土木工程课件第八章沥青及沥青混合料_图文

发布于:2021-05-15 09:02:16

6.沥青和沥青混合料
? 6.1 沥青材料 ? 6.2 沥青混合料

学*目标:
? 掌握沥青材料的基本组成、工程性质及测 定方法;了解主要沥青制品及其用途。
? 掌握沥青混合料配合比,包括矿质材料配 合比的设计和配制;了解沥青混合料使用 要点。

6.1 沥青材料
? 6.1.1沥青的分类与基本组成结构 ? 1.沥青的分类 ? 沥青材料是由一些极其复杂的高分子的碳氢化合物和这
些碳氢化合物的非金属(氧、硫,氮)的衍生物所组成 的混合物。 ? 沥青材*雌湓谧匀唤缰械幕竦梅绞娇煞治罄啵 ? (1)地沥青:天然沥青;石油沥青。 ? (2)焦油沥青:煤沥青;页岩沥青。 ? 沥青主要用于道路工程以及防潮、防水、防腐蚀材料。

? 2.沥青的基本组成结构 ? (1)石油沥青的基本组成 ? 石油沥青是由石油经蒸馏、吹氧、调和等工艺加工得到
的残留物。 ? 化学组分分析就是将沥青分离为几个化学性质相*,而
且具有某些共同特征的部分划分为一组,这些组就称为 “组分”。
? 将沥青分离为油分、树脂和沥青质等三组分。 ? 油分赋予沥青以流动性,其含量直接影响沥青的柔软性、
抗裂性及施工难度; ? 树脂主要使沥青具塑性和粘性; ? 沥青质决定沥青的粘结力、粘度和温度稳定性,以及沥
青的硬度、软化点等。

组分 状态

染色 比密度 分子量 含量, %

油分

油状液体

淡黄红褐色

小于1 300~500 40~60

树脂

粘稠状 物体

黄-黑色 略大于1

600~ 1000

15~30

地沥 无定形 深褐青质 固体粉末 黑色

大于1 >1000 10~30

? 2)石油沥青的胶体结构

?

胶体结构的形成:沥青的胶体结构是以沥

青质为胶核,树脂和油分被吸附其表面,并逐渐 向外扩散形成胶团,胶团再分散于油分中。

? 胶体结构类型: ? A.溶胶结构——具有较好的自愈性和低温变形能
力,但温度稳定性较差。 ? B.溶-凝胶结构——在高温时具有较低的感温性,
低温时又有较好的形变能力。 ? C.凝胶结构——具有温度稳定性较好,但低温变
形能力较差。

? 6.1.2沥青的主要性质及其测试方法
? 1.沥青的主要性质及测试方法
? (1)粘滞性
? 石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内部阻碍其相 对流动的一种特性。也可以说,它反映了沥青软 硬、稀稠的程度。是划分沥青牌号的主要技术指 标。
? 液体石油沥青的粘滞性用粘滞度(也称标准粘度) 指标表示,它表征了液体沥青在流动时的内部阻 力;对于半固体或固体的石油沥青则用针入度指 标表示,它反映了石油沥青抵抗剪切变形的能力。

? 粘滞度是在规定温度t(通常为20℃、25℃、 30℃或60℃),规定直径d(为3mm、5mm或者 10mm)的孔流出50㎝3沥青所需的时间秒数T。 常用符号“CtdT ”表示。粘滞度测定示意图见下 图。
? 针入度是在规定温度25℃条件下,以规定100 g 的标准针,在规定时间5s 内贯入试样中的深度 (1/10mm为1度)表示。针入度测定示意图见下 图。显然,针入度越大,表示沥青越软,粘度越 小。
? 一般,地沥青质含量高,有适量的树脂和较少的 油分时,石油沥青粘滞性大。温度升高,其粘性 降低。

? (2)塑性
? 塑性是指石油沥青在外力作用时产生变形而不破 坏,除去外力后仍保持变形后的形状不变的性质。
? 石油沥青的塑性用延度指标表示。沥青延度是把 沥青试样制成 ∞字形标准试模(中间最小截面 积为1㎝2)在规定的拉伸速度(5cm/min)和规 定温度(25℃)下拉断时的伸长长度,以cm为 单位。延度指标测定的示意图见下图。延度值愈 大,表示沥青塑性愈好。
? 一般,沥青中油分和地沥青质适量,树脂含量越 多,延度越大,塑性越好。温度升高,沥青的塑 性随之增大。

