常用建筑材料.ppt

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1、土木工程材料,2,第6章 砌体材料,要求： 掌握烧结普通砖的技术要求、检测方法和评定方法；了解砌体材料的发展。 砌体材料： 在建筑中起承重、维护或分隔作用。常用的有 砖砌块、石材和砂浆等。砌体材料用得较多的是墙 体材料。目前我国烧结粘土砖仍占有一定的用量。,3,6.1 砖,第6章 砌体材料,6.1.1 概述 1、定义 砌筑用的人造小型石材，外形皆为直角六面体， 其长度不超过115mm。,4,2、分类 （1）按孔洞率 实心砖：孔洞率小于15%，尺寸为24011553 单位：mm。 多孔砖：孔洞率不小于15%，孔的尺寸小而数量多 空心砖：孔洞率不小于15%，孔的尺寸大而数量少,第6章 砌体材料,5

2、,（2）按制造工艺,烧结砖：经焙烧而制成的砖。 蒸养砖：经常压蒸汽养护硬化而成的砖。 蒸压砖：经高压蒸汽养护硬化而成的砖。 免烧砖：以自然养护而成，如非烧结粘土砖。,第6章 砌体材料,6,6.1.2 烧结普通砖 1.概述 （1）定义 以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的普通实心砖。 （2）种类 粘土砖(N)、页岩砖(Y)、煤矸石砖(M)、粉煤灰砖(F)。 （3）质量等级 三个等级：优等品（A）、一等品（B）、合格品（C）。,第6章 砌体材料,7,（1）尺寸偏差：标准尺寸为240mm115mm53mm。 （2）外观质量：两条面高度差、弯曲、杂质凸出高 度、缺棱掉角、裂纹长度、完整

3、面和颜色等。,第6章 砌体材料,2、技术要求,8,（3）强度等级 烧结普通砖是通过取10块砖试样进行抗击强度试验， 根据抗击强度值平均值和强度标准值来划分。, S10块砖试样的抗压强度标准差,MPa,第6章 砌体材料,1）计算参数 ,为10块砖试样的平均值，MPa。, fi单块砖的抗压强度值，MPa。 fk烧结普通砖的抗压强度标准值，MPa, 变异系数,9,0.21，评定方法： 抗压强度值平均值和强度标准值,0.21，评定方法： 抗压强度值平均值和单个测定最小值值,2）强度等级评定,10,（4）泛霜 原料中含有硫、镁、等可溶性盐，在砖适用中，盐类会随砖内水分蒸发而在砖表面产生盐析，一般为白色粉

4、末。 常见在砖表面形成絮团状斑点，严重的会起粉、掉角或脱皮。,第6章 砌体材料,11,（5）石灰爆裂 原料中有石灰石，烧成过程中生石灰留在砖内，生碳在砖内吸收外界的水分，消化并产生体积膨胀，称为石灰爆裂。 （6）抗风化性能 表征耐久性：根据其地区风化程度而定，常以 抗冻性、吸水率及饱和系数等指标判别。,第6章 砌体材料,12,3、应用：墙体材料。 4、注意：砖的吸水率大，应预先润湿。,第6章 砌体材料,13,6.1.3 蒸压灰砂砖 硅酸盐制品，规格尺寸与普通砖相同。 是用石灰和天然砂，经搅拌、陈化、松碾、加压成型蒸养而制成的墙体材料。,第6章 砌体材料,14,第6章 砌体材料,6.2 天然石材

5、 天然石材： 指从天然岩石中采得的毛石，或经加工制成的 石块、石板及其定型制品等。 优点：抗压强度高、耐久性好、生产成本低等。 是古今土木建筑工程的主要建筑材料。,15,第6章 砌体材料,6.2.1 工程砌筑石材 1.工程对砌筑石材的要求 （）石材尺寸规格 常用的砌筑石材有毛石和料石。 毛石为不规则形，但毛石的中间厚度不小于15，至少有一个方向的长度不小于30，平毛石应有两个大致平行的面。 料石宽度和厚度均不宜小于20，长度不宜大于厚度的倍，形状应大致呈六面体。,16,第6章 砌体材料,（）石材抗压强度 根据边长70立方体试件的抗压强度，砌筑石材的强度等级分为：10、15、20、30、40、5

