沥青与沥青混合料PPT课件.ppt

第 11 章,沥青及沥青混合料,目录,本章提要 概述 11.1石油沥青 11.1.1 石油沥青的组分与结构 11.1.2 石油沥青的技术性质 11.1.3 石油沥青的技术标准与选用 11.1.4 沥青的调配与改性 11.2沥青混合料 11.2.1 沥青混合料分类 11.2.2 沥青混合料组成材料及其技术要求 11.2.3 沥青混合料的结构 11.2.4 沥青混合料的技术性质 11.2.5 热拌沥青混合料的配合比设计 11.2.6 沥青混合料配合比设计案例 案例分析 本章小结,本章提要,石油沥青的组分、结构和技术性质；石油沥青的调配和改性；沥青混合料分类、组成材料及其技术要求，影响热拌沥青混合料性能的因素和配合比设计方法。 本章重点：沥青的技术性能与选用；沥青混凝土的配合比设计。 本章难点：沥青混凝土的配合比设计。,概 述,沥青： 有机胶凝材料，是高分子碳氢化合物和非金属衍生物的混合物。 沥青的特点 热塑性材料，加热就软化； 憎水性材料，耐水、不溶于水； 良好的粘结性和粘弹性； 较强的耐腐蚀性。 种类 地沥青：天然沥青，石油沥青 焦油沥青：煤沥青，页岩沥青,分类,地沥青,焦油沥青,天然沥青：石油在自然条件下，长时间经受地球物理因素作用形成的产物。,石油沥青：石油经各种炼油制工艺加工而得的石油产品。,煤沥青：煤经干馏所得的煤焦油，经再加工后得到的产品。,页岩沥青：页岩炼油油工业的副产品。,沥青,11.1.1 石油沥青的组分与结构,定义： 石油原油经蒸馏等提炼各种轻油（如汽油、柴油等）及润滑油后的残留物，或经过加工而得的产品。是一种有机胶凝材料。 常温下有固体、半固体或粘性液体三种形态。,11.1石油沥青,11.1.1 石油沥青的组分与结构,1.组分 由于沥青的化学组成十分复杂，并且化学组成与技术性质之间没有直接关系，所以通常只从使用角度，将沥青中化学物理性质相近的成分划分为若干组，称为组分（或组丛）： 油分（芳香油和饱和油） 油状液体，密度最小，它们赋予沥青以流动性。含量粘度，便于施工。 树脂（沥青脂胶）粘稠状液体（半固体），密度大于油分。它们赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性，含量塑性。 地沥青质（沥青质）固态无定性物质，密度大于1，决定沥青的耐热性、粘性和脆性。含量软化点粘性硬脆性。,2.石油沥青的胶体结构,组分的相溶特性 油分与树脂可互溶； 树脂能浸润地沥青质而在其表面形成薄膜。 胶体结构 以地沥青质为核心构成胶核； 胶核周围吸附部分树脂和油分构成胶团； 无数胶团分散在油分中而形成胶体结构。 分为三种类型：,地沥青质胶核,树脂质胶核,油分,溶胶型沥青质少、油分和树脂多，胶团之间易滑动。沥青粘性小而流动性大，耐热性差； 凝胶型沥青质多、油分和树脂少，胶团之间不易滑动。石油沥青弹性、粘结性大，耐热性高，但塑性差； 溶胶凝胶型沥青质含量适当，结构状态与沥青性质介于上述二者之间。大多数优质沥青属于这种结构。 （a）溶胶结构 （b）溶-凝胶结构（c）凝胶结构,溶胶结构,凝胶结构,沥青的胶体结构,溶凝胶结构,粘性（粘滞性） 塑性（延性） 温度敏感性 大气稳定性 其他性能,11.1.2 石油沥青的技术性质,石油沥青的技术性质,粘性（粘滞性） 概念： 粘性反映石油沥青材料抵抗外力或自重作用下变形的能力。 评价指标：相对粘度和针入度。相对粘度越大或针入度越小，粘性越大。 测定方法：标准粘度计和针入度仪法。 影响因素： 组成： 地沥青质含量较高，油分含量较小但有时量树脂，则粘性大； 温度： 在一定温度范围内，粘性随温度升高而降低，反之则随之增大。,沥青的针入度试验,规定的荷载、时间和温度下进行,针入度仪,针入度等级,道路石油沥青 200300 150200 110150 80100 5080,建筑石油沥青 2540 1025,塑 性 概念 塑性指石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏，除去外力后，则仍保持变形后的形状的性质。也反映了沥青的自愈合性能。 评价指标 延度（伸长度），延度越大，塑性越好。 测定方法 把沥青试样制成8字型标准试模（中间最小截面积1cm2），在规定拉伸速度（5cm/min）和规定温度（25/15/10C）下拉断时的长度，即为延度，用cm为单位表示。 