土木工程材料第九章 热拌沥青溷合料.ppt
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1、土木工程材料第九章 热拌沥青溷合料 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料 第一节概述第一节概述 一、一、沥青混合料的特点沥青混合料的特点 1.1.弹弹-塑塑-粘性材料,良好的力学性能,一定的高粘性材料,良好的力学性能,一定的高 温稳定性和低温抗裂性,不需设施工缝和伸缩缝。温稳定性和低温抗裂性,不需设施工缝和伸缩缝。路面平整且有弹性,行车舒适。路面平整且有弹性,行
2、车舒适。2.2.有一定的粗糙度,防滑有一定的粗糙度,防滑;降噪。路面为黑色,降噪。路面为黑色,行行 车比较安全。车比较安全。3.3.施工方便快速施工方便快速。能及时开放交通。能及时开放交通。4.4.经济耐久经济耐久。分期改造,再生利用。分期改造,再生利用。5.5.缺点:温度敏感性和老化现象。缺点:温度敏感性和老化现象。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料二、沥青混合料的分类二、沥青混合料的分类1 1、按胶结料品种分、按胶结料品种分 石油沥青、煤沥青混合料石油沥青、煤沥青混合料2 2、按公称最大粒径分、按公称最大粒径分 特粗式沥青混合料:
3、特粗式沥青混合料:D Dm m37.5mm37.5mm 粗粒式:粗粒式:D Dm=26.5mm=26.5mm 或或D Dm m=31.5mm=31.5mm 中粒式:中粒式:D Dm m=16mm=16mm 或或D Dm m=19mm=19mm 细粒式:细粒式:D Dm m=9.5mm=9.5mm 或或D Dm m=13.2mm=13.2mm 砂粒式:砂粒式:D Dm m9.5mm9.5mm3 3、按矿料级配类型分按矿料级配类型分 连续级配沥青混合料、间断级配。连续级配沥青混合料、间断级配。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料4 4、按矿
4、料级配组成及空隙率大小分类、按矿料级配组成及空隙率大小分类(1 1)密级配密级配沥青混合料:沥青混合料:密实式沥青混合料密实式沥青混合料ACAC、密实式沥青稳定碎石混合、密实式沥青稳定碎石混合 料料ATBATB。(2 2)半开级配半开级配沥青混合料(适当比例粗集料、细集料沥青混合料(适当比例粗集料、细集料 及少量填料或无填料。剩余空隙率及少量填料或无填料。剩余空隙率612%612%)沥青碎石沥青碎石(3 3)开级配开级配沥青混合料(粗集料嵌挤组成,细集料及沥青混合料(粗集料嵌挤组成,细集料及 填料较少。剩余空隙率大于填料较少。剩余空隙率大于18%18%)沥青碎石沥青碎石5 5、按施工条件(温度
5、)分、按施工条件(温度)分 热拌、冷拌、再生沥青混合热拌、冷拌、再生沥青混合料料2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料 剩余空隙率小于剩余空隙率小于10%10%的沥青混合料,的沥青混合料,称为沥青混凝土(混合料),适用于称为沥青混凝土(混合料),适用于公路的面层。剩余空隙率大于公路的面层。剩余空隙率大于10%10%的的沥青混合料,称为沥青碎(砾)石沥青混合料,称为沥青碎(砾)石(混合料),适用于公路的过渡层和(混合料),适用于公路的过渡层和整平层。整平层。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌
6、沥青混合料第二节第二节 沥青混合料组成材料的技术要求沥青混合料组成材料的技术要求 1.1.沥青材料沥青材料 (1)(1)沥青种类选择沥青种类选择:按现行按现行公路沥青路面施工技公路沥青路面施工技术规范术规范(JTGF40JTGF4020042004)规定,道路石油沥青分为)规定,道路石油沥青分为A A级、级、B B级、级、C C级三级三个等级,各自的适用范围应符合表个等级,各自的适用范围应符合表9-3 9-3 的规定。按规格参照。的规定。按规格参照。(2)(2)沥青标号沥青标号:宜按照公路等级、气候条件、交通宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路类型及在结构层中的层位及受力特点、施工条件、路类
