《土木工程材料 教学课件 ppt 作者 周爱军第6章 沥青混合料 第6章 沥青混合料1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土木工程材料 教学课件 ppt 作者 周爱军第6章 沥青混合料 第6章 沥青混合料1（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章 沥青混合料,土木工程材料,本 节 内 容,【本章内容导读】,讲述内容,本章主要讲述沥青混合料的组成材料要求，沥青混合料的组成结构和强度理论；重点讲述沥青混合料的技术性质及技术标准，沥青混合料的配合比设计，讲述其他沥青混合料的主要性能及使用特点 。,学习重点 和要求,通过本章的学习，要求学生应掌握热拌沥青混合料的组成结构、强度形成原理及其影响因素，熟练掌握沥青混合料的技术性能、影响技术性能的因素和评价方法，特别要重点把握普通热拌沥青混合料的组成设计方法（包括组成材料的选择、矿料配合比设计和最佳沥青用量确定方法），了解其他沥青混合料（如SMA、常温沥青混合料）的技术特点、组成材料的特点和基
2、本要求 。,沥青混合料是适当比例的矿料（包括碎石、石屑、砂）和填料与沥青经混合拌制而成的混合料的总称,沥青与填料起胶结和填充作用,矿料起骨架作用,6.1.1 沥青混合料的定义,6.1 概述,沥青混合料包括沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料两种类型。,沥青混凝土混合料（Asphalt concrete mixture 简称AC）是由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的矿料，与沥青结合料在严格控制条件下拌和而成的沥青混合料,沥青碎石混合料（Asphalt macadam mixture 简称AM）是由适当比例的粗集料、细集料及填料（或不加填料）与沥青结合料拌和形成的沥青混合料,6.1.
3、2 沥青混合料的优缺点,随着我国公路等级的提高，用沥青混合料修筑的沥青路面已成为高等级道路路面中占主要地位的路面结构。 最常用的沥青路面包括：沥青表面处理、沥青贯入式、沥青碎石和沥青混凝土等四种类型。,沥青路面越来越多地被应用于不同等级的公路,地方道路,高速公路,城市道路,沥青路面的主要优点： 优良的结构力学性能和表面功能特性 表面抗滑性能好 施工方便 经济耐久性好 便于再生利用 其它，如抗震性好、日照下不反射引起眩光、晴天无扬尘、雨后不泥泞等,沥青混合料路面主要缺点：,老化,在长期的大气因素作用下，因沥青塑性降低，脆性增强，粘聚力减小，导致路面表面产生松散，引起路面破坏。,沥青路面老化现象,
4、夏季高温沥青易软化，路面易产生车辙、波浪；冬季低温时易脆裂，在车辆重复作用下易产生开裂。,波浪,车辙,泛油,温度稳定性差的表现,沥青 混合料,矿料级配 组成及空 隙率大小分,材料组成及结构分,制造工艺分,公称最 大粒径分,1.特粗式沥青混合料 2.粗粒式沥青混合料 3.中粒式沥青混合料 4.细粒式沥青混合料 5.砂粒式沥青混合料,1.连续级配沥青混合料 2.间断级配沥青混合料,1.密级配沥青混合料 2.半开级配沥青混合料 3.开级配沥青混合料,1.热拌沥青混合料 2.冷拌沥青混合料 3.再生沥青混合料,6.1.3 沥青混合料的分类,1.按材料组成及结构分类 连续级配沥青混合料：密级配、半开级配
5、、开级配 间断级配沥青混合料：矿料级配组成中缺少1 个或几个档次(或用量很少)而形成的沥青混合料。,代表混合料：沥青玛蹄脂碎石混合料SMA。,矿 质 混 合 料 的 3 种 典 型 级 配 曲 线,100,0,50,0.075,0.3,1.18,4.75,19,间断级配,开级配,密级配,半开级配,SMA（Stone Matrix Asphalt）混合料,密级配沥青混合料。按密实级配原理设计组成的各种粒径颗粒的矿料，与沥青结合料拌和而成，设计空隙率较小。设计空隙率36% 密实式沥青混凝土混合料（以AC表示）粒径偏细，可适用于任何面层结构 密实式沥青稳定碎石混合料（以ATB表示）粒径偏粗，主要适用
