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1、河北交通职业技术学院毕业论文11 绪论沥青路面因具有优越的路用性能而广泛应用。它作为一种无接缝的连续式路面,具有足够的力学强度,能适应各种行车荷载,且行车平稳、舒适、噪音低以及便于维修等优点。近年来,在我国高速公路建设中,沥青混凝土路面成为主要的路面结构形式。这对于沥青混合料设计研究具有重要的指导意义和实用价值。 1.1 沥青混合料组成结构类型通常沥青集料混合料按其组成结构可分为下列三类:悬浮密实结构当采用连续型密集配矿质混合料如图 1-1-中曲线 a与沥青混合料时,按粒子干涉理论,为避免次级集料对前级集料密排的干涉,前集级料之间必须留出比次级集料粒径稍大的空隙供次级集料排布。按此组成的沥青混
2、合料,经过多级密垛虽然可以获得很大的密实度,但是各级集料均为次级集料所隔开,不能直接靠拢而形成骨架,有如悬浮于次级集料及沥青胶浆之间,其结构组成示意(如图 1-1-a)。这种结构的沥青混合料,三轴试验结果如表 1-1 中编号 101,虽然具有较高的粘聚力 c;但摩阻角 较低,因此高温稳定性较差。骨架空隙结构当采用连续型开级配矿质混合料如图 1-1 中曲线 b与沥青组成沥青混合料时,由于这种矿质混合料递减系数较大,粗集料所占比例较高;细集料则很少。甚至没有。按此组成的沥青混合料,粗集料可以互相靠拢形成骨架;但由于细集料数量较少,不足以添满粗集料之间的空隙,因此形成“骨架空隙”结构。这种结构的沥青
3、混合料三轴试验结果如表 1-1-1 中编号 102,虽然具有较高的内摩阻角 ,但粘聚力 c 较低。当采用间断型密集配矿质混合料如图 1-1 中曲线 c与沥青组成的沥青混合料时,由于这种矿质混合料断去了中间尺寸粒径的集料,既有较多数量的粗集料可形成空间骨架,同时有相当数量的细集料可添密骨架的空隙,因此形成“密实骨架”结构。这种结构的沥青混合料三轴试验结果如表 1-1 中编号 103,不仅具有较高的粘聚力 c,而且具有较大的内摩阻角 。上述三种结构的沥青混合料由于结构常数不同因而反映在稳定性上已有显著的差异(见表 1-1)。河北交通职业技术学院毕业论文2图 1-1 三种类型矿质混合料级配曲线a)连
4、续型密级配;b)连续型开级配;c)间断型密级配表 1-1 不同结构组成的沥青混合料结构常数和稳定性指标结构常数 湿度稳定度指标 混合料名称 组成结构类型 密度 空隙率 矿料间隙率 粘聚力 内摩擦角o Vv VMA c (g/cm3) (%) (%) (kpa) (rad) 连续型密级配 沥青混合料 密实悬浮结构 2.40 1. 1 7.9 318 0.600(101) 连续型密级配 沥青混合料 骨架孔隙结构 2.37 6.1 16.2 240 0.653(102) 间断型密级配 沥青混合料 密实骨架结构 2.43 2.7 4.8 338 0.658(103)1.2 沥青混合料的特性沥青混合料在
5、路面中直接承受车辆荷载的作用,首先应具有一定的力学强度;除了交通的作用外,还受到各种自然因素的影响,因此还必须具备有抵抗自然因素作用的耐久性;现代交通的作用下,为保证行车安全、舒适,还需要具有特殊表面特性(即抗滑性);最后为了便利施工还应具备施工的和易性。分述如下:1.2.1 高温稳定性沥青混合料的高温稳定性是指混合料在高温情况下，随外力不断作用抵抗永久变形的能力，它采用马歇尔试验和车辙试验来评定。1.2.2 低温抗裂性河北交通职业技术学院毕业论文3沥青混合料随着温度的降低，变形能力下降。路面由于低温而收缩以及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝，从而影响道路的正常使用。1.2.3 耐久性沥青混