7、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,经技术论证后确定。方法等,结合当地的使用经验,经技术论证后确定。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料 高速公路、一级公路、重载交通、山区上坡高速公路、一级公路、重载交通、山区上坡路路-稠度大、粘度大的沥青稠度大、粘度大的沥青 冬季寒冷,交通量少冬季寒冷,交通量少-稠度小、低温延度稠度小、低温延度大沥青。温差大大沥青。温差大-针入度指数大的沥青针入度指数大的沥青高温与低温要求发生矛盾,优先考虑高温。高温与低温要求发生矛盾,优先考虑高温。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州
8、学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料(一)沥青路面使用性能气候分区(一)沥青路面使用性能气候分区 衢州衢州1-4-11-4-1气候分区指标气候分区指标气候分区气候分区按照高按照高温温指标指标高温气候区高温气候区1 12 23 3气候区名称气候区名称夏炎热区夏炎热区夏热区夏热区夏凉区夏凉区七月平均最高温七月平均最高温度度303020-3020-302020按照低按照低温温指标指标低温气候区低温气候区1 12 23 34 4气候区名称气候区名称冬严寒区冬严寒区冬寒区冬寒区冬冷区冬冷区冬温区冬温区极端最低气温极端最低气温()-37.5-9.0-9.0按照雨按照雨量量指标指标雨量气候
9、区雨量气候区1 12 23 34 4气候区名称气候区名称潮湿区潮湿区湿润区湿润区半干区半干区干旱区干旱区年降雨量(年降雨量(mmmm)100010001000-5001000-500500-250500-2502502502011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料2 2、粗集料(、粗集料(2.36mm2.36mm)碱性、表面粗糙碱性、表面粗糙1 1)表面粗糙表面粗糙、足、足够的高强及耐磨性。够的高强及耐磨性。立方体(限制立方体(限制 针片状颗粒)具有棱角的颗粒。针片状颗粒)具有棱角的颗粒。洁净、干燥、无洁净、干燥、无 风化、不含杂质,风化、不
10、含杂质,2 2)碱性的岩石)碱性的岩石。3 3)酸性岩石)酸性岩石的石料为保证与沥青的粘附性符合规范的石料为保证与沥青的粘附性符合规范 要求,应采用下列要求,应采用下列抗剥离措施。抗剥离措施。用干燥的磨细消石灰或生石灰粉用干燥的磨细消石灰或生石灰粉 、水泥作为填、水泥作为填 料的一部分料的一部分 ,其用量宜为矿料总量的,其用量宜为矿料总量的1 122。在沥青中掺加抗剥离剂。在沥青中掺加抗剥离剂。将粗集料用石灰浆处理后使用。将粗集料用石灰浆处理后使用。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料3.3.细集料细集料 沥青混合料用细集料可采用沥青混
11、合料用细集料可采用天然砂、机制砂及石天然砂、机制砂及石屑屑。(1 1)洁净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的颗)洁净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的颗 粒组成,其质量应符合规范要求粒组成,其质量应符合规范要求(见表见表9-7)9-7)。(2 2)细集料应与沥青有良好的粘结能力细集料应与沥青有良好的粘结能力。与沥青粘。与沥青粘 结性能很差的天然砂及用花岗岩、石英岩等结性能很差的天然砂及用花岗岩、石英岩等酸酸 性石料性石料破碎的机制砂或石屑不宜用于高速公路、破碎的机制砂或石屑不宜用于高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青面层。必一级公路、城市快速路、主干路沥青面层。必 须使用时,应采用抗剥离
12、措施。须使用时,应采用抗剥离措施。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料4.4.填料填料(0.075mm0.075mm多为矿粉)多为矿粉)(1 1)宜采用宜采用石灰岩石灰岩或岩浆岩中的或岩浆岩中的强基性岩石强基性岩石(碱性碱性 岩石,岩石,SiOSiO2 245%,45%,憎水性石料憎水性石料)经磨细得到的矿粉经磨细得到的矿粉 (2 2)矿粉要求干燥、洁净,泥土杂质应除净,其)矿粉要求干燥、洁净,泥土杂质应除净,其 质量应符合规范要求质量应符合规范要求(见表见表9-8)9-8)。(3 3)粉煤灰粉煤灰作为填料使用时,烧失量应小于作为填料使
