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1、第九章,沥青混合料,基本要求 9.1 概述 9.2 沥青混合料的组成结构及强度理论 9.3 沥青混合料的技术性质 9.4 沥青混合料的组成材料 9.5 沥青混合料的技术标准 9.6 沥青混合料的配合比设计,目 录,基 本 要 求,课时: 讲课 4, 试验 1 (1/2 hour) 主要内容 沥青混合料的概念、分类及应用。热拌热铺沥青混合料的组成结构及强度理论，组成材料，技术性质及标准，配合比设计。 重点： 热拌热铺沥青混合料的强度影响因素，技术性质,Back,9.1 概 述,什么是“沥青混凝土” 沥青混合料定义 沥青混合料的分类 沥青混合料的特点,Back,Back,什么是“沥青混凝土”,沥青
2、混凝土,填料,矿质集料,沥青混合料,压实,摊铺,沥青混合料由矿质混合料和沥青胶组成的混合体系。 矿料 (矿质集料, 矿质混合料) + 沥青 沥青混合料 摊铺，压实 沥青混凝土 (AC) 或 沥青碎石 (AM),Back,沥青混合料的定义,经人工合理选择级配组成的矿料与适量沥青结合料，经拌合组成的优质路面材料。,沥青混合料示意图,Bituminous Mixture,Coal bituminous mixture,Petroleum bituminous mixture,Bituminous,按照沥青种类分为： 石油沥青混合料和煤沥青混合料,沥青混合料的分类,沥青混合料的分类,Fig.9.1.1
3、 铺设现场施工,按施工温度分为热拌热铺、热拌冷铺和冷拌冷铺,Bituminous Mixture,Maximum Particle Diameter,Coarse grade Dmax=37.5 ,31.5mm,Special coarse grade Dmax=53mm,Medium grade Dmax=26.5,19mm,Fine grade Dmax=16, 13.2, 4.75mm,图9.1.2 颗粒筛,按最大粒径分为：特粗式，粗粒式，中粒式和 细粒式,沥青混合料的分类,Bituminous Mixture,Discontinuous,Continuous,Mineral Grada
4、tion,按矿料级配分为：连续式和间断式,沥青混合料的分类,Bituminous Mixture,Admixture material compactness or the residual porosity after pressure,Dense gradation (p10%),Half open-gradation (p10%),Open-gradation p15%,Density type 3%6%,Density type 4%10%,按混合料密实度或压实后剩余孔隙率p 分为三类：密级配，半开级配和开级配,Back,沥青混合料的分类,沥青混合料的特点,粘-弹-塑性好，力学性质优良
5、，有高温稳定性和低温柔性。 安全性好 施工方便 经济耐久 可再生利用,热拌热铺沥青混合料,它是沥青混合料中使用最广泛、最典型的材料 工程应用广泛 我们将详细地学习这种沥青混合料的内容,Back,组成结构 强度理论 影响和C的因素,Back,第九章,9.2沥青混合料的组成结构及强度理论,理论 表面理论：(传统理论),组成结构,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,特点: 高稠度沥青 /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,沥青混
6、合料的类型,图 9.2.1 沥青混合料的类型,a- 密实悬浮结构 b- 骨架孔隙结构c- 密实骨架结构,类型和沥青混合料的特点如下图9.2.1 和表9.2.1所示。,表 9.2.1 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,Back,沥青混合料在路面结构中有二种破坏性式：1.库仑理论：在常温或较高温度下，粘结力不足引起变形，抗剪强度不足引起的破坏。2.在低温下， 抗拉强度不足导致破坏。,强度理论,Destruction,Distortion,Destruction,Normal and higher temperature,Low temperature,Insuffi
7、cient cohesion,Insufficient shear resistance,Insufficient tensile strength,Coulomb Theory,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,强度理论,Back,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) (图 9.2.2) 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,图9.2.2 沥青和矿粉
8、相互作用的结构示意图,矿料比面及沥青用量的影响,矿料比面（单位质量矿料的表面积）影响: 沥青用量一定，矿料比面结构沥青多C 沥青用量的影响： 当沥青和矿料一定时，沥青用量（q）=沥青/矿料（质量比）,图 9.2.3 沥青用量q-C及q-关系图,矿料化学性质的影响,矿料,矿料化学性质不同,碱 性 SiO252%,中 性 SiO2 =52%-65%,酸 性 SiO2 65%,矿料的化学性质变化，对沥青混合料的性质起重要的作用(表9.2.2),表9.2.2 矿料化学性质的影响,原因分析： 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；酸性石料与沥青形成的吸附溶剂化膜发育不