6、于基层,2.按矿料级配及空隙率大小分类,开级配沥青混合料。矿料级配主要由粗集料嵌挤组成，细集料及填料较少，设计空隙率18以上的混合料 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：由适当比例的粗集料、细集料及少量填料（或不加填料）与沥青结合料拌和而成，经马歇尔标准击实成型试件的设计空隙率在612的半开式沥青混合料 沥青碎石混合料（以AM表示）适用于三级及三级以下公路、乡村公路，此时表面应设置致密的上封层。,排水式沥青路面,热拌热铺沥青混合料：粘稠沥青热态施工 冷拌沥青混合料： 液态沥青常温施工 乳化沥青 液体沥青 泡沫沥青 再生沥青混合料：现场再生、场拌再
7、生,3.按制造工艺分类,4.按集料的公称最大粒径分类,砂粒式：公称最大粒径4.75mm 细粒式：公称最大粒径9.5mm或13.2mm 中粒式：公称最大粒径16mm或19mm 粗粒式：公称最大粒径26.5mm 特粗式：公称最大粒径31.5mm,表6-1 热拌沥青混合料的类型,6.2 沥青混合料组成材料的技术要求,6.2.1 沥青材料,在选择沥青材料的时候，宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的层位及受力特点、施工方法等，结合当地的使用经验，并经技术论证后确定 可根据当地沥青路面气候分区的温度水平参照第5章表5-3选择沥青,表6-2 沥青路面使用性能气候分区,对高速公路、一级公
8、路，夏季温度高、高温持续时间长、重载交通、山区及丘陵区上坡路段、服务区、停车场等行车速度慢的路段，尤其是汽车荷载剪应力大的层次，宜采用稠度大、60粘度大的沥青，也可提高高温气候分区的温度水平选用沥青等级；,选择原则：,对冬季寒冷的地区或交通量小的公路、旅游公路宜选用稠度小、低温延度大的沥青；对温度日温差、年温差大的地区宜注意选用针入度指数大的沥青。,沥青混合料的粗集料可采用碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等，但高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和矿渣 。,沥青混合料的粗集料要求洁净、干燥、表面粗糙，接近立方体，无风化，不含杂质，其各项质量应符合表6-3的要求 。,6.2.2 粗集料,1一般要求,
9、表 6-3 沥青混合料用粗集料的质量技术要求,2路面抗滑表层用粗集料的要求,对路面抗滑表层的粗集料应选用坚硬、耐磨、抗冲击性好的碎石或破碎砾石，不可使用筛选砾石、矿渣及软质集料。高速公路、一级公路沥青路面的表面层（或磨耗层）的磨光值、应符合表6-4的要求。,表6-4 粗集料与沥青的粘附性、磨光值的技术要求,3粗集料与沥青的粘附性要求,粗集料与沥青的粘附性应符合表6-4的要求。当使用不符要求的粗集料时，宜掺加消石灰、水泥或用饱和石灰水处理后使用，必要时可同时在沥青中掺加耐热、耐水、长期性能好的抗剥落剂，也可采用改性沥青的措施，使沥青混合料的水稳定性检验达到要求。掺加外加剂的剂量由沥青混合料的水稳
10、定性检验确定,4粗集料的规格,粗集料的粒径规格应满足书中表6-5的要求。,6.2.3 细集料,1细集料的物理力学性能要求,可以采用天然砂、机制砂或石屑。,应洁净、干燥、无风化、不含杂质，并有适当的级配范围，物理力学指标要求见表6-6。,与沥青有良好的粘结能力，在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青面层用沥青粘结性能差的天然砂或用花岗岩、石英岩等酸性岩石破碎的人工砂及石屑时，应采取前述粗集料的抗剥离措施对细集料进行处理。在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青路面面层及抗滑磨耗层中，所用石屑总量不宜超过天然砂或机制砂的用量。,表6-6 沥青混合料用细集料质量要求,2细集料的粒径规格,天