6、0、60、80、100共九个等级。 （）石材耐水性 石材的耐水性用软化系数K表示。高耐水性石材，其软化系数为k0.90,中耐水性石材，其软化系数为0.70.9, 低耐水性石材, 其软化系数为k0.60.7。,17,（4）石材抗冻性 试件在规定的冻融循环次数内无（穿过试件两棱角的）贯穿裂纹，质量损失不超过，强度降低不大于的石材方为合格。 对于有特殊要求的工程，还可能要求石材的耐磨性、吸水性或抗冲击性。 决定石材上述技术性质的因素有：矿物组成、结构特征、构造特点、受风化作用的程度等。 常用砌筑石材有花岗岩、石灰岩、砂岩、片麻岩等。,第6章 砌体材料,18,1.天然大理石 天然大理石是石灰岩或白云岩

7、在地壳内经过高温高压作用形成的 变质岩，多为层状结构，有明显的结晶，纹理有斑纹、条纹之分，是 一种富有装饰性的天然石材。 成分：化学成分为碳酸盐，矿物成分为方解石或白云石。 颜色：纯大理石为白色，当含有部分其它深色矿物时，产生多种色彩与优 美花纹。从色彩上来说，有纯黑、纯白、纯灰、墨绿等数种。 纹理：有晚霞、云雾、山水、海浪等山水图案、自然景观。 优点：抗压强度较高，但硬度并不太高，易于加工雕刻与抛光。 工程装饰中得以广泛应用。 缺点：长期受雨水冲刷，特别是受酸性雨水冲刷时，易被侵蚀而失去原貌 和光泽，影响装饰效果。因此大理石多用于室内装饰。,6.2.2 装饰石材,19,建筑用天然花岗石是由天

8、然花岗石加工成板材、块材用于建筑装 饰工程中。花岗岩是典型的火成岩，是全晶质岩石。 主要成分：石英、长石和少量的暗色矿物和云母。 结构：按结晶颗粒大小，分为细粒、中粒和斑状等。 颜色：呈灰色、黄色、蔷薇色、红花等。优质花岗岩石英含量多（ ），云母含量少，晶粒细而匀，结构紧密，不含其他杂质，抛 光后光泽明亮，不易风化，色调鲜明，花色丰富，庄重大方。 优点：比大理石密度大，密度为23002800/3，抗压强度高达120250 MPa。孔隙率吸水率极低，材质硬度高，其耐磨、耐久、耐腐蚀性能 均优于其他石材。经抛光后，是室内外地面、墙面、踏步、柱石、 勒脚等处首选装饰材料。,2.天然花岗石,20,6.

9、3 砌块 砌块是用于砌筑工程的人造块材，砌块与砖的主要区别是，砌块的长度大于365或宽度大于240或高度大于115。 工程中常用的砌块有：水泥混凝土砌块、轻集料混凝土砌块、炉渣砌块、粉煤灰砌块及其它硅酸盐砌块、水泥混凝土铺地砖等。,第6章 砌体材料,21,工程中常用的混凝土空心砌块尺寸一般为390mm190mm190mm、 290mm190mm190mm和190mm190mm190mm,孔洞率一般为3560. 强度等级分别为3.5、5.0、7.5、10、15.0和 20.0六个等级。 按其尺寸偏差和外观质量分三个等级：优等品()、一等品()、合格品()。 混凝土砌块使用前，应首先检验外观质量和

10、尺寸偏差，合格后再检验。 其抗压强度及相对含水率。必要时检验其抗渗性和抗冻性。其中相对含水率是指砌块的实际含水率与其最大吸水率之比。 当混凝土砌块使用轻集料时，空心砌块的重量大为减轻，按其表观密度（含孔洞）有5001000 kg3不等。常用的轻集科有陶粒、煤渣、自 燃煤矸石和膨胀珍珠岩等。,1. 混凝土空心砌块,22,工艺：蒸压加气混凝土砌块是用钙质材料（如水泥、石灰）和硅质材料 （如砂子、粉煤灰、矿渣）的配料中加入铝粉作加气剂，经加水搅 拌、浇注成型、发气膨胀、预养切割，再经高压蒸汽养护而成的 多孔硅酸盐砌块。 关键材料：发气剂又称加气剂，是制造加气混凝土的关键材料。发气剂 大多选用脱脂铝粉

11、。掺入浆料中的铝粉，在碱性条件下产生化学反应：,特点：铝粉极细，产生的氢气形成许多小气泡，保留在很快凝固的混凝 土中。这些大量的均匀分布的小气泡，使加气混凝土砌块具有许 多优良特性。,2. 蒸压加气混凝土砌块,23,第7章 沥青材料 主要内容： 23.沥青材料的基本概念 2.石油沥青的化学组分和胶体结构 3.石油沥青的技术性质和技术标准 4.其他沥青,24,7.1 概 述 1.定义 沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物。 在常温下，沥青呈黑色或黑褐色的固态、半固态或液态。,25,2.分类:,沥青,地沥青,焦油沥青,天然沥青：石

