道路工程材料-第3章沥青混合料ppt课件.ppt
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1、道路工程材料道路工程材料土木工程与建筑系土木工程与建筑系 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料第三章第三章 沥青混合料沥青混合料1沥青混合料的类型与组成结构2沥青混合料的技术性能3沥青混合料的组成设计4其他类型的沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料1.1 定义定义 沥青混合料是经沥青混合料是经人工合理选择级配组成的矿质混合料人工合理选择级配组成的矿质混合料与与适适量沥青材料量沥青材料,在一定温度下经拌和而成的高等级路面材料。,在一定温度下经拌和而成的高等级路面材料。 沥青混凝土混合料(沥青混凝土混合料(Asphalt concrete m
2、ixtureAsphalt concrete mixture) 粗集料粗集料+ +细集料细集料+ +填料填料+ +沥青沥青 简称简称ACAC 沥青碎石混合料(沥青碎石混合料(Asphalt macadan mixtureAsphalt macadan mixture) 粗集料粗集料+ +细集料细集料+ +填料填料+ +沥青沥青 简称简称AMAM 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料优点优点 1、良好的力学性能:弹塑性,无需设置施工缝、伸缩缝,、良好的力学性能:弹塑性,无需设置施工缝、伸缩缝,路面平整且有弹性。路面平整且有弹性。 2、良好的抗滑性能:平整且有一定的粗糙度,不
3、反光,、良好的抗滑性能:平整且有一定的粗糙度,不反光,行车安全。行车安全。 3、施工方便,速度快,能够及时开放交通。、施工方便,速度快,能够及时开放交通。 4、可分期改造和再生利用。、可分期改造和再生利用。 5、晴天无尘,雨天不泞,便于汽车高速行驶。、晴天无尘,雨天不泞,便于汽车高速行驶。缺点:缺点: 1、老化、老化 表层产生松散。表层产生松散。 2、温度稳定性差:高温软化,产生过分变形;低温脆化,、温度稳定性差:高温软化,产生过分变形;低温脆化,产生裂缝。产生裂缝。1.2 沥青混合料的特点沥青混合料的特点 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料1.3.1 按胶凝材料种类按
4、胶凝材料种类(1)石油沥青混合料)石油沥青混合料(2)煤沥青混合料)煤沥青混合料1.3.2 按砂料最大粒径可分为以下几种按砂料最大粒径可分为以下几种(1)特粗式)特粗式 D=37.5mm(2)粗粒式)粗粒式 D=31.5/26.5mm 用于基层、下面层用于基层、下面层(3)中粒式)中粒式 D=19/16mm 面层或下面层面层或下面层(4)细粒式)细粒式 D=13.2/9.5mm 面层面层(5)砂粒式)砂粒式 D=4.75mm 磨耗层磨耗层1.3 沥青混合料分类沥青混合料分类 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料1.3 沥青混合料分类沥青混合料分类1.3.3 按砂质混合料级
5、配类型分类按砂质混合料级配类型分类 (1)连续级配)连续级配 如沥青混凝土混合料如沥青混凝土混合料 (2)间断级配)间断级配 如如SMA (Stone Mastic Asphalt)1.3.4 按连续级配密实度分按连续级配密实度分 (1)密级配沥青混合料)密级配沥青混合料 AC VV10% (3)开级配沥青混合料)开级配沥青混合料 AK VV15% 1.3.5 按施工温度分按施工温度分 (1)热拌热铺沥青混合料)热拌热铺沥青混合料 (2)热拌冷铺沥青混合料)热拌冷铺沥青混合料 (3)冷拌冷铺沥青混合料)冷拌冷铺沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料1.4 沥青混
6、合料的体积组成沥青混合料的体积组成沥青混合料体积参数基本指标沥青混合料体积参数基本指标试件空隙率试件空隙率 VV (Volume of air Voids) 表征沥青混合料的组成材料与压实状态之间的关系,直接表征沥青混合料的组成材料与压实状态之间的关系,直接影响沥青混合料的稳定性和耐久性。影响沥青混合料的稳定性和耐久性。矿料间隙率矿料间隙率 VMA (Voids in Mineral Aggregate) 反映沥青混合料矿料级配组成特征,决定了沥青混合料反映沥青混合料矿料级配组成特征,决定了沥青混合料的组成结构类型。的组成结构类型。沥青饱和度沥青饱和度 VFA (Voids Filled wi
