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1、第6章沥青混合料 1 第6章沥青混合料 6 1概述6 2热拌沥青混合料 6 2 1热拌沥青混合料的组成结构和强度形成理论 6 2 2热拌沥青混合料的组成材料6 2 3热拌沥青混合料的技术性质和技术标准 6 2 4热拌沥青混合料组成设计方法 6 3其他沥青混合料 2 第6章沥青及沥青混合料 6 2沥青混合料概述刚性路面 水泥混凝土路面道路路面柔性路面 沥青路面 沥青混合料 3 6 2 1基本概念 1 沥青混合料 英 Bituminousmixtures美 Asphaltmixtures 矿质混合料 粘结材料沥青混合料 粗集料 细集料 填料 沥青 2 类型沥青混合料包括 沥青混凝土混合料和沥青碎石
2、混合料通常定义 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 适当比例拌和 6 2沥青混合料 4 3 沥青混凝土混合料 Asphaltconcretemixture 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 采用圆孔筛时用LH表示 4 沥青碎石混合料 Asphaltmacadanmixture 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 采用圆孔筛时用LS表示 6 2沥青混合料 5 6 2 2分类 1 按结合料分类 石油沥青混合料 煤沥青混合料 2 按沥青混合料施工工艺分类 热拌沥青混合料 冷拌 常温 沥
3、青混合料 再生沥青混合料热拌热铺沥青混合料用粘稠沥青作结合料 在热态下拌和及摊铺施工 常温沥青混合料采用乳化沥青或液体石油沥青在常温状态下拌和 铺筑的混合料 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间断级配沥青混合料矿料级配中缺少1个或几个档次而形成的级配间断的沥青混合料 如沥青玛蹄脂碎石混合料SMA 6 2沥青混合料 6 6 2 2分类 4 按沥青混合料密实度 空隙率 分类 密级配沥青混合料 按密实原则设计 常采用连续型密级配沥青混合料 剩余空隙率小于10 通常 6 密实型沥青混凝土混合料AC 密级配沥青稳定碎石混合料ATB 开级配沥青混合料 连续型级配混合料 主要
4、以粗集料嵌挤组成 细集料和填料较少 通常设计空隙率为18 如排水式沥青磨耗层混合料OGFC 排水式沥青稳定碎石基层ATPB 半开级配沥青混合料 介于密级配和开级配之间 由适当比例的粗集料 细集料及少量填料 或不加填料 与沥青拌制而成 剩余空隙率为6 12 即沥青碎石混合料AM 采用圆孔筛时用LS表示 6 2沥青混合料 7 100 0 50 0 075 0 3 1 18 4 75 19 间断级配 开级配 密级配 三种类型矿料级配曲线 半开级配 6 2沥青混合料 8 9 5 按公称最大粒径分类特粗式 公称集料最大粒径等于或大于31 5mm 粗粒式 公称集料最大粒径为26 5mm中粒式 公称集料最大
5、粒径为16mm或19mm细粒式 公称集料最大粒径为9 5mm或13 2mm砂粒式 沥青石屑或沥青砂 公称集料最大粒径小于4 75mm1 集料的最大粒径 maximumsizeofaggregate 指集料100 都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸 以mm计 2 集料的公称最大粒径 nominalmaximumsizeofaggregate 指集料能全部通过或有少量不通过 一般容许筛余不超过10 的最小标准筛筛孔尺寸 通常比集料最大粒径小一个粒级 以mm计 6 2沥青混合料 10 热拌沥青混合料种类 11 6 2 3沥青混合料的组成材料 1 沥青标号选用要求 2 道路石油沥青的质量标准 3 道路石
