第十章 沥青与沥青混合料课件

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1、,10.沥青与沥青混合料,10.0 概述,复杂的高分子的碳氢化合物及其非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物。 黑色(黑褐色)；固态、半固态或液态。 性质：粘结性（有机胶凝材料）、憎水性、塑性、耐腐蚀。 用途：路面、屋面、防水防潮、耐腐蚀等工程材料。,沥青：,沥青的分类:,土木建筑工程主要应用石油沥青。,沥青,10.沥青与沥青混合料,10.1 石油沥青,10.2 沥青混合料,10.0 概述,10.1 石油沥青,一、石油沥青的组分与结构,不能直接得到沥青元素含量与性能之间的关系。 组分：性质相近，与其工程性质有一定联系。 通过分析组分研究沥青的性能，有三组分分析法和四组分分析法,1.石油沥青

2、的组分,四组分分析法,经丁酮-苯脱蜡，在-20冷冻，可分离出固态的烷烃蜡，蜡是石油沥青的有害成分。,沥青中的蜡,降低沥青高温稳定性，使沥青高温时出现车辙或流淌； 降低低温抗裂性，使沥青低温时变脆硬； 使沥青与石料粘附性降低，使路面石子产生剥落； 使沥青路面抗滑性降低，影响路面行车安全。,我国标准规定：重交通量道路石油沥青的含蜡量不大于3。,溶-凝胶型结构,粘性小，流动性大，高温稳定性差。,粘性大，塑性差，高温稳定性较好。,大部分优质道路沥青均配成溶凝胶型结构，具有粘弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。,2.石油沥青的（胶体）结构,溶胶型结构,凝胶型结构,二、石油沥青的技术指标,1.粘滞性（粘性）。反

3、映沥青软硬、稀稠的程度。,检测方法：,针入度是目前我国粘稠石油沥青的分级指标。,固体、半固体沥青：针入度,针入度越大，粘性越小。,受外力作用，变形但不破坏，外力除去，变形保持。 塑性小的沥青，低温下易开裂；塑性大的沥青，不易开裂，且具有自愈性，防水性也好。 用延度表示。,字形标准试件（中间最小截面面积为1cm2），用延度仪，在规定拉伸速度和规定温度下拉断时的长度，单位：cm。,试验温度有0、15、25三种；拉伸速度有1cm/min、5cm/min两种。,2.塑性（延性）,粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能； 用软化点来衡量。固态转变为膏体的温度。,3.5g,3.温度稳定性（敏感性）,沥青软化点

4、越高，沥青的温度稳定性越好。可加入滑石粉、石灰石粉或其它矿物填料减少沥青的温度敏感性。,加热速度5/min,针入度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的三大指标。,4.大气稳定性,石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。 老化原因：油分树脂沥青质。,评价方法：,5.其它性质,溶解度表征沥青的有效含量 闪点规定条件下加热到石油沥青的蒸气与火焰接触发生闪火时的最低温度，是安全施工指标 溶解度-沥青的有效质量 含蜡量 水分-加热脱水产生大量泡沫，易导致溢锅，发生火灾。,三、石油沥青产品及技术标准,重交通道路石油沥青（GB/T 15180-2000）：用于重交通量道

5、路和其它等级道路、机场等。按针入度分为AH-130、 AH-110 、 AH-90、 AH-70和AH-50五个牌号； 建筑石油沥青（GB/T 494-1998）：用于建筑屋面和地下防水的胶结料，也可用于制造涂料、油毡和防腐材料。按针入度分为10号、30号和两个牌号；,四、石油沥青的选用,选用：根据工程性质及当地气候条件，所处环境来选用不同牌号的沥青（或两个牌号混合使用）。 分类：,屋面用沥青：软化点一般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。,接缝用沥青：考虑针入度和延度，可选用60号、100号沥青。地区气温越低，选用标号越大的沥青。,普通石油沥青：含蜡量

6、高，（）土木工程一般不宜用。,1.石油沥青的改性,（1）橡胶类改性沥青 掺加剂：SBS橡胶 作用：低温变形能力提高，韧性增大，高温粘度增大。 （2）树脂类改性沥青 掺加剂：聚乙烯、聚丙烯等树脂 作用：提高沥青粘度，改善高温稳定性，增大韧性。 （3）纤维类改性剂 掺加剂：石棉、聚丙烯纤维、聚酯纤维、木质纤维等 作用：显著提高高温稳定性，增加低温抗拉强度。,五、石油沥青的改性,10.沥青材料,10.1 石油沥青,10.2 沥青混合料,10.0 概 述,沥青混合料的定义、分类和基本性质 热拌沥青混合料的结构与强度 沥青混合料的技术性质 热拌沥青混合料的配合比设计,10.2 沥青混合料,Back,1.