影响因素 树脂含量较多，其他组分含量适当时，则塑性较大； 温度升高，塑性增大；沥青膜层厚度越厚，则塑性愈大。,石油沥青的技术性质,延度,沥青延度试验,温度敏感性 概念 敏感性是指石油沥青的粘性和塑性随温度升降而改变的程度。 评价指标 软化点，它是沥青材料由固态转变为粘流态时的温度。 测定方法 环球法 影响因素 地沥青质含量高，软化点高，温度敏感性减小； 沥青中蜡含量高，增大其温度敏感性； 加入矿物粉末填料（滑石粉、石灰石粉等）可减小其温度敏感性。,石油沥青的技术性质,软化点测定试验装置,沥青软化点测量,大气稳定性 概念 指石油沥青在热、光、氧和潮湿等因素长期作用下，抵抗老化使性能稳定的程度。 老化现象 上述因素作用下的变化 沥青各组分发生递变，油分和树脂含量逐渐减小，而地沥青质含量逐渐增多，流动性和塑性降低，硬脆性增大的过程。 评价指标 蒸发后的质量损失或蒸发后的针入度比，蒸发损失愈小或蒸发后针入度比愈大，则大气稳定性愈好，“老化”愈慢。 测定方法 测量在160C下蒸发5小时后，沥青的针入度与蒸发前针入度比值的百分数，即为蒸发后针入度比。 影响因素 石油沥青中油分、树脂含量高，则大气稳定性好。,石油沥青的技术性质,大气稳定性评价,针入度比,老化后沥青的针入度,老化前沥青的针入度,蒸发试验,烘箱外观,其他性能 溶解度 石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或笨中溶解的百分率，以表示沥青中有效物质含量，即纯净程度。不溶解的物质会降低沥青的性能，应加以限制。 闪点 加热沥青至初次闪火（有蓝色闪光）时的沥青温度。 燃点或着火点 加热沥青，并与火接触能持续燃烧5秒以上时的温度。,石油沥青的技术性质,溶解度试验（纯度）,闪点 试 验（安全性）,11.1.3 石油沥青的技术标准与选用,一、石油沥青的技术标准 1、品种：石油沥青按用途分为道路石油沥青、建筑石油沥青、防水防潮和普通石油沥青。 2、牌号：从表中可看出，石油沥青的牌号主要是根据针入度、延度和软化点等指标划分的，并以针入度值表示。 3、同一品种石油沥青牌号与其性能之间的关系是： 牌号针入度（即粘性脆性）、延度（即塑性）、软化点（即温度敏感性）、使用寿命（耐久性）（牌号越大，油分、树脂含量越多，老化越慢）。,道路石油沥青标准,二、石油沥青的选用 选用原则：根据工程类别、气候条件和所处工程部位等因素合理选用。在满足使用要求的前提下，应尽量选用较大牌号的沥青，以保证较长的使用年限。 1、道路沥青： 特点：针入度延度大、软化点低。多用于拌制沥青砂浆和沥青混凝土，用于道路路面及厂房地面及地下防水工程等。 2、建筑沥青： 特点：针入度小、软化点高，但延度小（塑性差）。多用于屋面和地下防水工程以及作为建筑防腐材料。 一般屋面防水用沥青的软化点应比本地区屋面可能达到的最高温度高2025，亦即比最高气温高50左右。一般地区可选30号、夏季炎热地区宜选用10号石油沥青。 3、防水防潮石油沥青：软化点高，温度稳定性好，适用于寒冷地区的防水防潮工程。 4、普通石油沥青：含蜡量高，性能较差，在建筑中一般不单独使用，可与其他沥青掺配使用。,观察与讨论： 建筑石油沥青的选用 请比较下列A、B两种建筑石油沥青的针入度、延度及软化点测定值。若于南方夏季炎热地区屋面选用何种沥青较合适，请讨论。 讨论：宜用B石油沥青，一般屋面用沥青应比当地屋面可能达到的最高温度高出2025，亦即比当地最高温度高出50左右。南方炎热地区气温相当高，A沥青软化点较低，难以满足要求，夏季易流淌。可选B，但B沥青延伸度较小，在严寒地区不宜使用，否则易出现脆裂现象。,11.1.4沥青的掺配与改性 一、沥青的掺配 当单独用一种牌号的沥青不能满足工程要求的软化点时，可用相同产源的两种或三种沥青掺配使用。掺配量可按下式估算： 式中： Q1低软化点沥青掺量，%； Q2高软化点沥青掺量，% T1低软化点沥青的软化点, T2高软化点沥青的软化点, T要求沥青的软化点， 如用三种沥青时，可先算出两种沥青的配比，再与第三种沥青进行配比计算。