13、用时,烧失量应小于1212,其余质量要求与矿粉相同。粉煤灰的用量不宜超其余质量要求与矿粉相同。粉煤灰的用量不宜超 过填料总量的过填料总量的5050,高速公路、一级公路的沥青高速公路、一级公路的沥青 路面不宜采用粉煤灰做填料。路面不宜采用粉煤灰做填料。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料第三节沥青混合料的组成结构和强度理论第三节沥青混合料的组成结构和强度理论 一、沥青混合料的组成结构一、沥青混合料的组成结构沥青混合料是一种复合材料,它是由沥青、沥青混合料是一种复合材料,它是由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外加剂所组成。这粗集料、细集料和矿
14、粉以及外加剂所组成。这些组成材料在混合料中,由于组成材料质量的些组成材料在混合料中,由于组成材料质量的差异和数量的多少可形成不同的组成结构,并差异和数量的多少可形成不同的组成结构,并表现为不同的力学性能。表现为不同的力学性能。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料 沥青混合料组成结构类型沥青混合料组成结构类型悬浮悬浮-密实结构、骨架密实结构、骨架-空隙结构空隙结构、骨架骨架-密实结构密实结构 (1)(1)悬浮悬浮-密实结构密实结构:是指矿质集料由大至小组成连是指矿质集料由大至小组成连续密级配的混合料结构,混合料中续密级配的混合料结构,混合
15、料中粗集料数量较少粗集料数量较少,不能形成骨架。如图不能形成骨架。如图9-1a9-1a这种沥青混合料这种沥青混合料粘聚力粘聚力F F 较较大,内摩阻角大,内摩阻角 较小,因此高温稳定性较差较小,因此高温稳定性较差。按照连。按照连续密级配原理设计的续密级配原理设计的ACAC型沥青混合料是典型的悬浮型沥青混合料是典型的悬浮-密实结构。(密实度强度较高,连续级配不易离析易密实结构。(密实度强度较高,连续级配不易离析易施工。目前我国沥青混合料主要采用的结构。)施工。目前我国沥青混合料主要采用的结构。)2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料a)悬浮
16、悬浮-密实结构密实结构b)骨架骨架-空隙结构空隙结构c)密实密实-骨架结构骨架结构矿料为连续型密级配矿料为连续型密级配连续型开级配连续型开级配间断型密级配间断型密级配图图 沥青混合料结构组成示意图沥青混合料结构组成示意图2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料(2)(2)骨架骨架-空隙结构空隙结构:是指矿质集料属于是指矿质集料属于连续连续型开级配的混合料结构型开级配的混合料结构,矿质集料中,矿质集料中粗集料较粗集料较多多,可形成矿质骨架,可形成矿质骨架,细集料较少,不足以填细集料较少,不足以填满空隙满空隙,如图,如图9-1b9-1b,所以此
17、结构沥青混合料,所以此结构沥青混合料空空隙率大,耐久性差,沥青与矿料的粘聚力差,隙率大,耐久性差,沥青与矿料的粘聚力差,热稳定较好,热稳定较好,这种结构沥青混合料的强度主要这种结构沥青混合料的强度主要取决于内摩阻角。沥青碎石混合料取决于内摩阻角。沥青碎石混合料AMAM和开级配和开级配耗层沥青混合料耗层沥青混合料OGFCOGFC是典型的骨架一空隙结构是典型的骨架一空隙结构 2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料(3)(3)骨架骨架-密实结构密实结构:是指此结构是指此结构具有较多具有较多数量的粗集料形成空间骨架数量的粗集料形成空间骨架,同时又
18、有足够的同时又有足够的细集料可填满骨架的空隙,细集料可填满骨架的空隙,如图如图9-1c9-1c。这种结。这种结构的沥青混合料具有构的沥青混合料具有较高的粘聚力和较高的内较高的粘聚力和较高的内摩阻角,是沥青混合料中最理想的一种结构类摩阻角,是沥青混合料中最理想的一种结构类型型。(由于间断级配易分离,对施工技术要求。(由于间断级配易分离,对施工技术要求较高,目前我国应用还较少。)沥青玛蹄脂碎较高,目前我国应用还较少。)沥青玛蹄脂碎石混合料石混合料SMASMA是典型的骨架一密实结构是典型的骨架一密实结构 。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料
19、沥青混合料的组成结构沥青混合料的组成结构沥青混合沥青混合料料密实密实度度稳定稳定度度施施工工耐久耐久性性1 1悬浮悬浮密实密实结构结构连续级配连续级配密实式密实式粗集料少,细集料多。粗集料少,细集料多。粗集料悬浮在细集料中。粗集料悬浮在细集料中。连续型密级配连续型密级配大大差差易易 好好2 2骨架骨架空隙空隙结构结构开式,半开式,半开式开式沥青碎石沥青碎石粗集料多,形成骨架。粗集料多,形成骨架。细集料少,不足以填充细集料少,不足以填充空隙。空隙。连续型开级配连续型开级配小小好好易易 差差3 3骨架骨架密实密实结构结构间断级配间断级配密实式密实式既有一定数量的粗集料既有一定数量的粗集料形成骨架。
