道路工程材料-第3章沥青混合料

《道路工程材料-第3章沥青混合料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《道路工程材料-第3章沥青混合料（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2013.09,道路工程材料,土木工程与建筑系,道路工程材料 第三章沥青混合料,第三章 沥青混合料,1,沥青混合料的类型与组成结构,2,沥青混合料的技术性能,3,沥青混合料的组成设计,4,其他类型的沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.1 定义 沥青混合料是经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适 量沥青材料，在一定温度下经拌和而成的高等级路面材料。 沥青混凝土混合料（Asphalt concrete mixture） 粗集料+细集料+填料+沥青 简称AC 沥青碎石混合料（Asphalt macadan mixture） 粗集料+细集料+填料+沥青 简称

2、AM,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,优点 1、良好的力学性能：弹塑性，无需设置施工缝、伸缩缝，路面平整且有弹性。 2、良好的抗滑性能：平整且有一定的粗糙度，不反光，行车安全。 3、施工方便，速度快，能够及时开放交通。 4、可分期改造和再生利用。 5、晴天无尘，雨天不泞，便于汽车高速行驶。 缺点： 1、老化 表层产生松散。 2、温度稳定性差：高温软化，产生过分变形；低温脆化，产生裂缝。,1.2 沥青混合料的特点,道路工程材料 第三章沥青混合料,1.3.1 按胶凝材料种类 （1）石油沥青混合料 （2）煤沥青混合料 1.3.2 按砂料最大粒径可分为以下几种 （1）特

3、粗式 D=37.5mm （2）粗粒式 D=31.5/26.5mm 用于基层、下面层 （3）中粒式 D=19/16mm 面层或下面层 （4）细粒式 D=13.2/9.5mm 面层 （5）砂粒式 D=4.75mm 磨耗层,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.3 沥青混合料分类,道路工程材料 第三章沥青混合料,1.3 沥青混合料分类,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.3.3 按砂质混合料级配类型分类 （1）连续级配 如沥青混凝土混合料 （2）间断级配 如SMA (Stone Mastic Asphalt) 1.3.4 按连续级配密实度分 （1）密级配沥青混合料 AC VV10% （3）开级配沥青混

4、合料 AK VV15% 1.3.5 按施工温度分 （1）热拌热铺沥青混合料 （2）热拌冷铺沥青混合料 （3）冷拌冷铺沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.4 沥青混合料的体积组成,沥青混合料体积参数基本指标 试件空隙率 VV (Volume of air Voids) 表征沥青混合料的组成材料与压实状态之间的关系，直接影响沥青混合料的稳定性和耐久性。 矿料间隙率 VMA (Voids in Mineral Aggregate) 反映沥青混合料矿料级配组成特征，决定了沥青混合料的组成结构类型。 沥青饱和度 VFA (Voids Filled with A

5、sphalt) 沥青结合料填充矿料间隙的程度，直接决定沥青用量和路面性能。,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.5.1 沥青混合料结构理论 1、表面理论： 沥青混合料是由粗、细集料和矿粉，大小不同粒径组成 密实矿质混合料的骨架，利用沥青胶结料的粘聚力，在加 热状态下施工，使沥青包裹在矿料的表面经过压实固结 后，将松散的矿质颗粒胶结成具有一定强度的整体。,1.5 沥青混合料的组成结构类型,粗、细骨料及填料 密实级配的矿质骨架 较稀沥青分布其间 沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.5 沥青混合料的组成结构类型,特点: 高稠

6、度沥青 / 沥青用量大 / 间断级配,胶浆理论：(现代理论),将高稠度沥青加到矿粉中形成胶浆微分散体系 将细骨料添加到胶浆中形成沥青砂浆细分散体系 将粗骨料添加到沥青砂浆中形成沥青混合料粗分散体系,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.5 沥青混合料的组成结构类型,两种理论的主要区别 表面理论重点突出矿质骨料的骨架作用，强度的关键 首先是矿质骨料的强度和密实度；而胶浆理论则突出沥 青胶结构在混合料中的作用，以及沥青与填充料之间的 关系，这对沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性的影 响尤为重要。,道路工程材料 第三章沥青混合料,1、悬浮密实结构 是指矿质集料由大到小组

7、成连续型密级配的混合料结构（典型的AC型）。 2、骨架空隙结构 是指矿质集料属于连续型开级配的混合料结构（典型的AM型和OGFC型）。 3、骨架密实结构 是指矿质集料具有较多数量的粗集料形成空间骨架，同时又有足够的细集料填满骨架的空隙的混合料结构（典型的SMA型） 。,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.5 沥青混合料的组成结构类型,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,悬浮密实结构 骨架空隙结构 骨架密实结构 沥青混合料的典型组成结构类型,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,沥青混合料在路面结构中有两种破

8、坏性式： 1、库仑理论：在常温或较高温度下，粘结力不足引起的变形，及抗剪强度不足引起的推挤波浪、拥包等破坏。 2、在低温下： 塑形能力变差，使抗拉强度不足导致裂缝而产生破坏。,通过三轴剪切强度研究得出结论：沥青混合料的抗剪强度 ()主要取决于沥青与矿质集料物理、化学交互作用而产生的粘聚力（c），以及矿质集料在沥青混合料中分散程度不同而产生的内摩擦角()。,道路工程材料 第三章沥青混合料,实验方法:三轴剪切试验, 抗剪强度 C 粘聚力 剪切法向压应力 内摩擦角,结论： 沥青混合料抗剪强度取决于粘聚力C 和内摩擦阻角。,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,道路工程材料