12、油在自然条件下，长时间经受地球物理因素作用形成的产物,石油沥青：石油经各种炼制工艺加工而得的沥青产品,煤沥青：煤经干馏所得的煤焦油，经再加工后得到煤沥青,页岩沥青：页岩炼油工业的副产品,3.应用: 广泛用作路面、屋面、防水、耐腐蚀等工程材料。 土木工程建筑主要应用石油沥青。,26,7.2 石油沥青 7.2.1 石油沥青的生产工艺概述,27,7.2.2 石油沥青的组成和结构 1.化学组分 化学组分分析方法:将沥青分离为化学性质相近，而且与其工程性质有一定联系的几个组，这些组就称为组分。 我国现行公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000）规定有三组分和四组分两种分析法。 （1）三组

13、分分析法 按三组分分析法所得各组分的性状列如下表。,28,石油沥青三组分分析法的各组分性状,性状,29,（2）四组分分析法 石油沥青的四组分分析法是将石油沥青分离为：饱和分、芳香分、胶质和沥青质。石油沥青按四组分分析法所得各组分的性状如下表：,性状,30,2.胶体结构 （1）溶胶型结构 （2）溶-凝胶型结构 （3）凝胶型结构,a) b) c) 沥青胶体结构示意图 a)溶胶型结构； b) 溶-凝胶型结构； c)凝胶型结构,31,7.2.3 石油沥青的技术性质 1.物理常数 2.粘滞性 3.延性 4.温度敏感性,5.耐久性 6.安全性 7.其他性质,32,1.物理常数 （1）密度在规定温度条件下，

14、单位体积的质量。 单位：kg/m3或 g/cm3。 我国现行试验方法规定测定15下沥青密度。 （2）相对密度在规定温度下，沥青质量与同体积水质量 之比。 我国现行方法规定测定25下的相对密度。 沥青15密度与25相对密度之间的换算公式： 沥青与水的相对密度（25/25）= 沥青的密度（15）0.996,33,2.粘滞性 反映沥青材料内部阻碍沥青粒子产生相对流动的能力，简称为粘性，以绝对粘度表示。 沥青的粘度是沥青首要考虑的技术指标之一。 沥青绝对粘度的测定方法精密度要求高，操作复杂，不适于作为工程试验，因此，工程中通常采用条件粘度反映沥青的粘性。,条件粘度,针入度（适应粘稠石油沥青） 液体沥青

15、的粘度（适应液体石油沥青）,34,（1）针入度,1）针入度的定义 针入度在规定温度条件下，以规定质量的标准针经过规定的时间贯入沥青试样的深度， 单位：0.1mm。 常用试验条件：,规定温度：25 标准针质量：100g 贯入时间：5s,35,2）表示方法：P（25，100g，5s）。 3）表征意义 沥青的针入度值愈大，表示沥青的粘度愈小。针入度是目前我国粘稠石油沥青的分级指标。 标号：一般取针入度的平均值。 例如：90号沥青，针入度范围为80（.mm） 110号沥青，针入度范围为80（.mm）,36,3.延性 是沥青材料当受到外力拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，以延度作为条件延性的表征指

16、标。 （1）延度的定义 延度将沥青试样制成8字形标准试件，采用延度仪，在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度，单位：cm。 规定条件为：试验温度有0、15、25三种； 拉伸速度有1 cm/min、5cm/min两种。,37,沥青延度测定示意图,38,（2）延度的表示方法： D（T，v） 其中，T为试验温度，v为拉伸速度。 （3）测定延度的意义 沥青延度与其流变特性、胶体结构和化学组分等有着密切的关系。 研究表明： 随着沥青胶体结构发育成熟度的提高，含蜡量的增加，以及饱和蜡和芳香蜡的比例增大等，都会使沥青的延度值相对降低。 沥青延度越大，其塑性变形越大，有利于低温变形。,39,4.温度敏感性 （

17、1）软化点 （2）针入度指数 （3）脆点,高温性能指标,低温性能指标,40,（1）软化点 沥青材料是一种非晶质高分子的混合材料，没有固定的熔点。沥青材料在由固态转变为液态的温度阶段是一种粘滞流动状态，在工程施工和使用中为保证沥青不致由于温度升高而产生流动的状态，常常采用软化点来表示沥青的温度敏感性。 1）定义 软化点人为选定的沥青由固态到液态的转变温度范围中的一个条件粘度。,41,2）测定方法 我国现行试验方法要求采用环与球法软化点。 如图，该法是将沥青试样注于规定内径的铜环中，环上置一钢球，在规定的加热速度下，沥青试样逐渐软化，直至在钢球荷重作用下滴落到下层金属板时的温度，称为软化点，单位：