,2、沥青改性及改性材料,土木工程中使用的沥青要求： 在低温下应有弹性和塑性； 在高温下要有足够的强度和稳定性； 在加工和使用中具有抗老化能力； 与矿物和结构表面有较强的粘附力； 以及对构件变形的适应性和耐疲劳性。 沥青材料本身难以满足这些性能要求，需用其他材料改性。,二、沥青的改性 1、矿物填充料改性 为提高沥青的粘结能力和耐热性，降低温度敏感性，经常在石油沥青中加入一定数量的粉状或纤维状矿物填充料进行改性。常用的有：滑石粉、石灰石粉、云母粉、硅藻土粉和石棉等。 2、聚合物改性（包括橡胶和合成树脂） 橡胶具有显著的高弹性、可挠性、不透水性；用合成树脂可改进沥青的耐寒性、耐热性、抗老化性、粘结性等。目前使用最普遍的是SBS橡胶和APP树脂： （1）SBS改性沥青SBS是丁苯橡胶的一种，是以丁二烯、苯乙烯为单体经聚合反应形成的共聚物，一种热塑性弹性体（简称SBS）。 SBS改性沥青具有弹性好、延度大、低温柔韧性与热稳定性高、耐候性好等优点，是目前世界上应用最广的改性沥青之一。 （2）APP改性沥青APP是无规聚丙烯均聚物，是聚丙烯（PP）的一种。经APP改性后的沥青软化点高，延度大，具有优良的耐热性和耐老化性，尤其适用于气温较高的地区。,用于沥青改性的材料,脂肪胺 改善沥青的湿润性，增加在湿基面上的粘结力。 烃 有机溶剂，改变沥青的粘度。 弹性体 再生橡胶粉 丁二烯苯乙烯丁二烯嵌段共聚物（SBS树脂） 丁二烯苯乙烯橡胶乳液（SBR） 天然橡胶乳液 塑性体 乙烯醋酸乙烯脂（EVA） 苯乙烯脂 矿物粉末 滑石粉、石灰石粉、膨润土、水泥等。,橡胶改性沥青 橡胶有：氯丁橡胶、丁氰橡胶、再生橡胶等。 改性机理：橡胶分子加入到沥青中，改变了沥青中分散介质的组成，促进沥青分子相互排斥，并改变了分散相的结构，形成弹性结构网。 改性效果：气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐臭氧、耐气候和耐燃烧性等得到大大改善和提高。 掺入方法：溶剂法和乳液法,树脂改性沥青 树脂有： 古马隆树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、酚醛树脂和天然松香等。 改性机理：与橡胶相同。 改性效果： 气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐臭氧、耐气候和耐燃烧性得到大大改善。 掺入方法：溶剂法或乳液法。,纤维改性沥青 纤维类改性剂主要有石棉、聚丙烯纤维、聚酯纤维、纤维素纤维等。纤维类物质加入沥青中，可显著地提高沥青的高温稳定性，同时可增加低温抗拉强度。但纤维类改性沥青对纤维的掺配工艺要求很高。 作用机理： 高温稳定的作用机理: 由于沥青对矿物填充料的润湿和吸附作用，沥青分子可能成单分子装排列在或纤维表面，形成结合力牢固的沥青薄膜，因而又称为“结构沥青”。提高了粘性和耐热性等。 低温抗裂作用机理:桥接作用;裂纹分叉,11.2 沥青混合料,定义：沥青混合料是将粗、细骨料和填料经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适量沥青拌和而成的均匀混合料 沥青混合料： 沥青混凝土 沥青碎石 用途：道路路面,11.2.1 沥青混合料分类,按胶结材分类：石油沥青，煤沥青,改性沥青混合料 按铺筑和拌和温度分类：热拌、常温 按矿料最大粒径： 粗粒式：4.7537.5mm 中粒式：4.7526.5mm 细粒式：4.759.5mm 砂粒式：4.75mm 按照密实度分类 密实（）型：剩余孔隙率36 空隙（）型：剩余孔隙率410 开级配型：剩余孔隙率15 半开级配型：剩余孔隙率 1015 按级配类型分类：连续、间断,11.2.2 沥青混合料组成材料及其技术要求,1沥青的性质与质量 2粗集料性质与质量 3细集料性质与质量 4矿粉等填料的性质与质量,1沥青的性质与质量,应根据气候条件、交通性质、沥青混合料的类型和施工条件选择沥青，并应符合有关标准的规定。,表114 热拌沥青混合料用石油沥青标号的选用,2粗集料性质与质量,粗骨料： 碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等。 基本要求：洁净、干燥、无风化、不含杂质、坚硬、耐磨、韧性好、级配与粒径符合标准要求。,高等级路面:优先选用与沥青的粘结性好的碱性集料。