6、油沥青的检测项目 2 粗集料 1 选择要求 2 技术标准 3 检测项目 1 道路石油沥青 密度针入度延度软化点老化试验 三大指标 压碎值磨耗率级配密度 表观密度 毛体积密度 3 细集料 1 选择要求 2 技术标准 3 检测项目 级配密度 表观密度 毛体积密度 含泥量 砂当量 4 矿粉 1 选择要求 2 技术标准 3 检测项目 级配密度亲水系数 12 1 道路石油沥青 1 道路石油沥青的质量 应满足表6 7的要求 2 沥青标号选用要求 沥青路面的沥青材料可根据交通量 气候条件 施工方法 沥青面层类型 材料来源等情况选用 寒冷地区宜选用稠度较小 延度较大的沥青 以免冬季裂缝 较热地区选用稠度较大
7、软化点高的沥青 以免夏季泛油 发软 一般路面的上层宜用较稠的沥青 下层和联结层宜用较稀的沥青 改性沥青应经过试验论证取得经验后使用 6 2 3沥青混合料的组成材料 13 2 粗集料 1 选用要求 粗集料是经加工 轧碎 筛分 而成的粒径大于2 36mm的碎石 破碎砾石 由砾石经碎石机破碎加工而成的具有一个以上破碎面的石料 筛选砾石 矿渣等集料 但高速 一级公路不得使用筛选砾石和矿渣 粗集料应清洁 干燥 无风化 无杂质 具有足够的强度 碱性和耐磨性 粗集料的颗粒应成立方形 表面粗糙 且富有棱角 2 质量要求1 级配 粗集料的级配应满足表6 1的规定 2 综合性质 物理 力学 化学性质应符合表6 2
8、 表6 3的要求 3 破碎砾石 应采用粒径大于50mm 含泥量不大于1 的砾石轧制 破碎砾石的破碎面应符合表6 4的要求 6 2 3沥青混合料的组成材料 14 表6 1沥青混合料用粗集料规格 15 表6 2沥青混合料用粗集料技术要求 16 表6 3粗集料与沥青的粘附性 磨光值的技术要求 6 2 3沥青混合料的组成材料 17 表6 4粗集料对破碎面的要求 6 2 3沥青混合料的组成材料 18 3 细集料用于配制沥青混合料的细集料的粒径比水泥混凝土的细集料更细 要求粒径小于2 36mm 1 选用要求 天然砂 机制砂 石屑 2 物理 化学性质要求 质量应符合表6 5的规定 3 级配 通常宜采用粗 中
9、砂 规格应符合表6 6 表6 7的规定 6 2 3沥青混合料的组成材料 19 表6 5沥青混合料用细集料质量要求 6 2 3沥青混合料的组成材料 20 6 6沥青混合料用天然砂规格 21 表6 7沥青混合料用机制砂或石屑规格 6 2 3沥青混合料的组成材料 22 4 填料填料是指在沥青混合料中起填充作用的粒径小0 075mm的矿物质粉末 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 也可以利用工业粉末 废料 粉煤灰等代替 但用量不宜超过矿料总量的 其中粉煤灰的用量不宜超过填料总量的50 粉煤灰的烧失量应小于12 塑性指数应小于 2 质量要求 不含泥土杂质和石
10、块 应符合表6 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 6 2 3沥青混合料的组成材料 23 表6 8沥青混合料用矿粉质量要求 6 2 3沥青混合料的组成材料 24 6 2 4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 细料多 粗料少 粘聚力C较高 内摩擦角 较小 2 骨架 空隙结构 连续型开级配 细料少 粗料多 粘聚力C较低 内摩擦角 较大 3 密实 骨架结构 间断型密级配 粗料 细料较多 粘聚力C较高 内摩擦角 较大 6 2沥青混合料 材料从大到小连续
11、存在 由于粗集料的数量较少而细集料的数量较多 粗集料被细集料挤开 而以悬浮状态存在于细集料之间 这种结构的沥青混合料密实度及强度较高 而稳定性较差 一般的沥青混凝土路面都采用这种连续密实级配型的结构 结构强度受沥青的性质及其状态的影响较大 高温条件下 沥青粘度降低 强度稳定性会下降 采用连续开级配矿料与沥青组成混合料 较粗矿料与沥青彼此接触 形成互相嵌挤的骨架 细料较少 不足以充分填充空隙 压实后混合料空隙较大 形成骨架孔隙结构 如沥青碎石混合料 AM 和开级配磨耗层沥青混合料 OGFC 是典型的骨架孔隙结构 该型混合料中 粗集料之间的嵌挤力对沥青混合料的强度和稳定性起重要作用 结构强度受沥青