6、合料的耐久性是指其在外界多种因素(阳光、空气、水、车辆荷载等)的长期作用下,仍能基本保持原有的性能。它采用马歇尔试验，通过测定试件中的空隙率、饱和度、残留稳定度等来评价。1.2.4 抗滑性随着车辆行驶速度的增加，尤其要提高路面的抗滑性能，因此必须加强路面的粗糙度，通常选用质地坚硬、具有棱角的碎石等。一般采用路面磨擦系数和构造深度来评价。1.2.5 施工和易性沥青混合料除了具备上述技术性质外，还应具备施工和易性才能顺利地进行施工作业。合理的矿料级配使沥青混合料之间拌和均匀，不致产生离析现象;适量的沥青数量可以避免混合料疏松和结团现象。1.3 集料级配组成范围与合成级配的确定沥青路面的性能都与沥青
7、混合料的空隙率有关,抗滑性能要求沥青混合料表面粗糙,构造深度大,然而这种混合料空隙率较大,而抗水害、耐疲劳、防老化及抗裂性均要求混合料空隙率小些,抗车辙又要求混合料空隙率不能太小,有一个适度,因此混合料空隙率表征着路面的性能,沥青路面的材料组成设计必须严格控制合适空隙率。另外,我国目前高速公路沥青面层大多分上、中、下面层。应力计算和温度场研究表明,上面层多为抗剪压缩区,中面层为竖向压缩区,下面层多为抗拉伸疲劳破坏区。上、中面层受温度影响大,因此三层要求各有侧重。上面层要求既抗滑又密水,中面层以抗高温车辙和低温抗裂为主,下面层以抗疲劳为主。在国标中,沥青混合料的级配有 AC-型、AC-型、AK
8、型等。根据路面各层不同的使用功能而分别采用。实践证明,AC-、型与 AK 型均有不同程度的缺陷。而 Superpave 设计法中只有控制点和禁区的规定而没有范围值,生产上难以掌握。作者根据 Superpave 设计法中控制点和禁区的规定及大交通量级配曲线应从禁区下面通过的原则,结合国标 AK 型、AC-、型级配,提出了高速公路沥青路面上、中、下面层集料级配组成范围如表 1。河北交通职业技术学院毕业论文4面层 AK-16 是取 AK-16之长补 AK-16之短而组成,从而既粗糙也有密水功能。空隙率控制在 3.5%-5.5%;中、下面层也是取 AC-I 之长补 AC-之短而组成,中面层既要防水又要
9、提高动稳定度以防止高温车辙及低温开裂;下面层以抗疲表 1-2 高速公路沥青面层混合料级配组成范围结构层类型 各筛孔(mm)质量通过百分率/%31.5 26.5 19 16 3.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 上面层 AK-16 厚度 40-50 cm)100 100 100 90-100 77-88 64-76 41-51 26-37 16-24 9-18 6-15 3-11 2-6 中面层 AC-20 厚度 50-60 cm)100 100 90-100 80-90 68-81 57-70 36-49 23-35 14-22 9-17 5-14
10、 3-10 2-6 下面层 AC-25 厚度 60-70 cm)100 90-100 75-86 67-78 57-68 48-58 30-40 19-27 11-18 6-14 3-11 2-8 2-5劳为主。沥青混合料的疲劳开裂源于荷载的反复作用,集料性质、级配都影响疲劳耐久性,疲劳耐久性将影响沥青路面的使用寿命。 1.4 沥青混合料组成材料1.4.1 沥青材料不同型号的沥青材料具有不同的技术指标，运用于不同等级、不同类型的路面。在选择沥青材料的时候，要考虑到交通量、气候条件、施工方法、沥青面层类型及材料来源等情况，这样才能使拌制的沥青混合料具有较高的力学强度和较好的耐久性。一般面层的上层