酸性岩石应避免采用；若采用酸性石料时，宜选用针人度较小的沥青；并且还应采用抗剥离措施。例如，用干燥的磨细消石灰、生石灰粉或水泥作为填料的一部分，改善沥青与石料的粘结性，其适宜用量为矿料总量的12；在沥青中掺加抗剥离剂；或将粗集料用石灰浆处理后使用。,粗集料的级配应满足表116中各个粒径规格的规定,在力学性能方面，其压碎值和磨耗率等指标应满足规范要求（见表115）。,3细集料性质与质量,沥青混合料用细集料是指粒径小于2.36mm的天然砂、人工砂及石屑等。沥青混合料用细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质；并有满足结构稳定性的颗粒级配组成，其坚固性和颗粒级配等质量指标应符合规范中的有关要求（见表117和表118）。 当用于高速公路、一级公路、城市快速路、主干道路的沥青面层时，应采取与粗集料相同的抗剥离措施。,4矿粉等填料的性质与质量,矿粉是粒径小于0.075mm的无机质细粒材料，它在沥青混合料中起填充与改善沥青性能的作用。为使其与沥青有可靠的粘结性能，通常宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石（憎水性石料）经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土质量分数要小于3%，其它杂质应除净，并且要求矿粉干燥、洁净，级配合理，其质量符合表119的技术要求。当采用水泥、石灰、粉煤灰作填料时，其用量不宜超过矿料总量的2，并要求粉煤灰与沥青有良好的粘附性，烧失量小于12。,悬浮密实结构 结构特征：由连续级配矿质料配制的密实沥青混合料，结构上，大颗粒骨料悬浮在小颗粒骨料之中。 性能特点：密实度和强度较高，稳定性较差。 骨架空隙结构 结构特征：较细骨料少，较粗骨料彼此相互接触连接。 性能特点：稳定性较好，粘聚力较差。 骨架密实结构 结构特征：粗骨料相互接触，其堆积空隙完全被较细颗粒填充密实。 性能特点：较高的粘聚力和稳定性，较高的内摩擦角,11.2.3 沥青混合料的结构,（a）悬浮密实结构 （b）骨架空隙结构 （c）骨架密实结构 图11.2不同沥青混合料组成结构示意图,11.2.4 沥青混合料的技术性质,1沥青混合料的强度及其影响因素 高温稳定性 定义：在夏季高温下，经受长期交通荷载作用，不产生车辙和波浪等破坏现象的性质。 评价指标 马歇尔稳定度和流值。该值越大，稳定性越好。 耐久性 耐水性取决于沥青材料与矿料表面的粘结力。 评价耐水性的指标是残留稳定度（浸水48小时与未浸水的马歇尔稳定度比值）。 其它性能 施工和易性 低温抗裂性 抗滑性,沥青混合料的组成及其作用,沥青与矿质材料（砂、石）构成具有空间网络结构的分散体系； 沥青为分散介质; 赋予混合料以流动性； 在常温下为固体，起到胶结作用； 矿料在混合料中为分散相， 起骨架和填充作用; 改善混合料的体积安定性; 减少沥青胶结材料用量,1沥青混合料的强度及其影响因素,强度应由两方面构成：一是沥青与集料间的结合力；二是集料颗粒间的内摩擦力。 （1）集料的表面性质、颗粒形态与级配 （2）沥青结合料的粘度与用量 （3）矿料的品种、比表面积与用量 （4）温度与形变速率,（1）集料的表面性质、颗粒形态与级配 矿料的粗糙度越大，沥青混合料的粘结力越高。 多面体形状，表面粗糙的骨料比圆形光滑的骨料更有利于抗剪强度的提高。 级配的影响 连续型级配，粘结力较高，内摩阻力较小； 粗骨料多，细骨料少的级配，粘结力较低，内摩阻力较大； 间断级配，内摩阻力和粘结力均较高，沥青混合料抗剪强度较大。,粗糙度大正方形间断密级配集料配制的 沥青混合料,强度大; 表面光滑针状连续级配的集料配制的 沥青混合料,强度小.,沥青和矿料的化学性质的影响 沥青和矿料在界面上存在化学作用和吸附作用。 界面相互作用使得： 结构沥青：矿料颗粒表面厚度为0 的层，粘度由外向里递增，抗剪强度由外向里递增。 自由沥青：矿料颗粒表面0 厚度外，粘结力较小。 结构沥青的厚度取决于沥青和矿料的化学性质。 沥青比表面积,碱性矿粉 ,有利于提高结构沥青厚度,比表面积越大 ,强度高.但要注意比表面积不能太大,沥青粘度的影响 沥青粘度越大，沥青内部胶团相互作用力越大，抵抗剪切作用下的变形能力越大。 