9、完善C小混合料强度低。,矿料级配、粒径、表面性形状特征的影响,级配： 连续级配 粘聚力C及内摩阻角均小 间断级配 粘聚力C及内摩阻角均大 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 结论: 应选用粗大、均匀、粗糙集料,其他：温度C 、 变形速率C对影响小,高温稳定性 低温抗裂性 耐久性 抗滑性 施工和易性,第 九 章,Back,9.3 沥青混合料的技术性质,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。 影响因素： 沥青粘度、沥青与石料相互作用特征、矿料性质。,高 温 稳 定 性,试验 方
10、法,轮辙试验,三轴试验法,维姆稳定度法,马歇尔试验,低 温 抗 裂 性,定义： 温度较低时沥青混合料抵抗收缩变形，不产生开裂的性质。 沥青路面裂纹原因： 重复荷载 疲劳开裂 低温脆化 变形能力开裂 低温收缩 +,影响因素： 沥青质量及用量，矿料级配等 试验： 纯拉试验: 测圆柱形试件的应力、应变、抗拉强度和极限变形 求出劲度模量及温度收缩系数 估计沥青混合料的断裂温度,低 温 抗 裂 性,Back,耐 久 性,定 义: 沥青混合料抵抗长时间的大气因素的反复作用和行车荷载作用的能力。 影响因素: 沥青的化学性质 矿料成分 沥青混合料的组成结构 沥青用量 例如：沥青用量少0.5% Vv 混合料的寿
11、命降低一年。,耐 久 性,改善耐久性的措施: 采用坚固矿料 提高混合料的密实度 选用细粒密级配沥青混合料 增加沥青用量等 试验： 加速老化试验、马歇尔试验 指标：耐久性可由下列指标来评价： 孔隙率 饱和度（沥青填隙率） 残留稳定度,抗滑性,影响因素： 矿料表面结构、级配、混合料组成及沥青用量。 改善措施： 选用耐磨石料，对磨耗率及冲击值有一定要求。 注意，硬质石料往往属于酸性石料，需加抗剥离剂。 控制沥青用量：沥青用量q表面平滑 抗滑性,Back,施 工 和 易 性,沥青混合料的施工和易性取决于: 矿料级配：适当级配不易产生离析现象 沥青粘度及用量 气温及施工条件,Back,道路石油沥青 矿质
12、材料,第 九 章,Back,9.4沥青混合料的组成材料,道路石油沥青,重交通道路石油沥青,中、轻交通道路石油沥青,沥青材料-道路石油沥青,分 类,等级： AH-50、AH-70、AH-90、AH-110、AH-130 (表 9.4.1) 应用: 高速公路、一级公路路面、机场道面及重要的城市道路路面,沥青材料-道路石油沥青,重交通道路石油沥青,表 9.4.1 重交通道路石油沥青技术标准,中、轻交通道路石油沥青,等级： A-60(甲 乙)、A-100(甲 乙)、A-140、AH-180、AH-200 (表 9.4.1) 应用: 一般道路路面、车间地面等,沥青材料-道路石油沥青,表 9.4.2 中、
13、轻交通道路石油沥青技术标准,根据交通性质、气候条件、路面结构、混合料类型及施工条件等因素确定。(表 9.4.3),表 9.4.3 不同气候沥青砼标号的选用表,选 用,Back,矿 质 材 料,矿 粉,细骨料,粗骨料,矿质材料,分 类,矿质材料应保证沥青混合料有足够的密实度和较高的内摩阻角,碎石 强度：按饱水抗压强度和磨耗度划分为四个等级(表 9.4.) 形状： 近似立方体、表面粗糙、针片状15%、含水量3%、含泥量1% 与沥青粘结力： 与沥青粘结力（水煮法）3级，否则掺抗剥离剂,粗骨料,矿 质 材 料,表 9.4. 4 粗骨料的强度等级,粗 骨 料,细骨料:天然砂、石屑 技术要求：坚硬、清洁、
14、干燥、无风化、无杂质 矿粉:碱性岩石（石灰石、白云石、大理石等）磨细制成的石粉、碱性矿渣、水泥、粉煤灰等 技术要求：干燥、清洁、疏松、细、与沥青的粘结力好，亲水系数1.00,Back,矿 质 材 料,技术要求 技术指标,第 九 章,Back,9.5 沥青混合料的技术标准,沥青砼技术标准: GB50092-96 和 GBJ94-86要求采用马歇尔稳定度试验测试技术性能，并满足表 9.5.1表9.5.3的要求,图 9.5.1 马歇尔试验仪,技 术 要 求,表 9.5.1 沥青砼混合料技术指标,表 9.5.2 沥青砼混合料技术指标,Tab.9.5.3 沥青砼混合料技术指标,马歇尔稳定度试验,设备：马
15、歇尔试验机 方法：称取一定的矿料和沥青，按规定条件加热拌合，夯实成型，制成D=101.6mm，h=63.5mm的圆柱体，在马歇尔试验机上进行测试稳定度及流值,Back,稳定度(Sm)：评价高温稳定性的指标。 定义： 60保温30min以上，以505mm/min的速度加荷，试件破坏时的最大荷载（N）即为稳定度。 流值(fm) ：表示抵抗塑性变形的能力。 测试Sm的同时测定试件流动变形，达到最大荷载瞬间的压缩变形值（1/100cm）。 空隙率(Vv) ：表示沥青混合料密实度的指标 Vv热稳定性及抗滑性,耐久性,技术指标,沥青混合料试件的实测密度：采用静水天平测量并由下式计算 空隙小的试件 空隙大的
16、试件,沥青混合料试件的实测密度,空隙率Vv的计算,0、w-试件实测密度及常温水的密度(g /cm3) m0-试件在空气中重(g) m1-试件在水中重(g) m2-封蜡后的试件在空气中的质量(g),m3-封蜡后的试件在水中的质量(g) p-蜡的相对密度； w-常温水的密度 (g/cm3),假定沥青混合料压至绝对密实，不考虑内部的空隙，试件的理论密度为：,试件的理论密度,空隙率Vv的计算,q1q2qn 各种组成矿料的用量（%）； 12 n 各种组成矿料的相对密度； qa沥青用量（%）; a沥青的相对密度； w常温水的密度（g /cm3）,0 -试件实测密度(g /cm3 ) t-试件理论密度(g /cm3 ),试件空隙率,图 9.5.1 沥青混合料结构组成示意图,空隙率Vv的计算,技术指标,定义：沥青体积占矿料空隙体积的百分率 公式： 意义: VFA过小 沥青难以包裹矿料 耐久性 VFA过高 空隙小 高温稳定性差,试件的沥青饱和度（沥青填隙率VFA）,定义：浸水48h和按常规处理的两种试件的马歇尔稳定度的比值。 公式：