11、宜用较稠的沥青，下层或联结层宜用较稀的沥青。当沥青标号不符合使用要求时，可以采用几种不同标号的沥青互相掺配，但掺配后的技术指标应符合要求。1.4.2 矿质材料沥青混合料的矿质材料必须具有良好的级配，这样，沥青混合料颗粒之间能够比较紧密地排列起来，以达到足够的密实度，又能让颗粒之间具有一定空隙，使沥青混合料保持良好的稳定性。因此，在进行沥青混合料配合比设计的时候，根据不同的沥青混合料类型，选择适当的矿料级配。沥青混合料的矿质材料包括粗集料、细集料和矿粉，这几种材料除了混合后能达到要求的级配外，对于它们本身还有不同的技术要求。河北交通职业技术学院毕业论文51.4.2.1 粗集料沥青混合料的粗集料一
12、般是由多种岩石经过轧制而成的碎石组成，要求洁净、干燥、无风化、无杂质，并且具有足够的强度和耐磨性，质量要求应符合公路沥青路面施工技术规范(JTJ032 一 94)。对于路面抗滑表层的粗集料应选用坚硬、耐磨、抗冲击性好的碎石;在缺少碱性石料时也可以采用酸性石料代替，但必须对沥青或粗集料进行适当的处理，以增加混合料的粘聚力。1.4.2.2 细集料热拌沥青混合料的细集料一般采:用天然砂或人工砂，在缺砂的地区可以用石屑代替，但对于高等级公路的面层或抗滑表层，石屑的用量不宜超过砂的用量。细集料同样应洁净、干燥、无风化、无杂质，并且与沥青具有良好的粘结力，对其具体要求应符合公路沥青路面施工技术规范(JTJ
13、032 一 94)。1.4.2.3 矿粉矿粉是由石灰岩或岩浆岩中的强基性(憎水性)岩石磨制而成，也可以由石灰、水泥、粉煤灰代替，但用这些物质作填料时，其用量不宜超过矿料总量的 2%。矿粉要求洁净、干燥，并且与沥青具有较好的粘结性，其它要求应符合公路沥青路面施工技术规范(JTJO32 一 94)。1.5 沥青混合料配合比设计方法沥青混合料配合比设计包括:目标配合比(也称实验室配合比)设计、生产配合比设计和生产配合比验证三个阶段。1.5.11.5.1 目标配合比设计阶段目标配合比设计阶段用工程实际使用的材料计算各种材料的用量比例,配合成规定的矿料级配,进行马歇尔试验,确定最佳沥青用量。以此矿料级配
14、沥青用量作为目标配合比,供拌和机确定各冷料仓的供料比例、进料速度及试拌使用。1.5.2 生产配合比设计阶段对间歇式拌和机,必须从二次筛分后进入各热料仓的材料取样进行筛分,以确定各热料仓的材料比例,供拌和机控制时使用。同时反复调整冷料仓的进料比例以达到供料均衡,并取目标配合比设计的最佳沥青用量、最佳沥青用量0.3%等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。河北交通职业技术学院毕业论文61.5.3 生产配合比的验证阶段拌和机采用生产配合比进行试拌、铺筑试验路,并用拌合的沥青混合料及路上钻取的芯样进行马歇尔试验检验,由此确定生产用的标准配合比。标准配合比作为生产上控制的依据和质量检
15、验的标准。经设计确定的标准配合比在施工过程中不得随意变更。生产过程中,如遇到进场材料发生变化并经检测沥青混合料的矿料级配、马歇尔技术指标不符合要求时,应及时调整配合比,使沥青混合料质量符合要求并保持相对稳定,必要时从新进行配设计。2 沥青混合料配合比设计算例对任何一个工程，在配合比设计之前，材料选择和原材料试验是不可缺少的步骤，只有所有指标都符合规范要求的材料才允许使用。2.1 沥青本工程地处规范附录 A 规定的温区，按规范选择沥青标号为 AH 一 90。进口沥青到货后按试验规程要求取样，并委托交通部公路工程质量检测中心进行试验，质量符合我国重交通路沥青技术要求，其主要技术指标如表 2-1。 表 2-1 沥青质量试试验结果 项 目 单位 技术要求（90 号） 试验结果 试验方法规范规定 针入度 25 100g 5s 0.1mm 80-100 83 JTJ TO0604 延度 5cm/min 15 cm 100 150 JTJ TO060510 cm30