沥青粘度越大，沥青混合料的粘结力越大。 沥青混合料的粘聚力越大，其抗剪强度越高。,沥青用量对抗剪强度的影响 沥青用量较少时，粘结力随着沥青用量的增加而提高； 沥青用量足以饱满地包裹骨料表面，形成薄膜粘结骨料时最优沥青用量，抗剪强度最高； 沥青用量大于最优沥青用量时，粘结力随着自由沥青用量的增加而降低。,1沥青的粘度越大，则混合料的粘聚力就越大，粘滞阻力也越大，抵抗剪切变形的能力越强。 2混合料中存在最佳沥青用量。,（4）温度与形变速率,沥青混合料是粘弹体系中的一种热塑性材料，因此，它的抗剪强度随着温度的升高而降低； 粘聚力随变形速率增加而显著提高。,Summary 矿料表面粗糙越大，内摩阻力越大，其抗剪强度提高；多面体（如正方形）比针状好。 粗细骨料的间断级配，可提高抗剪强度提高； 沥青与矿料化学性质 矿料对沥青组分分子的吸附作用越强，沥青混合料的抗剪强度越高。 沥青的粘滞性 沥青的粘滞性越大，则沥青与矿料的粘结力就越大，沥青混合料的抗剪强度越高。沥青用量： 沥青混合料都有一个最佳沥青用量。 矿料的表面积越大，沥青与矿料的粘结力越高，抗剪强度提高； 温度和变形： 温度高、变形快,强度低,2沥青混合料的温度稳定性,（1）高温稳定性 （2）低温抗裂性,采用粘度高、针入度小、温度稳定性较好和含蜡量低的沥青或高聚物改性沥青对于提高混合料的稳定性至关重要； 矿质混合料的级配、性质 (“结构沥青”比例较高，较好的高温稳定性 ),检测方法: 车辙试验, 马歇尔稳定度,抵抗低温收缩 :低温柔性高分子的改性沥青或在沥青中掺加某些纤维可以显著改善沥青混合料的低温抗裂性。不良的矿质混合料级配可能导致路面的低温抗裂性下降。,马歇尔稳定度和流值试验,试件：101.6mm×63.5mm； 处理：试件在60C的水中浸泡3040min； 测试：侧立在压力试验机中受压； 测量试件破坏的极限荷载（N）马歇尔稳定度 测量极限荷载与其对应的压缩变形值(1/10)mm流值。,马歇尔稳定度和流值试验,马歇尔稳定度和流值试验,3沥青混合料的耐久性,影响沥青混合料耐久性的主要因素 孔隙率 一定量的空隙率是必要的； 空隙率太大对力学性能和耐久性不利。 耐水性 耐水性：沥青混合料饱水后，矿料与沥青粘结力降低，剥落，体积膨胀。 评定指标：残留稳定度 耐水性差，耐久性也差 填隙率 沥青用量过少，塑性降低，空隙率增大，耐水性下降； 沥青用量过多，降低高温稳定性和抗滑能力。,4沥青混合料的抗疲劳性,沥青混合料的疲劳是材料在荷载重复作用下产生不可恢复的强度衰减积累所引起的一种现象。 影响沥青混合料寿命的因素很多，包括集料的表面状态、混合料沥青用量、混合料空隙率、混合料劲度、混合料成型方法、荷载历史、加载速率、施加应力或应变的波谱形式、荷载间隙时间、试验方法、温度和湿度等。,5沥青混合料的抗滑性,为保证汽车安全和快速行驶，要求路面具有定的抗滑性。沥青混合料路面的抗滑性主要与其矿质集料的表面状态和耐磨性、混合料的级配组成、沥青用量、沥青含蜡量和路面温度等有关。 应选择表面粗糙、多棱角、坚硬耐磨的矿质集料，以提高路面的摩擦系数。沥青用量和含蜡量对抗滑性的影响非常敏感，即使沥青用量较最佳沥青用量只增加0.5，也会使抗滑系数明显降低；沥青含蜡量对路面抗滑性的影响也十分显著，工程实际中应严格控制沥青含蜡量。,提高沥青路面抗滑的措施有：混合料中矿质集料全部或部分采用硬质粒料，矿料的级配组成采用开级配，并尽量用对集料裹覆力较大的沥青；同时，适当减少沥青用量，使集料露出路面表面；将粘结力强的人造树脂，涂布在沥青路面上，然后铺撒硬质粒料，待树脂完全硬结后，将未粘粒料扫掉，即获得抗滑路面。,6沥青混合料的施工和易性,影响沥青混合料施工和易性的因素主要是： 1、矿料级配； 2、沥青的粘度 3、温度,粗细集料的颗粒大小相距过大时，缺乏中间粒径，混合料容易离析。若细料太少，沥青层就不容易均匀地分布在粗颗粒表面；细料过多时，则拌和困难。,当然混合料中沥青的粘度对施工和易性也有显著影响，可以通过控制混合料的温度来控制沥青的粘度。另外，用粉煤灰这种具有球形结构和一定保温性能的材料作为沥青混合料的填料时，也具有良好的施工和易性。