7、th Asphalt) 沥青结合料填充矿料间隙的程度,直接决定沥青用量和沥青结合料填充矿料间隙的程度,直接决定沥青用量和路面性能。路面性能。 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料1.5.1 沥青混合料结构理论沥青混合料结构理论1、表面理论:、表面理论: 沥青混合料是由粗、细集料和矿粉,大小不同粒径组成沥青混合料是由粗、细集料和矿粉,大小不同粒径组成密实矿质混合料的骨架,利用沥青胶结料的粘聚力,在加密实矿质混合料的骨架,利用沥青胶结料的粘聚力,在加热状态下施工,使沥青包裹在矿料的表面经过压实固结热状态下施工,使沥青包裹在矿料的表面经过压实固结后,将松散的矿质颗粒胶结成具有一
8、定强度的整体。后,将松散的矿质颗粒胶结成具有一定强度的整体。1.5 沥青混合料的组成结构类型沥青混合料的组成结构类型 粗、细骨料及填料粗、细骨料及填料 密实级配的矿质骨架密实级配的矿质骨架 较稀沥青分布其间较稀沥青分布其间 沥青混合料沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料1.5 沥青混合料的组成结构类型沥青混合料的组成结构类型特点特点: : 高稠度沥青高稠度沥青 / / 沥青用量大沥青用量大 / / 间断级配间断级配胶浆理论:胶浆理论:( (现代理论现代理论) )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
9、形成沥青砂浆细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将粗骨料添加到沥青砂浆中形成沥青混合料粗分散体系 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料1.5 沥青混合料的组成结构类型沥青混合料的组成结构类型 表面理论重点突出矿质骨料的骨架作用,强度的关键表面理论重点突出矿质骨料的骨架作用,强度的关键首先是矿质骨料的强度和密实度;而胶浆理论则突出沥首先是矿质骨料的强度和密实度;而胶浆理论则突出沥青胶结构在混合料中的作用,以及沥青与填充料之间的青胶结构在混合料中的作用,以及沥青与填充料之间的关系,这对沥青混合料的高温稳定性和低温
10、抗裂性的影关系,这对沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性的影响尤为重要。响尤为重要。 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料 1、 是指矿质集料由大到小组成连续型密级配的混合料结构是指矿质集料由大到小组成连续型密级配的混合料结构(典型的(典型的AC型)。型)。 2、 是指矿质集料属于连续型开级配的混合料结构(典型的是指矿质集料属于连续型开级配的混合料结构(典型的AM型和型和OGFC型)。型)。 3、 是指矿质集料具有较多数量的粗集料形成空间骨架,同是指矿质集料具有较多数量的粗集料形成空间骨架,同时又有足够的细集料填满骨架的空隙的混合料结构(典型时又有足够的细集料填满骨架的空隙
11、的混合料结构(典型的的SMA型)型) 。1.5 沥青混合料的组成结构类型沥青混合料的组成结构类型 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料悬浮悬浮密实结构密实结构 骨架骨架空隙结构空隙结构 骨架骨架密实结构密实结构 沥青混合料的典型组成结构类型沥青混合料的典型组成结构类型 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料1.6 沥青混合料的结构强度理论沥青混合料的结构强度理论 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料实验方法实验方法:三轴剪切试验三轴剪切试验 抗剪强度抗剪强度 C 粘聚力粘聚力 剪切法向压应力剪切法向压应力 内摩擦角内摩擦角 结论:
12、结论: 沥青混合料抗剪强度沥青混合料抗剪强度取决于粘聚力取决于粘聚力C 和内摩擦阻角和内摩擦阻角。tan c1.6 沥青混合料的结构强度理论沥青混合料的结构强度理论 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料l沥青性质对粘结力的影响:沥青性质对粘结力的影响: 沥青粘结性沥青粘结性(粘度(粘度)粘聚力粘聚力C抗剪强度抗剪强度l沥青与矿料相互作用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靠近界面处粘度 扩散溶剂化膜扩散溶剂化膜(10um) 膜内膜内结构沥青:粘度高结构沥青:粘度高 C大大 膜外膜外自由沥青:粘度小自由沥