9、 第三章沥青混合料,沥青性质对粘结力的影响： 沥青粘结性（粘度）粘聚力C抗剪强度 沥青与矿料相互作用 矿粉对涂敷于周围的沥青分子有吸附作用靠近界面处粘度 扩散溶剂化膜(10um) 膜内结构沥青：粘度高 C大 膜外自由沥青：粘度小 C小,影响 和 C 的因素,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青与矿粉的用量比例对沥青混合料抗剪强度的影响 沥青用量过少，不足以形成薄膜粘结矿料颗粒表面，粘结力不够；沥青用量过多，逐渐将矿料颗粒推开，沥青胶结物的粘结力随着自由沥青的增加而降低，粘结力反而下降；适量的沥青用量，沥青胶结物具有最优的粘结力（

10、P103 图3-11）。 在沥青用量固定的情况下，矿粉的用量多少也直接影响沥青混合料的密实程度及粘结力，矿粉用量不能过多，否则使沥青混合料结团成块，不易施工。,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,影响抗剪强度的因素,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,矿料的级配类型及表面性质对沥青混合料抗剪强度的影响 沥青混合料的抗剪强度与矿质集料在沥青混合料中的分布情况有密切关系。矿料级配类型是影响沥青混合料抗剪强度的因素之一。 在沥青混合料中，矿质集料的粗度、形状对沥青混合料的抗剪强度也有明显的影响，通常集料颗粒具

11、有棱角，表面有明显的粗糙度，铺筑路面具有很大的内摩阻角 ，提高了混合料的抗剪强度。矿质集料愈粗，配制成的沥青混合料的内摩阻角就愈高。,影响抗剪强度的因素,道路工程材料 第三章沥青混合料,1 沥青混合料的类型与组成结构,1.6 沥青混合料的结构强度理论,影响抗剪强度的因素,温度及形变速率对沥青混合料抗剪强度的影响 随温度升高，沥青的粘聚力 C 值减小，而变形能力增强。温度降低，可使混合料粘聚力提高，强度增加，变形能力降低。温度过低会使沥青混合料路面开裂。 沥青混合料的抗剪强度与形变速率也有关，粘聚力 C 值随形变速率的增加而显著提高，内摩阻角随形变速率的变化很小。,道路工程材料 第三章沥青混合料

12、,2 沥青混合料的技术性能,高温稳定性 低温抗裂性 疲劳特性 耐久性 水稳定性 抗滑性 施工和易性,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.1 高温稳定性,影响因素： 沥青粘度、沥青与石料相互作用特征、矿料性质。,定义： 沥青混合料在高温条件下，承受多次重复荷载不产生过大的累积塑性变形的性质。经长期荷载作用不产生车辙、波浪等现象的性质。,高温稳定性的意义：高温条件下或长时间承受荷载作用混合料会产生显著的变形，其中不能恢复的部分成为永久变形，这种特性是导致沥青路面产生车辙、波浪及拥包等病害的主要原因。在交通量大，重车比例高和经常变速路段的沥青路面上，车辙是最严重、最有危害的

13、破坏形式之一。,道路工程材料 第三章沥青混合料,沥青路面的高温病害,道路工程材料 第三章沥青混合料,2 沥青混合料的技术性能,2.1 高温稳定性,评价方法： 我国最常用评价方法是：马歇尔试验和车辙试验。 马歇尔试验最大特点设备简单、操作方便，现在已被世界上许多国家所采用。 马歇尔试验用于测定沥青混合料试件的破荷载和抗变形能力，得到马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。 1、马歇尔稳定度试验 稳定度(Ms)：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(FL)：达到最大破坏荷重时，试件的垂直变形，以 0.1mm计。 马歇尓模数,道路工程材料 第三章沥青混合料

14、,2 沥青混合料的技术性能,马歇尔稳定度试验,试件尺寸： （1）101.6mm63.5mm（1.3mm，两侧高度差不大于2mm）。适用于公称最大粒径26.5mm的混合料，试件成型击实次数根据公路等级、混合料类型、气候条件选择，一般为75次或50次。试验中一组试件需平行试件通常为4个。 （2） 152.4mm95.3mm(2.5mm，两侧高度差不大于2mm)。适用于公称最大粒径31.5mm和37.5mm的混合料，击实次数一般为112次。试验中一组试件需平行试件通常为4个，必要时要增至56个。,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程

15、材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,2、车辙试验 300mm300mm50mm的试件，在60的温度条件下，以轮压为0.7MPade 实心橡胶轮在同一轨迹上作一定时间的反复行走（ 421次/min的频率），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 沥青混合料的技术性能,2.1 高温稳定性,道路工程材料 第三章沥青混

16、合料,车辙实验方法首先是英国运输与道路研究试验所(TRRL)开发的，并经过了法国、日本等道路工作者的改进与完善。 车辙实验是一种 模拟车辆轮胎在路面上滚动形成车辙 的工程试验方法，试验结果较为直观，与沥青路面车辙深度之间有着较好的相关性。,2 沥青混合料的技术性能,2.1 高温稳定性,规定：对于高速公路、一级公路和城市快速路、主干路沥 青路面的上面层和中面层的沥青混合料，在用马歇尔试验进行配合比设计时必须采用车辙试验对沥青混合料的抗车辙能力进行检验。,道路工程材料 第三章沥青混合料,全自动车辙试验机,道路工程材料 第三章沥青混合料,车辙试验试模及成型试件,道路工程材料 第三章沥青混合料,道路工程材料 第三章沥青混合料,