? (3)温度敏感性
? 温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度 升降而变化的性能。
? 1)软化点
? 软化点是指沥青由固态转变为具有一定流动性膏 体的温度,可采用环球法测定(见上图)。
? 沥青软化点不能太低,不然夏季易融化发软;但 也不能太高,否则不易施工,并且品质太硬,冬 季易发生脆裂现象。石油沥青温度敏感性与地沥 青质含量和蜡含量密切相关。地沥青质增多,温 度敏感性降低。工程上往往用加入滑石粉、石灰 石粉或其它矿物填料的方法来减小沥青的温度敏 感性。沥青中含蜡量多时,其温度敏感性大。

? (4)大气稳定性
? 大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因 素长期综合作用下抵抗老化的性能。
? 在大气因素的综合作用下,沥青中的低分子量组分会向 高分子量组分转化递变,即油分一树脂—地沥青质。由 于树脂向地沥青质转化的速度要比油分变为树脂的速度 快得多,因此石油沥青会随时间进展而变硬变脆,亦即 “老化”。
? 石油沥青的大气稳定性以沥青试样在加热蒸发前后的 “蒸发损失百分率”和“蒸发后针入度比”来评定。其 测定方法是:先测定沥青试样的质量及其针入度,然后 将试样置于烘箱中,在160℃下加热蒸发5h,待冷却后 再测定其质量和针入度,则

? 蒸发损失百分率愈小,蒸发后针入度比愈大,则 表示沥青大气稳定性愈好,亦即“老化“愈慢。

?(5)闪点和燃点 ? 闪点是指沥青达到软化点后再继续加 热,则会发生热分解而产生挥发性的气体, 当与空气混合,在一定条件下与火焰接触,
? 燃点又称着火点。当沥青温度达到闪 点,温度如再上升,与火接触而产生的火 焰能持续燃烧5s以上时,这个开始燃烧的
? 各种沥青的最高加热温度都必须低于 其闪点和燃点。

?(6) ? 沥青的溶解度是指沥青在溶剂中(苯 或二硫化碳)溶解的百分率。沥青溶解度是
? 沥青中有害物质含量高,主要会降低 沥青的粘滞性。一般石油沥青溶解度高达 98%以上,而天然沥青因含不溶性矿物质,

?(7)水分 ? 水在纯沥青中溶解度在0.001%~0.01% 之间。沥青吸收的水分取决于所含能溶于 水的盐分的多少,沥青含盐分越多,水作
? 由于沥青中含有水分,施工前要进行 加热熬制。在加热过程中,应加快搅拌, 促使水分蒸发,并降低加热温度,而且锅 内沥青不能装得过多。

6.1.3 沥青的技术质量标准
? 沥青的主要技术标准以针入度、延伸 度、软化点等指标表示,见表6.1

表6.1 石油沥青的质量指标

6.1.4 石油沥青的简易鉴别
? 使用沥青,应对其牌号加以鉴别。在 施工现场的简易鉴别方法见表6.2。

表6.2 石油沥青牌号简易鉴别方法

牌号

10 30 60 140~100

质地较柔软

简易鉴别方法

6.5 石油沥青的应用
? 建筑石油沥青主要用于屋面、地下防 水及沟槽防水、防腐蚀等工程。道路石油 沥青主要用于沥青混凝土或沥青砂浆,用 于道路路面或工业厂房地面等工程。根据 工程需要还可以将建筑石油沥青与道路石

6.2 煤沥青的主要技术性质及应用
? 煤沥青是炼焦或生产煤气的副产品。 烟煤干馏时所挥发的物质冷凝为煤焦油, 煤焦油经分馏加工,提取出各种油质后的 产品即为煤沥青。

6.2.1 分类
? 煤沥青可分为硬煤沥青与软煤沥青两 种。
? 硬煤沥青是从煤焦油中蒸馏出轻油、 中油、重油及蒽油之后的残留物,常温下 一般呈硬的固体;软煤沥青是从煤焦油中 蒸馏出水分、轻油及部分中油后得到的产 品。

6.2.2 煤沥青的技术指标
? 煤沥青的技术指标按国家标准GB 2290—80规定,见表6.3。

表6.3 煤沥青的技术指标

指标名称
软化点(环球法)(℃) 甲苯不溶物含量(%) 灰分(%)不大于 水分(%) 挥发分(%) 喹啉不溶物含量(%)不大 于

低温沥青 一类 二类

中温沥青 高温沥青
电极用 一般用

30~45 — — — —

>45~75 — — — —

>75~90 >75~95 >95~120

15~25 <25



0.3

0.5



5.0

5.0

5.0

60~70

55~75 —

10

6.2.3 煤沥青与石油沥青的区别
? 煤沥青与石油沥青都是一种复杂的高 分子碳氢化合物,它们的外观相似,具有 共同点,但由于组分不同,它们之间存在 着很大区别。石油沥青与煤沥青的主要区 别见表6.4。