12、性质和物理状态的影响较小 高温性能好 空隙率大 渗透性较大 气体和水分易进入混合料内部 引发沥青老化或将沥青从集料表面剥落 因此其耐久性有问题 采用间断型密级配矿料时 沥青混合料中既有足够的粗集料形成骨架 又根据粗集料骨架孔隙大小加入足够的细集料和沥青胶浆 使之填满骨架空隙 形成较高密实度的骨架结构 具有上述两种结构的优点 是一种较为理想的结构类型 如沥青玛蹄脂碎石 SMA 结构 粗集料分布在沥青与细料形成的沥青砂中 细集料又分布在沥青与矿粉构成的沥青胶浆中 形成具有一定内摩阻力和粘结力的多级网络结构 25 图6 1沥青混合料结构组成示意图 a 悬浮 密实结构b 骨架 空隙结构c 密实 骨架结
13、构 6 2沥青混合料 26 表6 2 1沥青混合料的类型和特点 注 VV 试件空隙率 内摩阻角C 粘聚力 27 6 2 5沥青混合料的强度形成原理 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引起的破坏或粘结力不足引起塑性变形过大等现象 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 6 2沥青混合料 28 2 强度理论 高温 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 主要取决于 粘聚力和内摩擦角两个参数 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 6 2沥青混合
14、料 29 摩尔 库仑包络线 c tan c 6 2沥青混合料 30 沥青混合料的抗剪强度的内因决定于沥青混合料的内摩擦角和粘聚力 其值越大 抗剪强度越大 其外因决定于温度等因素 2 影响沥青混合料内摩擦角的因素 A 矿质骨料对内摩擦角的影响 B 沥青含量对内摩擦角的影响 1 影响沥青混合料粘聚力的因素 A 沥青材料的粘结性对粘聚力的影响 B 矿料颗粒间的联结形式对粘聚力的影响 沥青混合料强度的影响因素 31 沥青混合料的粘聚力 随沥青粘度的增加而增加 沥青的粘度越大 粘结力越大 并可以保持矿质集料的相对嵌锁作用 强度也越大 抗变形能力越强 高温条件下 沥青的粘度降低 沥青混合料的粘结力也会降低
15、 沥青包裹矿料后 对于矿料表面吸附的沥青因较强的化学吸附作用 形成吸附溶化膜 即结构沥青 粘度较高 结构沥青外为自由沥青 保持沥青初始粘结力 矿料间由结构沥青膜联结 粘聚力大 矿料间由自由沥青所联结 则粘聚力小 1 影响沥青混合料粘聚力的因素 A 沥青材料的粘结性对粘聚力的影响 B 矿料颗粒间的联结形式对粘聚力的影响 32 a 沥青用量不足 不足以形成结构沥青 小 较大 b 沥青用量适中 逐渐形成结构沥青 增大 减小 当形成结构沥青膜 具有 max 对应最佳沥青用量OAC c 沥青用量过量 开始形成自由沥青 下降 减小 沥青用量对结构沥青的影响 max OAC 6 2沥青混合料 33 矿料比面
16、和化学性质对结构沥青的影响沥青混合料粘结力既取决于结构沥青的比例 也取决于矿料颗粒间的距离 当矿料颗粒之间距离较近 并由结构沥青相互连接时 沥青混合料具有较高的粘结力 反之则粘结力较低 在相同沥青用量条件下 矿料比表面积越大 所形成的沥青膜越薄 结构沥青所占的比例就越大 整体强度就越高 矿料的化学性质对粘结力的影响 碱性石料与沥青酸酐产生化学吸附 形成的吸附溶剂化膜发育完善 C大 混合料强度高 酸性石料 如石英石 与沥青形成的吸附溶剂化膜发育不完善 C小 混合料强度低 矿料 矿料化学性质不同 碱性SiO2 52 中性SiO2 52 65 酸性SiO2 65 34 6 2沥青混合料 2 影响沥青混合料内摩擦角的因素 A 矿质骨料对内摩擦角的影响 B 沥青含量对内摩擦角的影响 级配 连续级配内摩阻角 小间断级配粘内摩阻角 大粒径 粒径D 内摩阻角 粒形及粗糙度 近似正方形且粗糙有棱角 C及 大 大连续开级配的矿质混合料 粗集料的含量多 形成基本骨架 内摩阻角较大 沥青用量少 不足以形成结构沥青 矿料表面形成的沥青膜薄 小 较大 35 悬浮密实结构强度主要依靠沥青的粘聚力 而矿料颗粒间的内摩