18、 。 表示：TR&B, 注意：初始温度5 加热速度为5/min,42,3）软化点的意义 沥青软化点越高，沥青的温度稳定性越好。 针入度是在规定温度下测定沥青的条件粘度， 软化点则是沥青达到规定条件粘度时的温度。 因此，软化点既是反映沥青材料温度稳定性的一项指标，又是沥青粘度的一种量度。,43,（2）针入度指数 1）定义 沥青的针入度指数评价沥青技术性质的一个重要指标，既可以反映沥青的感温性，又可以划分沥青的胶体结构。 2）公式 针入度指数（Penetration Index，简称PI）是P.Ph.普费（Pfeifer）和F.M.范杜尔马尔（Van Doormaal）等提出的一种评价沥青感温性的

19、指标。 研究观点：沥青针入度值的对数（lgP）与温度（T）具有线性关系，表达式为：,44,式中： A为直线斜率，称为针入度-温度感应性系数。 表示沥青针入度随温度的变化率。 如图，A 值越高，沥青对温度的敏感性越大。 K为截距（常数）。,针入度-温度感应性关系图,45,A值的求取公式： 根据已知的针入度值P（25，100g，5s）和软化点TR&B 假设软化点时的针入度值为 800 （0.1mm） （沥青达到软化点时，针入度一般为6001000，0.1mm） 建立针入度-温度感应性系数A的基本公式：,存在问题：针入度-温度感应性系数A值为小数，使用不方便， 引入PI值的概念。 经验公式：,46,

20、3）针入度指数的应用 针入度指数愈大，表示沥青对温度的敏感性愈低。 划分沥青的胶体结构：,PI-2者，属溶胶型沥青 PI=-2+2之间者，属溶-凝胶型沥青 PI+2者，属凝胶型沥青,47,（3）脆点 沥青材料在低温下受到瞬时荷载时常表现为脆性破坏，沥青脆性的测定极为复杂。 目前测试方法：采用弗拉斯（Fraass）脆点。 拉斯脆点试验原理：将沥青试样在一个标准的金属薄片上摊成薄层，将其置于脆点仪内并使其稍稍弯曲。当以1/min的速度降温时，沥青薄膜的温度随之逐渐降低，当降至某一温度时，沥青薄膜在规定弯曲条件下会出现一个或多个裂缝，此时的温度即为沥青的脆点。,48,我们讲述了石油沥青的粘滞性、延性

21、和温度敏感性。 表征这三项性质的三大指标为： 针入度、延度、软化点 是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的经典指标。,49,5.耐久性,（1）影响因素 沥青材料在施工时需要加热，工程完成投入使用过程中又要长期经受大气、日照、降水、气温变化等自然因素的作用而影响耐久性。 （2）沥青的老化 1）定义：在上述因素的综合作用下会产生不可逆的化学变化， 而导致工程性能逐渐劣化的过程称为老化。 2）评价方法：采用蒸发损失试验和薄膜加热试验。 （沥青试样在160条件下，加热蒸发5h）,50,3）评价指标：, 蒸发后沥青延度,51,6.安全性 沥青使用时必须加热，由于沥青在加热过程中挥发出的油会与周围的空气组成混

22、合气体，当遇到火焰会发生闪火，此时的温度称为闪点。 若继续加热，挥发的油分饱和度增加，与空气组成的混合气体遇火极易燃烧，燃烧时的温度称为燃点。 评价指标：闪点。 闪点和燃点是保证沥青安全加热和施工的一项重要指标。 通常采用克利夫兰开口杯法测定（简称COC法）。,52,7.其他性质 为综合评价沥青的技术性能，还应全面地了解沥青的其他性质，如溶解度、含蜡量、粘附性等。 （1）溶解度：指沥青在有机溶剂（三氯乙烯、四氯化碳、苯等）中可溶物的百分含量。可以反映沥青中起粘结作用的有效成分的含量。 （2）蜡：性脆，易裂缝，对沥青的生产和使用都有重要的影响。对我国采用石蜡基原油炼制的沥青尤为重要，含蜡量将直接

23、影响沥青产品的质量。 （3）粘附性：评价石料的化学等级，等级越高，沥青与石料的粘附性越强。,53,7.2.4 石油沥青的技术标准 1.建筑石油沥青技术标准 标号：建筑石油沥青按针入度值划分为40号、30号和10号 三个标号。 特点：与道路石油沥青相比，针入度较小，延度较小，软化 点较高。 技术标准：建筑石油沥青GB/T494-98的规定，见下表：,54,建筑石油沥青技术标准,55,2.道路石油沥青技术标准 道路石油沥青的质量应符合道路石油沥青技术标准。 沥青结合料各个等级的适用范围、适宜的气候分区应如下表。,56,沥青路面温度分区由高温和低温组合而成。 第一个数字代表高温分区：采用最近30年内