,11.2.5沥青混合料的组成设计方法,沥青混合料配合比设计 试验室配合比设计 生产配合比设计 试拌试铺配合比设计 要求 足够的沥青用量保证耐久性 在交通荷载下足够的稳定性 足够的空隙 上限：避免环境破坏 下限能容纳由于交通荷载引起的初始密实 足够的和易性,沥青混合料的组成设计方法,1、矿质混合料组成设计 设计目标是选配一个具有足够密实度，并且有较高内摩阻力的矿质混合料。 设计步骤： 确定沥青混合料的类型；道路等级、路面类型、结构层次、路面结构等（查表1110 ）。 查表l111 ，确定矿质混合料的级配范围； 矿质混合料配合比计算 组成材料原始数据测定； 图解法或电算法计算配合比； 调整配合比。,图解法, 绘制级配曲线坐标图 确定各种集料用量 校核,绘制级配曲线坐标图,图11.4虚线是以AC-13要求的矿料级配中值为例绘出的。如筛孔尺寸0.075mm对应矿料通过率为4%8%（见表l111），则中值为6%，从纵坐标6%处引水平线与对角线相交，再从交点作垂线与横坐标相交，其交点即为0.075mm筛孔尺寸的位置；余类推。,确定各种集料用量,校核,通常合成的配合比还应符合下列要求： a. 合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限。在0.3-0.6mm处无驼峰。 b. 对交通量大、轴载重的道路，宜偏向级配范围的下（粗）限。对中小交通或人行道路等，宜偏向级配范围的上（细）限。 c. 合成的级配曲线应接近连续级配或有合理的间断组配，不得有过多的犬牙交错。当经过再三调整，仍有两个以上的筛孔超出级配范围时，必须对原材料进行调整或更换原材料重新设计。,沥青混合料的组成设计方法,2、确定沥青混合料的最佳沥青用量 制备试样 按确定的矿质混合料配合比，计算各种矿质材料的用量； 根据表11-11推荐的沥青用量，选5个不同的沥青用量进行试配； 测定物理指标 视密度 理论密实 空隙率 沥青体积百分数 矿料间隙率 沥青饱和度,沥青混合料的组成设计方法,确定沥青混合料的最佳沥青用量 测定力学指标 马歇尔稳定度 流值 马歇尔试验结果分析 绘制沥青用量与物理力学指标关系图 根据稳定度、密度和空隙率确定最佳沥青用量初始值1 根据符合各项技术指标的沥青用量范围确定最佳沥青用量初始值2 根据两个初始值，确定沥青最佳用量 根据气候条件和交通特征，调整最佳沥青用量 水稳定性试验 残留稳定度试验 抗车撤能力试验,1）绘制沥青用量与其物理-力学指标关系图,。以沥青用量为横坐标，以实测密度、空隙率、饱和度、稳定度、流值为纵坐标，绘制沥青用量与其物理力学指标关系图。如图11.6示例所示。注意，选择的沥青用量范围应使密度及稳定度曲线出现峰值。,马歇尔指标,2）确定最佳沥青用量的初始值OACl。,从图11.6中求取相应于密度最大值的沥青用量为a1；相应于稳定度最大值的沥青用量为a2；及相应于规定空隙率范围的中值的沥青用量a3，按式（11-12）计算三者的平均值作为最佳沥青用量的初始值OACl，即,3）确定最佳沥青用量的初始值OAC2。,根据沥青混合料马歇尔试验（见图11.4），确定符合各项技术指标要求的沥青用量范围OACminOACmax，按式（11-13）计算其平均值作为最佳沥青用量的初始值OAC2，即,4）由OAC1和OAC2综合决定最佳沥青用量OAC。,按最佳沥青用量的初始值OAC1在图中求取相应的各项指标值，检查其是否符合相应的马歇尔试验指标技术标准，同时检验VMA是否符合要求。如检查符合要求，则由OAC1和OAC2综合决定最佳沥青用量OAC；如检查不符合要求，则应调整集料级配，重新进行配合比设计和马歇尔试验，直至各项指标符合要求为止。,由OAC1和OAC2综合决定最佳沥青用量OAC,宜根据实践经验、道路等级、气候条件等按下列步骤进行： a. 一般情况下，取OAC1和OAC2的中值作为最佳沥青用量OAC，即 b. 对热区道路以及车辆渠化交通的高速公路、一级公路、城市快车道和主干路，预计有可能造成较大车辙的情况下，可在OAC2与下限OACmin范围内确定，但不宜小于OAC2的0.5%。 c. 对寒区道路及其他等级公路与城市道路，可在OAC2与上限OACmax范围内确定，但不宜大于OAC2的0.3。,（5）检验最佳沥青用量OAC,1）水稳定性检验 2）高温稳定性检验,生产配合设计,集料筛分 最佳沥青用量,11.2.6 沥青混合料配合比设计案例,题目：试设计某一般公路沥青混凝土路面用沥青混合料。 