沥青混合料(公路材料试验检测)课件

主讲： 南京交通职业技术学院 下一页 上一页 道路建筑材料 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 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。 5、晴天无尘，雨天不泞，便于汽车高速行驶 1沥青路面容易 老化 。 2 温度稳定性差 。 但是 ！ 第九章 沥青混合料 概述 下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 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： 下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 热拌沥青混合料种类 第九章 沥青混合料 分类 下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 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，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 下一页 上一页 道路建筑材料 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 ta n c下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 故存在着最佳沥青用量这个概念。见下图所示： 01 23 4560.10.20.30.40.50.70.810203040506070c下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 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。 下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 （ 3） 耐久性 第九章 沥青混合料 技术性质和技术 标准 1.技术性质 2.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 （ 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 下一页 上一页 道路建筑材料 （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 FLMT S 10下一页 上一页 道路建筑材料 车辙试验 300 300 50mm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 下一页 上一页 道路建筑材料 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%， 下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 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。 下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 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： 149.5mm 457.2+-1.5mm落高 锤质量 10210+-10g mm021 5 2 4 下一页 上一页 道路建筑材料 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 mmmm 5.636.1 0 1 mmmm 3.954.1 5 2 下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 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： 63.5 1.3mm（标准试件） 95.3 2.5mm（大试件） 养护 脱模 下一页 上一页 道路建筑材料 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 30 40min加大试件恒温 45 60min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。 下一页 上一页 道路建筑材料 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 wfafammmmS下一页 上一页 道路建筑材料 3、试件空隙率 4、计算理论最大相对密度 已知油石比 Pa wfaf mmm wwfaf mmm 10 01 tfvvvvaannat PPPPP2211100下一页 上一页 道路建筑材料 当已知沥青含量 Pb时 理论密度 5、沥青体积百分率 abnntPPPP22111 0 0wtt afbPVA下一页 上一页 道路建筑材料 6、砂料间隙率 7、沥青体积饱和度 8、粗集料骨架间隙率 aAfaPPVA1 001 00VVVAV M A 10 0VVVAVaVFA1001m i n cacafPvvV C A下一页 上一页 道路建筑材料 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。 下一页 上一页 道路建筑材料 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 这就是建材课程要解决的问题 这是路面施工要解决的问题 第九章 沥青混合料 学习内容 下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 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 最好都是 碱性材料 第九章 沥青混合料 材料组成 下一页 上一页 道路建筑材料 沥青材料 针入度 针入度指数 软化点 延度 蜡含量 闪点 溶解度 密度 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 细集料 填 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 原材料名称 技术指标 执行标准 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 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTJ 052-2000 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 下一页 上一页 道路建筑材料 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 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 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？ 第九章 沥青混合料 配合比阶段设计内容 下一页 上一页 道路建筑材料 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 根据目标配合比的 OAC、 OAC 0.3% 三组沥青用量 根据热料比例 确定生产配合比 最佳沥青用量 OAC 图解法确定 热料比例 生产配合比 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 下一页 上一页 道路建筑材料 （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。 6 9.5 13 18 24.5 34 48 70 84 95 规范中值 4 5 7 9 13 20 34 60 76 90 规范下限 8 14 18 26 36 48 62 80 92 100 规范上限 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 16.0 筛孔尺寸 AC-16F沥青混凝土合成级配要求 一、矿料组成设计 第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤 下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 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。 第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤 下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤 下一页 上一页 道路建筑材料 下一页 上一页 道路建筑材料 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 下一页 上一页 道路建筑材料 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 JTG 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 下一页 上一页 道路建筑材料 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 ） 100 sb= P2 2 + + P1 1 Pn n 100 sa= P2 2 + + P1 1 Pn n P1、 P2 Pn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、 2 n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 下一页 上一页 道路建筑材料 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预估沥青混合料适宜的油石比（ Pa）或含油量（ Pb ） Pa Pb= Pa + 100 Pa1 Pa= sb sb1 Pa1 已建类似工程标准油石比 ,% sb 矿料合成毛体积相对密度 sb1 矿料合成毛体积相对密度 第九章 沥青混合料 目标配合比设计步骤 下一页 上一页 道路建筑材料 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