表6.4 石油沥青与煤沥青的主要区别

性质

石油沥青

密度(g/cm3)

*于1.0

燃烧

烟少、无色、有松香味、无毒

锤击

韧性较好

颜色

呈辉亮褐色

溶解 易溶于煤油与汽油中,呈棕黑色

温度稳定性

较好

大气稳定性

较高

防水性

较好

抗腐蚀性



煤沥青
1.25~1.28 烟多、黄色、臭味大、有毒
韧性差,较脆 浓黑色
难溶于煤油与汽油中,呈黄绿色 较差 较低
较差(含酚、能溶于水) 强

6.2.4 煤沥青的应用
? 煤沥青的许多性能都不及石油沥青。 煤沥青塑性、温度稳定性较差,冬季易脆, 夏季易于软化,老化快。加热燃烧时,烟 呈黄色,有刺激性臭味,略有毒性,但具 有较高的抗微生物侵蚀作用,适用于地下 防水工程或作为防腐材料用。

? 6.3 沥青的掺配、改性及主要沥青制品
? 1.沥青的掺配
? 施工中,若采用一种沥青不能满足配制沥青胶所 要求的软化点时,可用两种或三种沥青进行掺配。 掺配要注意遵循同源原则,即同属石油沥青或同 属煤沥青(或煤焦油)的才可掺配。
? 两种沥青掺配的比例可用下式估算:

? 6.4 改性石油沥青
? 1、 矿物填料改性沥青
? 在沥青中加入一定数量的矿物填充料, 可以提高沥青的粘性和耐热性,减小沥青 的温度敏感性,同时也减少了沥青的耗用 量,主要适用于生产沥青胶。
? (1)常用矿物填料
? 矿物填料有粉状和纤维状两种,常用 的有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、石棉绒 和云母粉等。

? (2)矿物填充料改性机理
? 由于沥青对矿物填充料的润湿和吸附作用, 沥青可以单分子状态排列在矿物颗粒(或纤 维)表面,形成结合力牢固的沥青薄膜,称 之为“结构沥青”。结构沥青具有较高的粘 性和耐热性等,但是矿物填充料的掺入量要 适当,一般掺量为20%~40%时,可以 形成恰当的结构沥青膜层。
? 2 、树脂改性沥青
? 用树脂改性石油沥青,可以改善沥青的耐寒 性、耐热性、粘结性和不透气性。在生产卷 材、密封材料和防水涂料等产品时均需应用。 常用的树脂有:古马隆树脂,聚乙烯,聚丙 烯,酚醛树脂及天然松香等。

? 3、橡胶改性沥青
? (1)氯丁橡胶改性沥青
? 石油沥青中掺入氯丁橡胶后,可使其气密 性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐 臭氧性、耐候性和耐燃性等得到大大改善。 氯丁橡胶掺入的方法有溶剂法和水乳法。 溶剂法是先将氯丁橡胶溶于一定的溶剂 (如甲苯)中形成溶液,然后掺入液态沥 青中并混合均匀即可。水乳法是将橡胶和 石油沥青分别制成乳液,然后混合均匀即 可使用。

? (2)丁基橡胶改性沥青
? 丁基橡胶沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似。
? (3)热塑性丁苯橡胶(SBS)改性沥青
? SBS热塑性橡胶兼有橡胶和塑料的特性,常温下 具有橡胶的弹性,在高温下又能像塑料那样熔融 流动,成为可塑的材料。所以采用SBS橡胶改 性沥青,其耐高、低温性能均有较明显提高。
? (4)再生橡胶改性沥青
? 再生橡胶掺入石油沥青中,同样可大大提高石油 沥青的气密性,低温柔性,耐光、热和臭氧性, 以及耐候性,且价格低廉。