24、年最热月的平均日最高气温 的平均值作为反映高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子。 第二个数字代表低温分区：采用最近30年内的极端最低气温作为反映路 面温缩裂缝的气候因子。数字越小表示气候因素越严重。,57,7.3 其他沥青 7.3.1 煤沥青 1.化学组成和组分 煤沥青的组成主要是芳香族碳氢化合物及其氧、硫、碳的 衍生物的混合物。煤沥青化学组分的分析方法与石油沥青的方 法相似，目前主要将煤沥青分离为：油分、树脂A、树脂B、游 离碳C1和游离碳C2等5个组分。 2.技术性质 煤沥青与石油沥青相比，在技术性质上有下列差异： （1）温度稳定性较差。 （2）气候稳定性较差。 （3）与矿质集料的

25、粘附性较好。,58,7.3.2 乳化沥青 乳化沥青是将粘稠沥青热融，经过机械的作用，以细小的 微滴（粒径约为25m）状态分散于含有乳化稳定剂的水溶 液中，形成水包油状的沥青乳液。 1. 乳化沥青的优点 （1）常温施工、节约能源。 （2）便于施工、节约沥青 （3）保护环境、保障健康。 （4）路面粗糙，减少事故。,59,2.乳化沥青的应用 一般，针入度为1030（0.1mm）的石油沥青多用来制备建筑防水用乳化沥青；针入度为100300（0.1mm）的石油沥青多用来制备路用乳化沥青。 近几年阳离子乳化沥青发展很快。在道路工程中，以阳离子乳化沥青为主，可以用于路面的保护层结构、修补路面，也可以用作路面

26、抗滑表层。,60,7.3.3 改性沥青 改性沥青是通过在沥青中加入不同的改性剂，实现改善 沥青多种性能的目的。 目前，道路沥青可以采用热塑橡胶、热塑聚合物和热固 树脂三种改性剂改善其使用性能。其中，热塑橡胶弹性体改 性剂使用最为普遍，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）和丁苯橡胶（SBR）在道路改性沥青中都具有良好的使用效果。,61,第8章 沥青混合料,Ten Year Old SMA 10年的SMA路面,62,PAVED WITH REGULAR MIX, AGE 2 YEAR,使用一般混合料铺面,63,8.1.1 基本概念 （1）沥青混合料: 矿质混合料 + 粘结材料 沥青混合料 (粗集料+

27、细集料+填料）（沥青） （适当比例拌和） 通常定义: 沥青混合料为沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料的总称,第8章 沥青混合料,64,第8章 沥青混合料,沥青混凝土混合料（Asphalt concrete mixture) : 由适当比例的粗集料、细集料及填料与沥青在严格控制条件下拌和而成的沥青混合料,简称AC。 沥青碎石混合料（Asphalt macadan mixture）： 由适当比例的粗集料、细集料及填料（或不加填料）与沥青拌和而成的沥青混合料,简称AM 。,65,第8章 沥青混合料,66,第8章 沥青混合料,67,第8章 沥青混合料,68,第8章 沥青混合料,69,8.1.2 分类 （

28、1）按结合料分类：石油沥青混合料 煤沥青混合料 （2）按沥青混合料施工的拌制和摊铺温度分类： 热拌热铺沥青混合料 常温沥青混合料 （3）按矿质集料级配类型分类： 连续级配沥青混合料 间断级配沥青混合料,第8章 沥青混合料,70,(4)按混合料密实度分类：,开级配沥青混凝土混合料：连续型级配混合料，粒径递减系 数较大，空隙率大于15%,密级配沥青混凝土混合料：连续型密级配沥青混合料，粒径 递减系数较小，空隙率小于10%,半开级配沥青混合料：空隙率介于密级配和开级配之间，为 10%15%。,第8章 沥青混合料,71,第8章 沥青混合料,100,0,50,0.08,0.3,1.18,4.75,19,

29、间断级配,开级配,密级配,三种类型矿料级配曲线,72,（5）按最大粒径分类 粗粒式沥青混合料：集料最大粒径等于或大于26.5mm 中粒式沥青混合料：集料最大粒径为16mm或19mm 细粒式沥青混合料：集料最大粒径为9.5mm或13.2mm 砂粒式沥青混合料（沥青石屑或沥青砂）：集料最大粒径 等于或小于4.75mm 特粗式沥青碎石混合料：集料最大粒径37.5mm以上。,第8章 沥青混合料,73,第8章 沥青混合料,Pavement Structure路面结构,40 mm Surface / PG 88-10 75 mm Open Graded PG 82-16 75 mm Base PG 64-

