料的技术标准 分为三个等级： 高速公路、一级公路、城市快速路、主干道 其它等级公路和城市道路 行人道路,课后小结:沥青混合料有几项技术性质，且相互间既有联系又有矛盾，目前着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。,课题:马歇尓试验 教具用品: 相关仪器 教学目的:马歇尓试验方法 重点难点:成型、物理、力学指标测定及计算,沥青混合料试验,1 沥青混合料试件制作方法（击实法） 一、仪器 1、击实筒 小：10.16mm+-0.02mm，高87cm底座和套筒 大： 高 115mm 2、击实锤 标准： 98.5mm，锤重4536E9g 落高 457.2+-1.5mm 大

11、： 149.5mm 457.2+-1.5mm落高 锤质量 10210+-10g,3、试件：当D26.5mm时，做标准试件 当D 37.5mm时，做加大试件 尺寸：标准： 加大： 4、击实仪 5、搅拌机 6、脱模机,二、试验准备 1、确定温度（拌和及压实温度） 2、试验室备料 1）炼干各材料 2）测各材料的密度 3）加热砂料，砂粉单独加热，按组备料 4）取沥青，加热 3、做试模，擦黄油，并在100烘箱中，加热1h 试验步骤 1、拌合混合料 2、击实成型 用量：标准试件约1200g，大试件约4050g,确定用量 备模 垫纸 装料 插捣 击实 反转面击实 调整用量再击实 对试件的高度有如下要求： 6

12、3.51.3mm（标准试件） 95.32.5mm（大试件） 养护 脱模,沥青混合料马歇尔试验,一、设备：马歇尔试验仪、加压压头 二、步骤 （一）标准方法 1、检查高度：恒温60 标准试件恒温3040min加大试件恒温4560min后，测定试件的稳定度及流值。 （二）浸水马歇尔试验 应将试件浸水48h后，再测定试件的稳定度及流值。,压实沥青混合料密度试验,一、仪器：静水天平 二、步骤 1、称取干燥试件在空气中质量ma 2、称取试件在水中质量mw 3、称取表干质量mf 三、结果整理 1、计算吸水率 2、计算试件的毛体积相对密度和毛体积密度,3、试件空隙率 4、计算理论最大相对密度 已知油石比Pa,

13、当已知沥青含量Pb时 理论密度 5、沥青体积百分率,6、砂料间隙率 7、沥青体积饱和度 8、粗集料骨架间隙率,课后小结：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。,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,第九章 沥青混合料 学习内容,沥青混合料的拌合,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？,第九章 沥青混合料 学习内容,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

14、 改性沥青,各种粒径 的碎石 （方孔筛）,天然砂 机制砂 石屑,矿粉,第九章 沥青混合料 材料组成,原材料的 技术要求 （P204P207）,表观相对密度 坚固性 含泥量 砂当量 亚申蓝值 棱角性,第九章 沥青混合料 原材料技术要求,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,矿料的 组成设计,最佳沥青 用量确定,图解法 或试算法,集料筛分 （水洗法）,马歇尔 试 验,确定工程 级配范围,预估计算 沥青用量,沥青与集料 相对密度测定,配合比设计三个阶段,第九章 沥青混合料 配合比阶段设计内容,矿料通过皮带输入 拌和楼干燥筒加热,振动筛二 次筛分热料,提升到拌和楼,热料仓,

15、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,第九章 沥青混合料 配合比阶段设计区别,（一）确定工程级配范围（合成级配）,目标配合比设计,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。,AC-16F沥青混凝土合成级

16、配要求,一、矿料组成设计,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,目标配合比设计,1此处取样的集料为冷料，可以从料场直接取样。,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。,2矿粉直接从包装袋中取样。,一、矿料组成设计,（二）取样各种集料（冷料）筛分（水洗法）,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,目标配合比设计,一、矿料组成设计,（1）试验时取样方法采用四分法。,四分法取样,立面图,平面图,（二）取样各种集料筛分（水洗法）,4筛分试验,（4）采用通过百分率进行下一步计算。,（2）水泥混凝土用集料可采用干筛法试验。,（3）沥青混合料及基层用集料用水洗法试验

17、。,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,目标配合比设计,（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

18、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。,一、矿料组成设计,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,第九章 沥青混合料 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,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（一）测定沥青与集料的相对密度,1测定沥青的相对密度 （b）,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,公路工程集料试验规程 J

19、TG E42-2005,2测定集料毛体积相对 密度（ ） 与表观相对密度（ ）（网篮法）,公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ 052-2000,测定标准,测定标准,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（二）预估计算沥青用量,1计算矿料的合成毛体积密度（sb ）,2计算矿料的合成表观相对密度（ sa ）,P1、P2Pn各种矿料的比例, 其 和为100 1、2 n各种矿料相应的 毛体积相对密度 1、2n各种矿料 相应的表观相对密度,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（二）预估计算沥青用量,3预估沥青混合

20、料适宜的油石比（Pa）或含油量（Pb ）,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（三）马歇尔试验,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。,（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11.5min，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

21、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。,（2）烘料时，粗细可混合加热，矿粉单独加热。,公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ 052-2000,测定标准,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（三）马歇尔试验,2冷却、脱模,（1）冷却方法有三种,试件横置室温冷却：12h以上,电风扇吹：1h以上,浸水冷却：3min以上,最好，但时间太长。,较好，但冷却效果不好，时间一般需延长。,工程上常采用室温下用电风扇吹12h以上冷却,（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

22、件63.51.3mm；超出此范围作废。,公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ 052-2000,测定标准,局限性大，只能用于测定稳定度和流值。,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（三）马歇尔试验,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。,公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ 052-2000,测定标准,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（三）马歇尔试验,5马歇尔稳定度、流值测定,公路工程沥青及沥青混合料试验规

23、程 JTJ 052-2000,测定标准,标准马歇尔试件养护温度为60,养护时间为3040min,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（三）马歇尔试验,6马歇尔物理指标计算,（1）确定矿料的有效相对密度（ se ）,公路沥青路面施工技术规范 JTG F40-2004,计算标准,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（三）马歇尔试验,6马歇尔物理指标计算,（2）确定沥青混合料的最大理论相对密度（ ti ）,公路沥青路面施工技术规范 JTG F40-2004,计算标准,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最

24、佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（三）马歇尔试验,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,计算标准,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（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：,规范要求5KN,a1=5.9%,a2=5.28%,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（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：,规范要求24.5mm,规范要求36%,a3=5.32%,第九章 沥青混合料 目标配

25、合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（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：,规范要求7085%,规范要求14%,a4无法确定,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（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,（2）计算OAC1=（ a1 +a2+ a3+ a4 ）4,a1=5.9%； a2=5.28%； a3=5.32%； a4无法

26、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=5.50%,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（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%,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、

27、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（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%,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（四）最佳沥青用量确定,（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,5 检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,二、最佳沥青用量的确定,目标配合比设计,（四）最佳沥青用量确定,（3）计算最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度,5 检验最佳沥青用量时的

28、粉胶比和有效沥青膜厚度,第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤,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,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）。,第九章 沥青混合料 生产配合比设计步骤,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,第九章 沥青混合料 生产配合比验证,第九章 沥青混合料 其他沥青混合料介绍,