? 第二节 沥青基防水材料
? 1. 沥青防水卷材
? 凡用原纸或玻璃布、石棉布、棉麻织品等胎料浸 渍石油沥青(或焦油沥青)制成的卷状材料,称 为浸渍卷材(有胎卷材)。将石棉、橡胶粉等掺 入沥青材料中,经碾压制成的卷状材料称为辊压 卷材(无胎卷材)。这两种卷材通称沥青防水卷 材。
? 1.1 普通原纸胎基油毡和油纸
? 采用低软化点沥青浸渍原纸所制成的无涂盖层的 纸胎防水卷材叫油纸,当再用高软化点沥青涂盖 油纸的两面,并撒布隔离材料后,则称为油毡。 按原纸1m2的质量克数,油毡分为200、350和500 三种标号,油纸分为200和350两种标号。

? 1.2 新型有胎沥青防水卷材
? 新型有胎沥青防水卷材主要有麻布油毡、石棉布油毡、 玻璃纤维布油毡、合成纤维布油毡等。这些油毡的制 法与纸胎油毡相同,但抗拉强度、耐久性等都比纸胎 油毡好得多,适用于防水性、耐久性和防腐性要求较 高的工程。
? SBS改性沥青柔性油毡是*年来生产的一种弹性体沥 青防水卷材,它以聚酯纤维无纺布为胎体,以SBS 橡胶改性沥青为面层,以塑料薄膜为隔离层,油毡表 面带有砂粒。它的耐撕裂强度比玻璃纤维胎油毡大 15~17倍,耐刺穿性大15~19倍,可用氯丁粘合剂进 行冷粘贴施工,也可用汽油喷*腥热凼┕ぃ悄 前性能最佳的油毡之一。

弹性体(SBS)改性沥青防水卷材

塑性体改性沥青防水卷材(APP卷材)
? 塑性体(APP)改性沥青防水卷材 是以聚酯粘或 玻纤粘为胎体,以无规聚丙烯(APP)或聚烯 类 聚合物(APAO、APO)作改性剂,以PE膜为底面防 粘隔层或单面粘砂粒自带保护层的塑性体改性沥青 防水卷材。
? 产品用途: 用于工业与民用建筑的屋面、地下室、卫生间
的防水、防潮以及桥梁、停车场、游泳池、隧道、 蓄水池等建筑物的防水。APP适用于环境温度较高 地区的建筑防水。 产品特点:
弹性大、抗拉强度和延伸率高、高温不流淌、 低温不脆裂、耐疲劳、抗老化、施工操作简便、环 境适应性广、造价低、维修方便、防水性能优异。

? 2. 沥青基防水涂料
? 2.1 乳化沥青
? 乳化沥青是沥青以微粒(粒径1μm 左右)分散在有乳化剂的水中而成的乳胶 体。配制时,首先在水中加入少量乳化剂, 再将沥青热熔后缓缓倒入,同时高速搅拌, 使沥青分散成微小颗粒,均匀分布在溶有 乳化剂的水中。由于乳化剂分子一端强烈 吸附在沥青微小颗粒表面,另一端则与水 分子很好地结合,产生有益的桥梁作用, 使乳液获得稳定。

? 乳化剂是一种表面活性剂。工程中所用的阴离 子乳化剂有钠皂或肥皂、洗衣粉等。阳离子乳 化剂有双甲基十八烷溴胺和三甲基十六烷溴胺 等。非离子乳化剂有聚乙烯醇,**加(烷基 苯酚环氧乙烷缩合物)等。矿物胶体乳化剂有 石灰膏及膨润土等。
? 乳化沥青涂刷于基材表面,或与砂、石 材*韬统尚秃螅渲兴种鸾ド⑹Вで辔 粒靠拢而将乳化剂薄膜挤破,从而相互团聚而 粘结,这个过程称乳化沥青成膜。
? 乳化沥青可涂刷或喷涂在材料表面作为 防潮或防水层,也可粘贴玻璃纤维毡片(或布) 作屋面防水层,或用于拌制冷用沥青砂浆和沥 青混凝土。

? 3. 沥青胶与冷底子油
? 3.1沥青胶
? 沥青胶又称沥青玛瑅脂,它是在熔(溶) 化的沥青中加入粉状或纤维状的填充料经 均匀混合而成。填充料粉状的如滑石粉、 石灰石粉、白云石粉等,纤维状的如石棉 屑、木纤维等。沥青胶的常用配合比为沥 青70%~90%,矿粉10%~30%。如采用的 沥青粘性较低,矿粉可多掺一些。一般矿 粉越多,沥青胶的耐热性越好,粘结力越 大,但柔韧性降低,施工流动性也变差。