30、22 150 mm drain 400 mm Lime modified Soil,74,8.2 热拌沥青混合料 8.2.1 沥青混合料的组成结构和强度形成原理 1.沥青混合料的组成结构 沥青混合料的组成结构通常按其矿质混合料的组成分为三种结构类型 （1）悬浮-密实结构:连续型密级配 （2）骨架-空隙结构:连续型开级配 （3）密实-骨架结构:间断型密级配,第8章 沥青混合料,75,第8章 沥青混合料,100,0,三种类型矿料级配曲线,50,0.08,0.3,1.18,4.75,19,间断级配,开级配,密级配,76,第8章 沥青混合料,图8.1 沥青混合料结构组成示意图 a) 悬浮-密实结构；b

31、) 骨架-空隙结构；c) 密实-骨架结构,77,第8章 沥青混合料,沥青混合料的结构,Active Particles 颗粒,Voids,78,第8章 沥青混合料,沥青混合料的结构,Voids,79,第8章 沥青混合料,80,第8章 沥青混合料,81,2.沥青混合料的强度形成原理,第8章 沥青混合料,（1）沥青路面的主要破坏形式 高温产生车辙高温时由于抗剪强度不足或塑性变形 过大而产生推挤等现象 低温出现裂缝由于低温时抗拉强度不足或变形能力 较差而产生裂缝现象,82,第8章 沥青混合料,83,（2）强度理论：要求沥青混合料在高温时必须具有一定的 抗剪强度和抵抗变形的能力。 沥青混合料的抗剪强度

32、主要取决于: 粘聚力和内摩擦角两个参数,第8章 沥青混合料,式中：沥青混合料的抗剪强度，MPa； c 沥青混合料的粘聚力， MPa； 沥青混合料的内摩擦角，rad。,84,第8章 沥青混合料,摩尔库仑包络线：, =c+tg,c,85,第8章 沥青混合料,悬浮-密实结构:较高的粘聚力C，较低的内摩擦角， 骨架-空隙结构:较低的粘聚力C，较高的内摩擦角， 密实-骨架结构:较高的粘聚力C，较高的内摩擦角，,86,第8章 沥青混合料,87,第8章 沥青混合料,TRUCKING OPERATIONS,Begin with One Truck on September 2, 2003 Phase in A

33、ll Trucks by October 1, 2003 Target Completion by September 30, 2005,汽车载荷试验,88,第8章 沥青混合料,2003 RESEARCH PLAN2003,Structural Experiment结构试验,89,第8章 沥青混合料,STRUCTURAL SECTION LAYOUT,6英寸厚的密级配碎石基层,最佳沥青含量下的改性沥青混合料,最佳沥青含量+05%情况下的改性沥青混合料,90,Strain Gauges Between HMA Layers,在HMA层面之间安装应变仪,91,Layout of Gauges仪器布

34、置,Pressure Cells压力盒,Strain Gauges应变仪,92,Completed Instrumentation 完工的仪器站,Gauge Locations 仪器位置,Data Collection Box 数据采集器,Solar Power太阳能,93,（3）影响沥青混合料抗剪强度的因素 1）影响沥青混合料抗剪强度的内因 沥青粘度的影响： 沥青混合料的粘聚力随沥青粘度的增加而增加，同时内摩擦角稍有提高。 沥青与矿料化学性质的影响： 沥青与矿料相互作用与沥青的化学性质和矿粉性质有关。,第8章 沥青混合料,94,第8章 沥青混合料,图8.2 沥青在矿粉表面重排结构示意图,95

35、,第8章 沥青混合料,当矿粉颗粒之间由结构沥青膜所联结时： 可以获得更大的粘聚力。 若颗粒之间是自由沥青所联结时： 则具有较小的粘聚力。 沥青用量的影响：,96,不同沥青用量时的沥青混合料结构和C，值变化示意图 a) 沥青用量不足；b) 沥青用量适中；c) 沥青用量过量,第8章 沥青混合料,97, 矿料比表面积的影响： 矿料的比表面积越大，形成的沥青膜越薄，结构沥青所占的比例越大，凝聚力越大。,第8章 沥青混合料,98,矿质集料的级配类型、粒度、表面性质的影响,Surface (5 to 8 cm) renewed every 15 to 20 years 每15年更新58cm的面层 Stru