原始资料： 1道路等级：一般公路。 2路面类型：沥青混凝土。 3结构层位：三层式沥青混凝土的上面层. 4气候条件：最低月平均气温为-8C。 5沥青材料：可供应50号、70号和90号，经检测技术性能均符合要求。 6碎石和石屑：石灰石轧制碎石，洛杉矶磨耗率12，粘附性（水煮法）级，表现密度2700kg/m3。 7砂：洁净粗砂，表观密度2650 kg/m3。 8矿粉：石灰石磨细石粉，粒度范围符合技术要求，无团粒结块，表观密度2580 kg/m3。,设计要求：,1根据道路等级、路面类型和结构层位确定沥青混合料的矿质混合料的级配范围。根据现有各种矿质材料的筛分析结果，用图解法确定各种矿质材料的配合比。 2根据选定的矿料类型在相应的沥青用量范围，通过马歇尔试验，确定最佳沥青用量。 3沥青用量按水稳定性检验进行校核。,1矿料配合比设计,（1）确定沥青混合料类型。因为道路等级为高速公路、路面类型为沥青混凝土，路面结构为三层式沥青混凝土上面层,为使上面层具有较好的抗滑性按表1110选用细粒式I型（AC-13）沥青混凝土混合料。,计算中值,（3）矿料配合比计算,修正,2沥青最佳用量的确定,（1）试件制备 当地气候条件最低月平均温度为-5C，属于温区，采用AH-70沥青。根据表1111所列的沥青用量范围，AC-13的沥青用量为4.5%6.5%。按实践经验，选取沥青用量5.0%7.0%、0.5%间隔变化，与上述计算的矿质混合料配合比组配制备5组试件。,马歇尔试验,测定结果汇总如表1117。并在表中列出现行规范要求的高速公路AC-13型沥青混凝土的各项指标的技术标准。,绘图,沥青用量马歇尔试验物理、力学指标关系曲线图 表观密度最大值的沥青用量a1=6.20%； 稳定度最大值的沥青用量a2=6.20%； 规定空隙率范围的中值的沥青用量a3=5.60%,计算沥青用量,综合决定最佳沥青用量OAC。按最佳沥青用量的初始值OAC1=6.0%检查各项指标符合相应的马歇尔试验指标技术标准，检验VMA也符合要求。由OAC1和OAC2综合确定沥青最佳用量OAC=6.0%。由于当地属于温区，并考虑高速公路为渠化交通，要防止出现车辙，选择在中限值OAC与下限值OACmin 之间选取一个最佳用量OAC=5.6%。,（5）最佳沥青用量（OAC）检验,1）水稳定性检验。,水稳定性检验。大于标准要求的75%,结论,从表1118可知，OAC为6.0%制备的马歇尔试件，浸水残留稳定度均大于75%，符合标准要求。,案例分析,【工程实例分析11-1】沥青路面的水损害 人们常可以看到一种现象，在沥青混凝土路面的局部受损部位，在下雨时及雨后受损范围越来越大，请分析原因。 原因分析：这是沥青路面的水损害。在沥青混凝土路面的局部受损部位，往往呈凹陷状态，在下雨时或雨后往往积水，水的渗入使沥青粘附性减少，导致沥青混合料强度和劲度降低。且由于集料表面对水的吸附比沥青强，从而使沥青与集料表面的接触角减小，沥青易从集料表面剥离。尤其在车辆应力作用下，表面剥离情况更严重。因此，应及时对路面局部受损部位进行修补。,【工程实例分析11-2】沥青路面的拥包、搓板现象 在城市道路的十字路口，常看到沥青路面的拥包、搓板现象，请分析原因。 原因分析：这是沥青混合料稳定性不足的问题。在城市道路的十字路口，是车辆的临时停车点，静载持续时间长，而沥青混凝土是粘-弹性材料，因此对于劲度较差路面的十字路口，在高温季节易产生拥包、搓板现象。,【工程实例分析11-3】沿海高速公路使用消石灰提高沥青的抗剥离能力 沿海高速盐城段沥青混合料配合比设计时，掺加了约2%的消石灰，请分析原因。 原因分析：消石灰比表面积大，是石灰石粉的两倍。在混合料中掺入消石灰可以提高沥青粘性，加强与集料的粘结力；改善酸性石料表面的荷电状态，使石料表面电位降低，对水的亲和力减小。消石灰与酸性石料表面反应，生成碱性薄层，提高了沥青与集料表面的化学吸附力。,【工程实例分析11-4】环氧沥青混凝土 南京长江二桥桥面铺装选用了美国林同炎公司推荐的作为商品出售的环氧沥青。这种环氧沥青由两组分组成：组分A（环氧树脂） 和组分B（一种由石油沥青和固化剂组成的匀质合成物）。上层厚度为25mm，环氧沥青用量为0.45L/m2；下层厚度也为25mm，环氧沥青用量为0.45L/m2。