20、又有足够的形成骨架。又有足够的细集料填充空隙。细集料填充空隙。间断型密级配间断型密级配较大较大较好较好不不易易较好较好2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料 二、沥青混合料的强度理论二、沥青混合料的强度理论 破坏原因:高温时由于抗剪强度不足破坏原因:高温时由于抗剪强度不足或或塑性变形塑性变形增大增大而而产生推挤波浪、拥包产生推挤波浪、拥包等现象,和等现象,和低温低温时抗拉强时抗拉强度不足或变形能力较差而度不足或变形能力较差而产生裂缝产生裂缝现象。主要是要求现象。主要是要求沥青混合料在高温时必须具有一定的抗剪强度和抵抗沥青混合料在高温时必须
21、具有一定的抗剪强度和抵抗变形的能力。变形的能力。目前对于沥青混合料强度的研究,一般采用库伦目前对于沥青混合料强度的研究,一般采用库伦内摩擦理论分析。沥青混合料的内摩擦理论分析。沥青混合料的抗剪强度抗剪强度主要取决主要取决于于沥青与矿质集料物理、化学交互作用而产生的沥青与矿质集料物理、化学交互作用而产生的粘聚粘聚力力c c,以及矿质集料在沥青混合料中分散程度不同而,以及矿质集料在沥青混合料中分散程度不同而产生的产生的内摩阻角内摩阻角。如下式所示:。如下式所示:2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料 三、影响沥青混合料抗剪强度的因素三、影响沥
22、青混合料抗剪强度的因素(1)(1)影响沥青混合料抗剪强度的内因影响沥青混合料抗剪强度的内因1)1)沥青粘度的影响。沥青粘度的影响。在其他因素固定的条件下,在其他因素固定的条件下,沥青混合料的沥青混合料的粘聚力粘聚力C C是随着沥青粘度的提高而增加是随着沥青粘度的提高而增加的的。因为沥青的粘度即沥青内部沥青胶团相互位移。因为沥青的粘度即沥青内部沥青胶团相互位移时,其分散介质抵抗剪切作用的抗力,所以沥青混时,其分散介质抵抗剪切作用的抗力,所以沥青混合料受到剪切作用时,特别是受到短暂的瞬时荷载合料受到剪切作用时,特别是受到短暂的瞬时荷载时,时,具有高粘度的沥青能赋予沥青混合料较大的粘具有高粘度的沥青
23、能赋予沥青混合料较大的粘滞阻力,因而具有较高抗剪强度。滞阻力,因而具有较高抗剪强度。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料2)2)沥青与矿料在界面上的交互作用沥青与矿料在界面上的交互作用 沥青与矿料相互作用后,沥青在矿料表面形成沥青与矿料相互作用后,沥青在矿料表面形成一层扩散结构膜,在此结构膜以内的沥青称为一层扩散结构膜,在此结构膜以内的沥青称为结构结构沥青沥青,在此结构膜以外的沥青称为,在此结构膜以外的沥青称为自由沥青自由沥青。如果。如果矿料颗粒之间的粘结力是由结构沥青提供,则粘结矿料颗粒之间的粘结力是由结构沥青提供,则粘结力较大,如果
24、矿料颗粒之间的粘结力是由自由沥青力较大,如果矿料颗粒之间的粘结力是由自由沥青提供,则粘结力较小。所以我们在配制沥青混合料提供,则粘结力较小。所以我们在配制沥青混合料时,应控制沥青用量,使时,应控制沥青用量,使混合料能形成结构沥青,混合料能形成结构沥青,减少自由沥青。减少自由沥青。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料 碱性岩石对沥青吸附性强酸性岩石碱性岩石对沥青吸附性强酸性岩石 沥青与矿料相互作用不仅与沥青的化学性质有沥青与矿料相互作用不仅与沥青的化学性质有关,而且与矿粉的性质有关。在不同性质矿粉表面形关,而且与矿粉的性质有关。在不同性质
25、矿粉表面形成不同组成结构和厚度的吸附溶化膜,在成不同组成结构和厚度的吸附溶化膜,在石灰石粉石灰石粉表表面形成较为发育的吸附溶化膜;而在面形成较为发育的吸附溶化膜;而在石英石粉石英石粉表面则表面则形成发育较差的吸附溶化膜。所以在沥青混合料中,形成发育较差的吸附溶化膜。所以在沥青混合料中,当采用石灰石矿粉时,矿粉之间更有可能通过结构沥当采用石灰石矿粉时,矿粉之间更有可能通过结构沥青来联结,因而具有较高的粘聚力。青来联结,因而具有较高的粘聚力。2011年年11月月衢州学院建工学院衢州学院建工学院第九章第九章 热拌沥青混合料热拌沥青混合料3)3)沥青与矿料的用量及比例。(沥青用量)沥青与矿料的用量及比
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