13、青:粘度小 C小小 1.6 沥青混合料的结构强度理论沥青混合料的结构强度理论 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料l 沥青与矿粉的用量比例对沥青混合料抗剪强度的影响沥青与矿粉的用量比例对沥青混合料抗剪强度的影响 沥青用量过少,不足以形成薄膜粘结矿料颗粒表面,粘结沥青用量过少,不足以形成薄膜粘结矿料颗粒表面,粘结力不够;沥青用量过多,逐渐将矿料颗粒推开,沥青胶结物力不够;沥青用量过多,逐渐将矿料颗粒推开,沥青胶结物的粘结力随着自由沥青的增加而降低,粘结力反而下降;适的粘结力随着自由沥青的增加而降低,粘结力反而下降;适量的沥青用量,沥青胶结物具有最优的粘结力(量的沥青用量,沥
14、青胶结物具有最优的粘结力(P103 图图3-11)。)。 在沥青用量固定的情况下,矿粉的用量多少也直接影响沥在沥青用量固定的情况下,矿粉的用量多少也直接影响沥青混合料的密实程度及粘结力,矿粉用量不能过多,否则使青混合料的密实程度及粘结力,矿粉用量不能过多,否则使沥青混合料结团成块,不易施工。沥青混合料结团成块,不易施工。 1.6 沥青混合料的结构强度理论沥青混合料的结构强度理论 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料1.6 沥青混合料的结构强度理论沥青混合料的结构强度理论l 矿料的级配类型及表面性质对沥青混合料抗剪强度的影矿料的级配类型及表面性质对沥青混合料抗剪强度的影响响
15、 沥青混合料的抗剪强度与矿质集料在沥青混合料中的分沥青混合料的抗剪强度与矿质集料在沥青混合料中的分布情况有密切关系。矿料级配类型是影响沥青混合料抗剪强布情况有密切关系。矿料级配类型是影响沥青混合料抗剪强度的因素之一。度的因素之一。 在沥青混合料中,矿质集料的粗度、形状对沥青混合料的在沥青混合料中,矿质集料的粗度、形状对沥青混合料的抗剪强度也有明显的影响,通常集料颗粒具有棱角,表面有抗剪强度也有明显的影响,通常集料颗粒具有棱角,表面有明显的粗糙度,铺筑路面具有很大的内摩阻角明显的粗糙度,铺筑路面具有很大的内摩阻角 ,提高了混,提高了混合料的抗剪强度。矿质集料愈粗,配制成的沥青混合料的内合料的抗剪
16、强度。矿质集料愈粗,配制成的沥青混合料的内摩阻角就愈高。摩阻角就愈高。 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料1.6 沥青混合料的结构强度理论沥青混合料的结构强度理论l 温度及形变速率对沥青混合料抗剪强度的影响温度及形变速率对沥青混合料抗剪强度的影响 随温度升高,沥青的粘聚力随温度升高,沥青的粘聚力 C 值减小,而变形能力增强。值减小,而变形能力增强。温度降低,可使混合料粘聚力提高,强度增加,变形能力降温度降低,可使混合料粘聚力提高,强度增加,变形能力降低。温度过低会使沥青混合料路面开裂。低。温度过低会使沥青混合料路面开裂。 沥青混合料的抗剪强度与形变速率也有关,粘聚力沥青
17、混合料的抗剪强度与形变速率也有关,粘聚力 C 值随值随形变速率的增加而显著提高,内摩阻角随形变速率的变化很形变速率的增加而显著提高,内摩阻角随形变速率的变化很小。小。 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料l高温稳定性高温稳定性l低温抗裂性低温抗裂性l疲劳特性疲劳特性l耐久性耐久性l水稳定性水稳定性l抗滑性抗滑性l施工和易性施工和易性 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料2.1 高温稳定性高温稳定性 沥青粘度、沥青与石料相互作用特征、矿料性质。沥青粘度、沥青与石料相互作用特征、矿料性质。 沥青混合料在高温条件下,承受多次重复荷载不产生过沥青混合料在高温
18、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、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。波浪等现象的性质。高温稳定性的意义:高温稳定性的意义:高温条件下或长时间承受荷载作用混高温条件下或长时间承受荷载作用混合料会产生显著的变形合料会产生显著的变形,其中不能恢复的部分成为,其中不能恢复的部分成为永久变永久变形形,这种特性是这种特性是导致导致沥青路面沥青路面产生车辙产生车辙、波浪波浪及及拥包拥包等等病病害害的主要原因。在交通量大,重车比例高和经常变速路段的主要原因。在交通量大,重车比例高和经常变速路段的沥青路面上,车辙是最严重、最有危害