11、然砂可采用河砂或海砂，通常宜采用粗、中砂，其规格应符合表6-7中的规定。石屑是采石场破碎石料时通过4.75mm或2.36mm的筛下部分，其规格应符合表6-8的要求。,6.2.4 填料,填料是指在沥青混合料中起填充作用的粒径小于0.075mm的矿质粉末。 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经磨细得到的矿粉 应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出，其质量应符合表6-9的技术要求 高速公路、一级公路的沥青面层不宜采用粉煤灰做填料,表6-9 沥青混合料用矿粉质量要求,沥青混合料的典型组成结构,a)悬浮-密实结构； b) 骨架-空隙结构； c) 骨架-密实结构 连续密级配 连续开级配 间断
12、级配,6.3.1 热拌沥青混合料的组成结构,6.3 热拌沥青混合料的组成结构与强度原理,三种结构类型混合料的级配组成,级配特点：连续密级配，细集料较多，粗集料较少，悬浮于细集料中，不能形成嵌挤骨架，空隙率较小 代表类型：按照连续密级配原理设计的AC型沥青混合料是典型的这种悬浮密实结构。,1.悬浮密实结构,力学特点：大颗粒未形成骨架，内摩阻力值较小；小颗粒与沥青胶浆含量充分，粘结力C值较大。 路用性能特点：密实耐久、强度高，但高温稳定性较差,级配特点：连续开级配，粗集料较多，细集料较少，不足以充分填充粗骨架空隙，空隙率较大 代表类型：沥青碎石AM和开级配磨耗层沥青混合料OGFC等。,2. 骨架空
13、隙结构,力学特点：大颗粒形成骨架，内摩阻力值较大；小颗粒与沥青胶浆含量不充分，粘结力C值较低。 使用特点：高温稳定性好、耐水害、抗疲劳和耐久性较差。，所以一般要求采用高粘稠沥青，以防止沥青老化和剥落。,级配特点：间断密级配，粗集料形成骨架，细集料充分填充骨架空隙，形成密实、骨架嵌挤结构 代表类型：沥青玛蹄脂碎石混合料SMA。 力学性能特点：粗集料的骨架作用，内摩阻力值较大；小颗粒与沥青胶浆含量充分，粘结力C值也较大，综合力学性能较优,3.骨架密实结构,使用特点：密实度、高、低温度稳定性均较好，具有较强的疲劳耐久特性；但间断级配在施工拌合过程中易产生离析现象，施工质量难以保证，使得混合料 很难形
14、成“骨架-密实”结构。 随着施工技术的发展，这类结构得以普遍使用，但一定防止混合料 拌合生产、运输和摊铺等施工过程中防止混合料产生离析。,1.沥青混合料结构强度构成,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或塑性变形过大 而产生推挤等现象。 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。,总之，沥青路面必须具备一定的抗剪切破坏的能力。,6.3.2 沥青混合料的强度原理,沥青路面设计中抗剪强度 ，抗剪强度可以用摩尔-库伦理论进行分析，即沥青混合料的结构强度由矿料之间的嵌锁力（内摩阻力）以及沥青与矿料的粘结力及沥青自身的内聚力构成，可由下式表征：,沥青混合
15、料的抗剪强度（ ）主要取决于： 粘聚力和内摩擦角两个参数。,沥青混合料的粘结力和内摩阻角可以通过三轴剪切试验确定。应力圆的公切线为墨尔-库伦应力包络线，即抗剪强度曲线，该包络线与纵轴的截距表示沥青混合料的粘结力c，与横轴的交角为沥青混合料的内摩阻角。即可求出混合料的c、值。,C,1）沥青粘度的影响,越大，C值越大，因为越 大，沥青胶团抗位错能力增强，使沥青混合料的粘滞阻力增大，保持了矿质集料的相对嵌锁作用。沥青粘度增大，沥青混合料粘结力明显增大，内摩阻角稍有增加。,2沥青混合料抗剪强度的影响因素,（1）影响沥青混合料抗剪强度的内因,列宾捷尔认为，沥青与矿料交互作用后，因化学组分重排列，形成沥青
16、扩散膜。这一作用是化学吸附引起的，该沥青膜即为“结构沥青”，其粘度将大大提高；在“结构沥青”层外，可以“自由”运动的是“自由沥青”，这部分沥青的性能保持沥青初始状态性能，混合料的性能主要由结构沥青决定。,a.沥青与矿料的交互作用,2）沥青与矿料化学性质的影响,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。,结构沥青粘度提高，粘结力C较强 自由沥青在结构沥青之外的沥青膜,结构沥青连接,自由沥青连接,化学吸附有选择性，不同矿料的“结构沥青”膜厚度不一样，混合料中“结构沥青”占的比例也不同。碱性石料（如石灰岩）的混合料其“结构沥青”所占比例比酸性石料的要高。所以碱性石料的沥青混合料强度和稳定性比酸性石料的好。,b. 矿料表面性质的影响,与碱性石料（如石灰石）有较好的粘附