36、cture designed to last 50 years 使用寿命期为50年的路面结构设计,第8章 沥青混合料,99,第8章 沥青混合料,2）影响沥青混合料抗剪强度的外因 温度的影响： 抗剪强度随温度的升高而降低， 粘聚力随温度的升高而显著降低，温度变化对内摩擦角的影响较小。 抗剪强度随温度的升高而降低， 粘聚力随温度的升高而显著降低，温度变化对内摩擦角的影响较小。 形变速率的影响：变形速率对沥青混合料的内摩擦角（）影响较小，而对沥青混合料的粘聚力 （c）影响则较为显著。,100,第8章 沥青混合料,温度对沥青混合料抗剪强度的影响,400,300,200,100,0.6,0.5,0.4,

37、0.3,0.2,10,20,30,40,50,60,T(C),c,=f(T),c=f(T),101,第8章 沥青混合料,形变速率对沥青混合料抗剪强度的影响,400,300,200,100,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,1,2,3,4,5,c,c=f(v),=f(v),V,102,A PAVEMENT WITH SOME PROBLEMS,一条存在一些问题的路面,103,At end,At end of race,104,第8章 沥青混合料,8.2.2 沥青混合料的组成材料 1.道路石油沥青 （1）道路石油沥青的质量：应满足表7.3的要求 （2）沥青标号选用要求： 宜根据公路等级、气候

38、条件、交通条件、路面类型及在结构层中的层位及受力特点、施工方法等，结合当地的使用经验，经技术论证后确定。 （3）道路石油沥青贮存：必须按品种、标号分开存放，沥青在储罐中的贮存温度宜在130170的范围内。沥青在贮运、使用和存放过程中要注意做好防水措施。,105,第8章 沥青混合料,2.粗集料 （1）选用要求：碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣和矿渣 等 均可选用，但高速公路和一级公路不得 使用筛选砾石和矿渣。 （2）质量要求 1）级配：粗集料的级配应满足表8.1的规定。 2）综合性质：物理、力学、化学质量应符合表8.2、表8.3 的要求。 3）破碎砾石的要求：应采用粒径大于50mm、含泥量不大于

39、1%的砾石轧制，破碎砾石的破碎面应 符合表8.4的要求。,106,表8.1 沥青混合料用粗集料规格,107,表8.2 沥青混合料用粗集料技术要求,注： 坚固性试验根据需要进行。 用于高速公路、一级公路时，多孔玄武岩的视密度可放宽至2.45t/m3，吸水率可放宽至3%，但须得到建设单位的批准，且不得用于SMA路面。 对S14规格的粗集料，针片状颗粒含量可不予要求，0.075mm颗粒含量可放宽到3%。,108,表8.3 粗集料与沥青的粘附性、磨光值的技术要求,109,表8.4 粗集料对破碎面的要求,110,第8章 沥青混合料,3.细集料 （1）选用要求：天然砂、机制砂、石屑。 （2）物理、化学性质

40、要求：质量应符合表8.5的规定。 （3）级配：通常宜采用粗、中砂，规格应符合表8.6、表8.7 的规定。,111,表8.5 沥青混合料用细集料质量要求,112,表8.6 沥青混合料用天然砂规格,113,表8.7 沥青混合料用机制砂或石屑规格,114,第8章 沥青混合料,4.填料 （1）选用要求：矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的 强基性岩石等憎水性石料磨细得到 的矿粉。 （2）质量要求：应符合表8.8的规定。 （3）其他要求：拌和机的粉尘可作为矿粉的一部分回 收，但每盘用量不得超过填料总量的 25 %，掺有粉尘填料的塑性指数不得 大于4%。,115,表8.8 沥青混合料用矿粉质量要求,116,第8

41、章 沥青混合料,8.2.3 沥青混合料的技术性质和技术标准 1、沥青混合料的技术性质 （1）高温稳定性 1）定义： 是指沥青混合料在夏季高温（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。 2）评价方法：马歇尔稳定度、动稳定度等,117,第8章 沥青混合料,3）马歇尔试验 三项指标：马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。 稳定度：指标准试件在规定温度和加荷速度下，在马歇 尔仪中最大的破坏荷载，单位：kN。 流值：达到最大破坏荷重时试件的垂直变形，单位：mm。 马歇尔模数：由稳定度和流值计算得到，即为稳定度除 以流值的商。可以间接地反映沥青混合料的抗 车辙能力。,118,

42、第8章 沥青混合料,119,第8章 沥青混合料,式中：T马歇尔模数，kN/mm； MS稳定度，kN； FL流值，mm 。,120,第8章 沥青混合料,4）车辙试验 动稳定度: 将沥青混合料制成30Omm30Omm50mm的标准试件，在60的温度条件下，以一定荷载的轮子（轮压0.7MPa）,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，然后计算试件变形1mm所需试验车轮行走的次数。,121,第8章 沥青混合料,式中：DS沥青混合料动稳定度，次/mm； d1、d2时间和的变形量，mm； 42每分钟行走次数，次/min； c1试验机修正系数，曲柄连杆驱动试件的变速行 走方式为1.0；链驱动试