19、的破坏形式之一。的沥青路面上,车辙是最严重、最有危害的破坏形式之一。 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料沥青路面的高温病害沥青路面的高温病害 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料2.1 高温稳定性高温稳定性评价方法:评价方法: 我国最常用评价方法是:我国最常用评价方法是:马歇尔试验马歇尔试验和和车辙试验车辙试验。 马歇尔试验最大特点马歇尔试验最大特点设备简单、操作方便设备简单、操作方便,现在已被世界上许,现在已被世界上许多国家所采用。多国家所采用。 马歇尔试验用于测定沥青混合料试件的破荷载和抗变形能力,马歇尔试验用于测定沥青混合料试件的破荷载和抗变
20、形能力,得到得到马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。1、马歇尔稳定度试验、马歇尔稳定度试验 稳定度稳定度(Ms):指标准尺寸试件在规定温度下和加荷速度:指标准尺寸试件在规定温度下和加荷速度 下,在马歇尔试验仪中最大的破坏荷载(下,在马歇尔试验仪中最大的破坏荷载(kN)。)。 流值流值(FL):达到最大破坏荷重时,试件的垂直变形,以:达到最大破坏荷重时,试件的垂直变形,以 0.1mm计。计。马歇尓模数马歇尓模数FLMTS10 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度试验试件尺寸:试件尺寸:(1) 101.6mm63.5mm(
21、1.3mm,两侧高度差不大于,两侧高度差不大于2mm)。适用于公称最大粒径。适用于公称最大粒径26.5mm的混合料,试件成型的混合料,试件成型击实次数根据公路等级、混合料类型、气候条件选择,一般击实次数根据公路等级、混合料类型、气候条件选择,一般为为75次或次或50次。试验中一组试件需平行试件通常为次。试验中一组试件需平行试件通常为4个。个。(2) 152.4mm95.3mm(2.5mm,两侧高度差不大于,两侧高度差不大于2mm)。适用于公称最大粒径适用于公称最大粒径31.5mm和和37.5mm的混合料,击的混合料,击实次数一般为实次数一般为112次。试验中一组试件需平行试件通常为次。试验中一
22、组试件需平行试件通常为4个,个,必要时要增至必要时要增至56个。个。 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料2、车辙试验、车辙试验 300mm300mm50mm的试件,在的试件,在60的温度条件的温度条件下,以轮压为下,
23、以轮压为0.7MPade 实心橡胶轮在同一轨迹上作一定实心橡胶轮在同一轨迹上作一定时间的反复行走(时间的反复行走( 421次次/min的频率),形成一定的车的频率),形成一定的车辙深度,然后计算试件变形辙深度,然后计算试件变形1mm所需车轮行驶次数,即所需车轮行驶次数,即为动稳定度为动稳定度规定:高速公路,不宜小于规定:高速公路,不宜小于800次次/mm 一级公路、城市主干道,不宜小于一级公路、城市主干道,不宜小于600次次/mm2.1 高温稳定性高温稳定性 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料p车辙实验方法首先是英国运输与道路研究试验所车辙实验方法首先是英国运输与道路研
24、究试验所(TRRL)开发的,并经过了法国、日本等道路工作者的改进与完善。开发的,并经过了法国、日本等道路工作者的改进与完善。p车辙实验是一种车辙实验是一种 模拟车辆轮胎在路面上滚动形成车辙模拟车辆轮胎在路面上滚动形成车辙 的工程的工程试验方法,试验结果较为直观,与沥青路面车辙深度之间有着试验方法,试验结果较为直观,与沥青路面车辙深度之间有着较好的相关性。较好的相关性。2.1 高温稳定性高温稳定性规定:对于规定:对于高速公路、一级公路和城市快速路、主干路沥高速公路、一级公路和城市快速路、主干路沥 青路面的上面层和中面层的沥青混合料青路面的上面层和中面层的沥青混合料,在用马歇尔试验,在用马歇尔试验
25、进行配合比设计时必须采用车辙试验对沥青混合料的抗车进行配合比设计时必须采用车辙试验对沥青混合料的抗车辙能力进行检验。辙能力进行检验。 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料全自动车辙试验机全自动车辙试验机 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料车辙试验试模及成型试件车辙试验试模及成型试件 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三章沥青混合料第三章沥青混合料 道路工程材料道路工程材料 第三
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