–3.2.冷底子油
? 冷底子油是用汽油、煤油、柴油、工业苯 等有机溶剂与沥青材料溶合制得的沥青涂 料。它的粘度小,能渗入到混凝土、砂浆、 木材等材料的毛细孔隙中,待溶剂挥发后, 便与基材牢固结合,使基面具有一定的憎 水性,为粘结同类防水材料创造了有利条 件。因它多在常温下用作防水工程的打底 材料,故名冷底子油。冷底子油常随配随 用,通常是采用30%~40%的30号或10号 石油沥青,与60%~70%的有机溶剂(多用 汽油)配制而成。

6.4沥青混合料
沥青混合料的定义
? 沥青混合料是将石子、砂(5~0.15mm)和矿粉 (< 0.15mm)经人工合理选择级配组成的矿质 混合料与适量的沥青材料经拌和所组成的混合物。 将沥青混合料经摊铺后碾压成型,即成为各种类 型的沥青混合料路面。
? 沥青混合料主要包括沥青混凝土混合料(简称 AC)和沥青碎(砾)石混合料(简称AM)两类, 一般经碾压密实后前者的剩余空隙率不大于10% 称为沥青混凝土,后者的剩余空隙率大于10%的 称为沥青碎(砾)石混合料。

1.沥青混合料的分类 (1)按施工温度分类(拌制和摊铺温度) 1)热拌热铺沥青混合料 2)常温沥青混合料 (2) 按最大粒径分类 1)特粗粒式沥青混合料 D=37.5或45 mm 2)粗粒式沥青混合料 D=26.5或31.5 mm 3)中粒式沥青混合料 D=16或19 mm 4)细粒式沥青混合料 D=9.5或13.2 mm 5)砂粒式沥青混合料 D≤4.75 mm

? (3)按沥青混合料级配分类 ? 1)沥青混凝土混合料(AC) ? 2)密级配沥青混凝土混合料 ? I型压实后剩余空隙率3%~6%; ? II型压实后剩余空隙率4%~10%。 ? 3)半开级配沥青混合料(AM) ? 压实后剩余空隙率>10%。 ? 4)开级配沥青混合料 ? 压实后剩余空隙率>15%。 ? 5)间断级配沥青混合料

2.沥青混合料的组成结构和强度理论
? 沥青混合料的组成结构 ? 沥青混合料的强度理论

(1)沥青混合科的组成结构

a.悬浮密实结构

连续密级配的沥青混合料

力学特点

粗集料少,不能形成骨架

粘聚力C大,内摩擦角φ小;

b.骨架空隙结构

连续开级配的沥青混合料

细集料少,不能填充集料间空隙

C小,φ大

c.骨架密实结构 间断密级配的沥青混合料, 中间集料少,既有足够的粗集料 形

成骨架,又有细集料填充其间的空隙 C大,φ大

T

(2)沥青混合料的强度理论 用沥青混合料铺筑的路面产生破坏的主要原因: ?夏季高温时的抗剪强度不足和塑性变形过剩 ?冬季低温时的抗拉强度不好和抵抗变形能力过差引起 试验表明:沥青混合料的抗剪强度τ 决定于沥青混合料的内 摩擦角φ 和粘聚力C。
? ? c ? ?tg?

影响沥青混合料内摩擦角的因素: a.沥青的粘度对沥青混合料抗剪强度的影响 通常情况下,沥青的粘度越大,沥青混合料抗剪强度越高
b.沥青与矿料化学性质对沥青混合料抗剪强度的影响
结构沥青:沥青与矿粉交互作用后,沥青在矿粉表面产生化 学组分的重新排列,沥青在矿粉表面形成一层扩散溶剂化膜, 此膜以内的沥青为结构沥青。
自由沥青
沥青在沥青混合料中以两种形式存在,一种为结构沥青,一 种为自由沥青。
c.矿料比表面对沥青混合料抗剪强度的影响
比表面越大,一定沥青用量条件下,沥青在矿料表面膜层薄, 矿料间以结构沥青联结的机会就大,沥青混合料抗剪强度高。

d.沥青用量对沥青混合料抗剪强度的影响
沥青用量过少,沥青不足以包裹矿粉表面,矿粉间不能完 全地靠沥青薄膜联结,因而沥青混合料的粘聚力很差。随着 沥青用量的增加,结构沥青的数量不断增多,混合料的粘聚 力也不断提高,当沥青用量达到一定程度时,形成的结构沥 青数量最多,混合料的粘聚力达到最大。此时沥青用量为最 佳用量。随着沥青用量的继续增加,多余的沥青,将矿粉颗 粒推开,在颗粒间形成未与矿粉作用的自由沥青,混合料的 粘聚力开始逐渐降低。当然,少量自由沥青的存在也是必要 的,它可以增加沥青混合料的塑性,减少沥青路面的开裂。 e.矿料的级配、表面性质、粒度等对沥青混合料抗剪强度的影 响 表面粗糙有棱角且接*正立方体时,沥青混合料抗剪强度高。