43、验轮的等速方式为1.5； c2试验修正系数，试验室制备的宽300mm的试件 为 1.0；从路面切割的宽150mm的试件为0.8。,122,第8章 沥青混合料,（2）低温抗裂性 沥青混合料要具有低温的抗裂性，以保证路面在冬季低温时不产生裂缝。 （3）疲劳特性,123,第8章 沥青混合料,（4）耐久性 1）影响沥青混合料耐久性的因素 材料的影响：沥青的化学性质、沥青用量、矿料 的矿物成分、沥青混合料的组成结构等。 沥青混合料的组成结构：主要以其空隙率和饱和 度表征。沥青混合料水稳定性与空隙率有关。 2）耐久性评价指标：采用空隙率、矿料间隙率、饱和 度和残留稳定度等指标。 （5）抗滑性 （6）施工和

44、易性,124,第8章 沥青混合料,2.沥青混合料的技术标准 （1）密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准 我国现行标准JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范对热拌沥青混合料马歇尔试验的技术要求如表8.9。重载交通是指设计交通量在1000万辆以上的路段，长大坡度的路段按重载交通考虑。 （2）沥青混合料高温稳定性车辙试验的技术标准 按规定方法进行车辙试验，动稳定度应符合表8.10的要求。,125,表8.9 密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准,注： 对空隙率大于5%的夏炎热区重载交通路段，施工时应至少提高压实度1个百分点。 当设计的空隙率不是整数时，由内插确定要求的VMA最小值。

45、对改性沥青混合料，马歇尔试验的流值可适当放宽。,126,表8.10 沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求,127,表8.11 沥青混合料水稳定性检验技术要求,128,第8章 沥青混合料,（4）沥青混合料低温抗裂性能检验技术标准 宜对密级配沥青混合料在温度-10、加载速率5Omm/min的条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。沥青混合料的破坏应变宜不小于表8.12的要求。,129,表8.12 沥青混合料低温弯曲试验破坏应变（）技术要求,130,第8章 沥青混合料,（5）沥青混合料渗水系数检验技术标准 渗水试验检验的渗水

46、系数宜符合表8.13的要求。 表8.13 沥青混合料试件渗水系数 /mlmin-1技术要求,131,第8章 沥青混合料,8.2.4 热拌沥青混合料配合比设计方法 沥青混合料配合比设计包括： 试验室配合比设计（目标配合比） 生产配合比设计 生产配合比验证（试拌试铺配合比调整） 1.试验室配合比设计 密级配沥青混合料的目标配合比设计流程图如图8.5所示， 采用马歇尔试验配合比设计方法。,132,图8.5 密级配沥青混合料的目标配合比设计流程图,133,第8章 沥青混合料,（1）矿质混合料配合组成设计 1）选择热拌沥青混合料种类 热拌沥青混合料（HMA）适用于各种等级公路的沥青路面。 种类应考虑集料

47、公称最大粒径、矿料级配、空隙率等因素选择 分类见表8.14。,134,表8.14,135,第8章 沥青混合料,2）确定工程设计级配范围 沥青混合料设计级配范围由工程设计文件或招标文件规定，级配沥青混合料的设计级配宜根据公路等级、气候及交通条件按表8.15、表8.16规定确定。,136,表8.15,137,表8.16,138,第8章 沥青混合料,3）矿质混合料配合比设计计算 材料选择与准备 矿料配合比设计 对高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算13组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，分别位于工程设计级配范围的上方、中值及下方。设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.30.6mm范

48、围内不出现“驼峰”。当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。,139,第8章 沥青混合料,（2）确定最佳沥青用量 1）预估油石比或沥青用量 计算矿料混合料的合成毛体积相对密度 计算矿料混合料的合成表观相对密度 预估沥青混合料适宜的油石比或沥青用量。 确定矿料的有效相对密度 2）制备马歇尔试件 以预估的油石比为中值，按一定间隔（对密级配沥青混合料通常为0.5%，对沥青碎石混合料可适当缩小间隔为0.3%0.4%），取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。每一组试件的试样数按现行试验规程的要求确定，对粒径较大的沥青混合料，宜增加试件数量。,140,第8章 沥青混合料,3）测定计算物理指标 测定试件的毛体积相对密度和吸水率 确定沥青混合料的最大理论相对密度 在