7、定义,沥青混凝土,填料,矿质集料,沥青混合料,压实,摊铺,沥青混合料是用适量的沥青材料与一定级配的矿质集料，经过充分拌和而形成的混合物。,一、沥青混合料的定义、分类和基本性质,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),沥青混凝土混合料,沥青碎石混合料,2.分类,按沥青种类分类：石油沥青混合料、 煤沥青混合料； 按施工温度分类：热拌，常温； 按最大粒径分类：特粗式，粗粒式，中粒式，细粒式； 按沥青混合料中剩余空隙率P分类：开式（P15%），半开式（10%P15%），密实式（P10%，其中型3%6% 型4%10% ）； 按矿质

8、集料级配类型分类：连续级配、间断级配 。,粘-弹-塑性好，力学性质优良，具有一定的高温稳定性和低温抗裂性； 平整却具有一定的粗糙度； 不反光； 无接缝； 路面有弹性，行车舒适； 施工方便、速度快； 可分期改造和再生利用。 温度敏感性； 老化。,3.沥青混合料的基本性质,目前存在的主要问题,二、热拌沥青混合料的结构与强度,1.沥青混合料的组成结构,a 悬浮密实结构 b 骨架空隙结构 c 骨架密实结构,2.沥青混合料的强度理论,沥青混合料在路面结构中有两种破坏形式：1）夏季高温时的抗剪强度不足 2）冬季低温时 变形能力不足 沥青混合料的强度决定于抗剪强度，三轴剪切试验结果表明抗剪强度主要取决于粘聚

9、力C和内摩擦角。,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,1）矿料级配、粒径、表面性状特征的影响,a.级配： 连续级配 内摩擦角较小 间断级配 内摩擦角较大 b.粒径: 粒径D内摩擦角 c.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,沥青混合料强度的影响因素,2）沥青结合料的粘度与用量,a.沥青粘性（高等级沥青路面-针入度小）,b.沥青用量q （抛物线）-最佳沥青用量,a.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

10、，对沥青混合料的性质起重要的作用。,3）矿粉的品种与用量,矿料化学性质的影响,原因分析： 碱性石料与沥青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完善C小混合料强度低。,试验 方法,车辙试验,马歇尔试验,三、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。,1.高温稳定性,马歇尔试验指标,马歇尔稳定度MS：最大的破坏荷载（kN）。 流值FL：最大破坏荷载时的垂直变形（0.1mm）。 马歇尔模

11、数T：稳定度除以流值的商。,动稳定度(车辙)试验,300mm300mm50mm的标准试件，在60的温度条件下，以一定荷载的轮子（轮压0.7 MPa），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所需试验车轮行走的次数。,热拌沥青马歇尔试验指标,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,2.低温抗裂性,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

12、结构 沥青用量 例如：沥青用量少0.5% Vv 混合料的寿命降低一年。,3.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,3.耐久性,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,4.抗滑性,改善措施： 添加抗剥落剂 采用碱性集料，提高沥青与集料的粘附性 采用密实结构以减小孔隙率 用消石灰粉取代部分矿粉,Back,5.水稳定性,影响因素： 矿料级配：适当级配不易产生离析现象

13、 沥青粘度及用量 气温及施工条件,Back,6.施工和易性,四、热拌沥青混合料（HMA）的配合比设计,任务：确定粗集料、细集料、矿粉和沥青等材料相互配合的最佳组成比例，是沥青混合料的各项指标既达到工程要求，又符合经济性原则。 步骤：目标配合比设计生产配合比设计生产配合比验证 内容：矿料组成设计；沥青最佳用量的确定,（一）目标配合比设计,1.矿质混合料组成设计,确定沥青混合料类型； 确定矿质混合料的级配范围（查表10-6）； 检测组成材料的原始数据； 计算矿质混合料配合比（试算法和图解法）。,沥青路面各层的沥青混合料类型（方孔筛系列）,2.沥青最佳用量（OAC）的确定,查表并根据经验估计适宜的沥

14、青用量（油石比）； 以估计沥青用量为中值，按0.5间隔变化，取5个不同的沥青用量，拌和均匀，制成马歇尔试件； 测定试件的密度，计算出空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率等，并进行体积组成分析； 进行马歇尔试验，测定马歇尔稳定度和流值； 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，分别绘制沥青用量与它们的关系图；,马歇尔试验法,沥青混合料技术指标与沥青用量关系图,从图中分别取相应于密度最大值、稳定度最大值和规定空隙率范围中值的沥青用量a1、a2和a3，计算最佳沥青用量初始值OAC1。,从图中分别取规定稳定度、流值、饱和度和空隙率范围（表10-7），确定相应的沥青用量范围，取各

15、沥青用量范围的共同部分，即为沥青最佳用量范围OACmin OACmax , 求其中值OAC2。,按OAC1在图中求取各项指标，若各指标符合规定要求，则由OAC1和OAC2综合确定最佳沥青用量OAC（可取两者中值）；若不符合，则调整重做，直至符合。 按最佳沥青用量OAC制作马歇尔试件和车辙试验试件，进行水稳定性检验和高温稳定性（车辙）检验。,（二）生产配合比设计,取目标配合比设计的最佳沥青用量、最佳沥青用量0.3%这三个沥青用量进行马歇尔试验，确定生产配合比的最佳沥青用量，供试拌试铺使用。,（三）生产配合比验证,生产配合比确定后需要铺试验路段，并用拌合的沥青混合料进行马歇尔试验，同时钻芯取样，以检验生产配合比，如符合标准要求，则整个配合比设计完成；否则还需调整。,