试分析采用环氧沥青混凝土的优点，及上下层沥青混合料中设计中应考虑的主要问题。环氧沥青混合料中集料的级配见表1220。,分析：,南京是季风性、湿润气候，所用沥青混合料既要考虑高温稳定性，又要考虑低温抗裂性。通过对环氧沥青混合料的马歇尔稳定度、低温抗弯拉强度、高温稳定性和疲劳强度等实验的研究表明：环氧沥青混凝土高温时抗塑流和永久变形能力很强，并有很好低温抗裂性能、抗疲劳性能及抵抗化学物质侵蚀的能力，环氧沥青强度高，可以铺装较薄铺装层，较其它沥青材料有明显的优势，能很好地满足大跨径钢桥面铺装。但环氧沥青施工时温度要求十分严格，难度大，有一定的风险性。南京长江二桥使用环氧沥青混合料作为钢桥面铺装材料，经多年考验，状况良好。,创新思维题？,为什么现在沥青混合料用的沥青均采用高分子材料改性沥青？ 观察沥青路面的沥青混合料情况，说明为什么沥青路面是多孔性的，而混凝土路面是较密实的？ 沥青路面的水损害 讨论并予以点拨以相同沥青混合料铺筑的道路，为什么多雨、地下水较多的地段往往损坏更快、更严重。 沥青路面开裂的观察与思考，沥青路面裂缝分析。,本章小结,石油沥青主要有三种组分：油分、树脂质和地沥青质。石油沥青分为溶胶结构、凝胶结构和溶-凝胶结构三种基本结构，它们是由油分、树脂质和地沥青质这三种组分的相对含量决定的。石油沥青的三大技术指标为针入度、延伸度和软化点，是评价粘稠沥青性能最常用的经验指标，也是划分沥青牌号的主要依据，沥青的使用条件主要由这三种指标决定。沥青通常用树脂、橡胶和高聚物进行改性，也可用各种纤维和矿物料进行改性。,沥青混合料主要由沥青、粗细集料和填料组成。所用沥青根据地区气候条件、施工季节温度、路面类型、施工方法等选用；粗集料宜有良好的粒型，路面抗滑表层的粗集料宜为坚硬、耐磨、抗冲击性好的碎石，还应满足抗滑性要求。细集料应干净、干燥、无风化、无杂质，粗、细集料都要与沥青有良好的粘结力，不能满足时，加入消石灰粉等抗剥离剂。填料则要求亲水系数小于1。 沥青混合料按其粗细集料的比例不同，其结构组成分为三种：悬浮密实结构；骨架空隙结构和骨架密实结构，常用的是骨架密实结构和骨架空隙结构。沥青混合料的性质包括强度、高温稳定性、低温稳定性、耐久性、抗滑性和施工和易性，强度、高温稳定性和耐久性通常采用马歇尔稳定度和车辙试验进行检验和评定。,热拌沥青混合料配合比设计分三个阶段：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。 目标配合比设计包括矿料配合比计算和最佳沥青用量的确定 首先根据沥青混合料类型，进行矿料配合比计算，要求如下： a. 合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限。 b. 对交通量大、轴载重的高速公路和一级公路，宜在工程设计级配范围内计算13组粗细不同的级配，绘制设计曲线，分别位于设计级配范围的上方、中值及下方。 合成的级配曲线不得有过多的犬牙交错，且在0.3-0.6mm范围内不出现“驼峰”。当经过再三调整，仍有两个以上的筛孔超出级配范围时，必须对原材料进行调整或更换原材料重新设计。,其次确定沥青最佳用量。根据马歇尔试验结果，计算出两初始值OAC1和OAC2。由OAC1和OAC2综合决定最佳沥青用量OAC。按最佳沥青用量的初始值OAC1在图中求取相应的各项指标值，检查其是否符合相应的马歇尔试验指标技术标准，同时检验VMA是否符合要求。如检查符合要求，则由OAC1和OAC2综合决定最佳沥青用量OAC；如检查不符合要求，则应调整集料级配，重新进行配合比设计和马歇尔试验，直至各项指标符合要求为止。由OAC1和OAC2综合决定最佳沥青用量OAC时，宜根据实践经验、道路等级、气候条件等按下列步骤进行： a. 一般情况下，取OAC1和OAC2的中值作为最佳沥青用量OAC。 b. 对热区道路以及车辆渠化交通的高速公路、一级公路、城市快车道和主干路，预计有可能造成较大车辙的情况下，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1%-0.5%作为设计沥青用量。 c. 对寒区道路及其他等级公路与城市道路，可在OAC的基础上增加0.1%-0.3，以适当减少设计空隙率，但不得降低压实度要求。,END,