提高措施: (1)提高粘聚力:采用高稠度沥青;
控制沥青最佳用量 采用碱性矿粉; 掺外掺剂 (2)提高内摩擦角: 增加粗集料用量 采用表面粗糙有棱角的集料等

? 3. 沥青混合料的技术性质
? (1)高温稳定性
? 沥青混合料的高温稳定性是指在夏季高温条件 下,沥青混合料承受多次重复荷载作用而不发 生过大的累积塑性变形的能力。沥青混合料路 面在车轮作用下受到垂直力和水*力的综合作 用,能抵抗高温而不产生车辙和波浪等破坏现 象的为高温稳定性符合要求。
? 在国内外的沥青混凝土技术规范中,多数采用 高温强度与稳定性作为主要技术指标。

评定指标:马歇尔试验:稳定度,流值 车辙试验:动稳定度
影响沥青混合料高温稳定性的主要因素:
沥青的用量, 沥青的粘度, 矿料的级配, 矿料的尺寸、形状等。

*稳定度
马歇尔稳定度是评价沥青混合料高温稳定性的指标。
将沥青混合*匆欢ǖ谋壤旌喜柙龋捎萌斯せ蚧 击实的方法制成圆柱形试件 (直径101.6±0.25mm,高 63.5±1.3mm ) , 再 将 试 件 置 于 60±1℃ 的 恒 温 水 槽 中 保 温30~40min(对粘稠石油沥青),然后,把试件置于马 歇尔试验仪上,以50±5mm/min的速度加荷,至试验荷 载达到最大值,此时的最大荷载即为稳定度(MS),以 KN计。
残留稳定度是反映沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力。浸 水马歇尔稳定度试验方法与马歇尔试验基本相同,只是将试件在 60±1℃恒温水槽中保温48h,然后,再测定其稳定度,浸水后的稳 定度与标准马歇尔稳定度的百分比即为残留稳定度。

*流值
流值是评价沥青混合料抗塑性变形能 力的指标。在马歇尔稳定度试验时,当试 件达到最大荷载时,其压缩变形值,也就 是此时流值表上的读数,即为流值(FL), 以0.1mm计。

*空隙率
空隙率是评价沥青混合料压实程度的指 标。空隙率的大小,直接影响沥青混合料的 技术性质,空隙率大的沥青混合料,其抗滑 性和高温稳定性都比较好,但其抗渗性和耐 久性明显降低,而且对强度也有影响。
沥青混合料的空隙率是指空隙的体积占 沥青混合料总体积的百分率,它是由理论密 度和实测密度求得。

*沥青混合料试件的实测密度

对于密实的沥青混凝土试件,其集料的吸水率不大时, 采用水中重法测定。

?s

?

ma ma ? mw

? ?w

式中:? s ——试件实测密度,g/cm3;
ma ——干燥试件的空气中质量;g; ma ——试件的水中质量,g; ? w ——常温水的密度(≈1g/cm3)。

对于表面较粗但较密实的沥青混凝土试件,

其吸水率小于2%时,采用表干法测定。

?s

?

ma m f ? mw

? ?w

式中: m f ——试件的表干质量,g;

?s

,

ma

,

mw

,

?

——意义同前。
w

对于吸水率大于2%的沥青混凝土试件,采用蜡封法 测定。

?s

?

mp

? mc

ma ? (mp

? ma ) / ?

p

? ?w

式中: m p ——蜡封试件的空气中质量,g; mc——蜡封试件的水中质量,g;
? p——常温下石蜡与水的相对密度;
?s , ma , ?w——意义同前。

*沥青混合料试件的理论密度

假定沥青混合料压至绝对密实,而不考虑其内部空隙时试件的密度为理 论密度。

(1)油石比(沥青与矿料的质量比)计算时,试件理论密度为

?t

?

p1

?

100 ? pa p2 ? ??? ? pn

?

pa

? ?w

?1 ?2

?n ?b

式中: ? t ——理论密度,g/cm3;
p1 ??? pn ——各种矿料的配合比(%)(矿料总和为); ? 1 ???? n——各种矿料相对密度;
pa ——油石比,%; ? b ——沥青的相对密度;
? w ——常温水的密度,g/cm3。

*采用沥青含量(沥青质量占沥青混合料总质量的百 分率)计算时,试件理论密度为:

?t ?

p1' ?

p2'

100 ?????

pn'

?

pb

? ?w

?1 ?2

?n ?b

式中:p1' ? ?? pn' ——各种矿料的配合比(%)(矿料 与沥青之和为);
pb ——沥青含量,%;
?t ,? b , ?w,?1 ? ? ?? n ——意义同前。

沥青混合料试件的空隙率

VV ? (1 ? ?s ) ?100 ?t

式中:

VV ——试件的空隙率,%;

? t——试件的理论密度,g/cm3;

?

——试件的实测密度,g/cm3。
s

*沥青混合料试件的饱和度 沥青混合料试件的饱和度也称沥青填隙率,即沥青体积与矿料空隙体
积的百分率。饱和度过小,沥青难以充分裹覆矿料,影响沥青混合料的粘 聚性,降低沥青混凝土耐久性;饱和度过大,减少了沥青混凝土的空隙率, 防碍夏季沥青体积膨胀,引起路面泛油,降低沥青混凝土的高温稳定性, 因此,沥青混合料要有适当的饱和度。

式中:

VFA ? VA ?100 VMA
VMA ? VA?VV
VFA——试件的沥青饱和度,%; VMA——矿料间隙率,%;
VA——试件的沥青体积百分率,%;
VV——试件空隙率,%。

*沥青体积百分率是指沥青体积占试件体积的百分率 (1)当试件采用油石比计算时,沥青体积百分
率 VA ? 100? ?a ? ?s (100 ? pa ) ?? b ? ?w
(2)当试件采用沥青含量计算时,沥青体积百分率 VA ? pb ? ? s ? b??w

2.低温抗裂性
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,因此, 要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性。
沥青混合料的低温裂缝是由混合料的低温脆化、低 温缩裂和温度疲劳引起的。
混合料的低温脆化是指其在低温条件下,变形能 力降低。一般通过不同温度下小梁弯拉破坏试验来 反映。低温缩裂通常是由于材料本身的抗拉强度不 足而造成的。目前,比较科学的方法是采用能量法 来评定。对于温度疲劳,可以模拟温度循环进行疲 劳破坏,但由于其试验条件要求较高,故改用低频 疲劳试验代替。

3.耐久性 沥青混合料的耐久性是指其在外界各种因素
(如阳光、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。
影响沥青混合料耐久性的主要因素有:沥青与 骨料的性质、沥青的用量、沥青混合料的压实度 与空隙率等。
目前,一般采用马歇尔试验来评价沥青混合 料的耐久性。测定沥青混合料试件的空隙率、饱 和度、残留稳定度等,这些指标均应达到规范的 要求,才能说明沥青混合料的耐久性合格。

4.抗滑性 随着车辆行驶速度的增加,路面的抗滑性显
得尤为重要,为了提高路面的抗滑性,必须增加 路面的粗糙度,因而对于面层集料应选用质地坚 硬,具有棱角的碎石。骨料的颗粒适当大些,沥 青用量少些,并对沥青中含蜡量进行严格控制, 都可以提高路面的抗滑性。
测定路面抗滑性的指标有路面摩擦系数和构 造深度。摩擦系数和构造深度越大,说明路面的 抗滑性越好。

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。影响混合料施工和易性 的主要因素是矿料级配和沥青用量。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 青用量,可以避免混合料疏松或结团现象。间断级配混合 料的施工和易性就较差。
当沥青用量过少,或矿粉用量过多时,混合料容易产 生疏松,不易压实;反之,如沥青用量过多,或矿粉质量 不好,则容易使混合料粘结成块,不易摊铺。
另外,气候情况,机械性能,施工能力等外部条件也 会不同程度地影响施工和易性。目前,评价施工和易性还 没有一个定量的指标,只能凭经验来目估。

? 4 . 沥青混合料组成材料的技术要求
? (1)沥青材料
? 不同型号的沥青材料,具有不同的技术指 标,适用于不同等级、不同类型的路面, 在选择沥青材料的时候,要考虑到气候条 件、交通量、施工方法等情况。寒冷地区 宜选用稠度较小,延度较大的沥青,以免 冬季裂缝;较热地区选用稠度较大,软化 点高的沥青,以免夏季泛油、发软。一般 路面的上层宜用较稠的沥青,下层和联结 层宜用较稀的沥青。

6.2.4沥青混合料配合比设计 *沥青混合料配合比设计的任务就是通过确定粗集料、 细集料、矿粉和沥青之间的比例关系,使沥青混合料的各 项指标达到工程要求,让沥青混合料的强度、稳定性、耐 久性、*整度等各项要求,在联系与矛盾中达到统一。
*沥青混合料配合比设计包括:试验室配合比设计、生 产配合比设计和生产配合比验证等三个阶段。本节主要着 重介绍试验室配合比设计。
*试验室配合比设计分为矿质混合料配合组成和沥青最 佳用量确定两部分。

(1)矿料的配合比设计
? 矿料配合比计算是让各种矿料以最佳比 例混合,从而加入沥青后,使沥青混凝土 既密实,又有一定的空隙,供夏季沥青的 膨胀。矿料配合比计算步骤如下:
1)根据道路等级、路面类型及所处的结构 层等选择适用的沥青混合料类型;按表6-11 确定矿料级配范围。
2)由各种矿料的筛分曲线计算配合比例, 合成的矿料级配应符合表6-11规定。

(2)沥青最佳用量的确定
沥青最佳用量的确定可以通过理论计算得到,但误差 较大,故一般采用实验的方法求得。目前,我国采用马歇 尔试验法来确定沥青最佳用量。其方法是:
1)按所设计的矿料配合比配制五组矿质混合料,每组 按规范推荐的沥青用量(或油石比)范围加入适量沥青, 沥青用量按0.5%间隔递增,拌和均匀,制成马歇尔试件。
2)根据集料吸水率大小和沥青混合料的类型采用合适 的方法,测出试件的实测密度,并计算理论密度、空隙率、 沥青饱和度等物理指标。
3)进行马歇尔试验,测定稳定度和流值这二个力学指 标。

4)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,分别将试验结果点 入坐标中,沥青用量与这些指标之间连成关系曲线。
从图中取相应于密度最大值的沥青用量 ,相应 于稳定度最大值的沥青用量 ,相应于规a定1 空隙率 范围的中值的沥青用量 。a2以三者*均值作为最佳
沥青用量的初始值。 a3
OAC1 ? (a1 ? a2 ? a3 ) / 3

根据沥青混合料马歇尔试验技术标准,确定各关系 曲线上沥青用量范围 OACmin~OACmax,取各沥青用量范 围的共同部分,即为沥青最佳用量范围,求其中 值 OAC2 。
OAC2 ? (OACmin ? OACmax) / 2

根据沥青混合料马歇尔试验技术标准,确定各关系 曲线上沥青用量范围 OACmin~OACmax,取各沥青用量范 围的共同部分,即为沥青最佳用量范围,求其中 值 OAC2 。
OAC2 ? (OACmin ? OACmax) / 2

按最佳沥青用量初始值 OAC1 ,在上述关系曲线中取 相应的各项指标值,当各项指标值均符合马歇尔试
验技术标准时,由 OAC1 和 OAC2 确定最佳沥青用
量,如不能符合规定时,应重新进行级配调整和计
算,直至各项指标均符合要求。

5)按最佳沥青用量制作马歇尔试件,进 行浸水马歇尔试验。当残留稳定度不符合 表规定的要求时,应重新进行配合比试验。 当最佳沥青用量值与两初始值和相差甚大 时,应按、、分别制作试件,进行残留稳 定度试验,根据结果,适当调整值。

6)按最佳沥青用量制作车辙试验试件,检验其高 温抗车辙能力。当动稳定度不符合下列要求时,即 高速公路应不小于800次/mm,一级公路应不小于 600次/mm,应重新进行配合比设计。
当最佳沥青用量值与两初始值和相差甚大,应 按1)分别制作试件,进行车辙试验,根据结果,适 当调整值。
通过以上的试验和计算,最后确定最佳沥青用 量。

2.生产配合比设计
? 对间歇式拌合机,在二次筛分热料仓取 样筛分,确定各熟料仓材料比例,供拌 合机控制室使用。
? 反复调整冷料进料比例,使供料均衡, 并取目标配合比最佳沥青用量、最佳沥 青用量加减0.3%三个沥青用量进行马歇 尔实验,确定生产配合比的最佳沥青用 量。

3.生产配合比验证
? 拌合机应采用生产配合比进行试拌,铺 筑试验段,并用拌合的混合料进行马歇 尔实验及路上钻心取样检验,由此确定 生产用的标准配合比。
? 标准配合比应作为生产上控制的依据和 质量检验的标准。
? 标准配合比的矿料合成级配中,0.075、 2.36、4.75mm三档筛孔的通过率应接* 级配的中值。


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