普通建筑材料之沥青混合料概述.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,书山有路勤为径，学海无涯苦作舟,书到用时方恨少，事非经过不知难,12 十一月 2026,普通建筑材料之沥青混合料概述,基本要求,9.1,概述,9.2,沥青混合料的组成结构及强度理论,9.3,沥青混合料的技术性质,9.4,沥青混合料的组成材料,9.5,沥青混合料的技术标准,9.6,沥青混合料的配合比设计,目 录,基 本 要 求,课时,:,讲课,4,试验,1(1/2 hour),主要内容,沥青混合料的概念、分类及应用。热拌热铺沥青混合料的组成结构及强度理论，组成材料，技术性质及标准，配合比设计。,重点：,热拌热铺沥青混合料的强度影响因素，技术性质,Back,9.1,概 述,什么是,“,沥青混凝土,”,沥青混合料定义,沥青混合料的分类,沥青混合料的特点,Back,Back,什么是“沥青混凝土”,沥青混凝土,填料,矿质集料,沥青混合料,压实,摊铺,沥青混合料由矿质混合料和沥青胶组成的混合体系。,矿料,(,矿质集料,矿质混合料,)+,沥青,沥青混合料,摊铺，压实,沥青混凝土,(AC),或 沥青碎石,(AM),Mineral,Bituminous,Bituminous mixture,Back,沥青混合料的定义,经人工合理选择级配组成的矿料与适量沥青结合料，经拌合组成的优质路面材料。,沥青混合料示意图,Bituminous Mixture,Coal bituminous,mixture,Petroleum bituminous,mixture,Bituminous,按照沥青种类分为：,石油沥青混合料和煤沥青混合料,沥青混合料的分类,Bituminous Mixture,Hot-mixed and cool-spread,Hot-mixed and hot-spread,Construction,Temperature,Cool-mixed and cool-spread,沥青混合料的分类,Fig.9.1.1,铺设现场施工,按施工温度分为热拌热铺、热拌冷铺和冷拌冷铺,Bituminous Mixture,Maximum Particle,Diameter,Coarse grade,D,max,=37.5,31.5mm,Special coarse grade,D,max,=53mm,Medium grade,D,max,=26.5,19mm,Fine grade,D,max,=16,13.2,4.75mm,图,9.1.2,颗粒筛,按最大粒径分为：特粗式，粗粒式，中粒式和 细粒式,沥青混合料的分类,Bituminous Mixture,Discontinuous,Continuous,Mineral Gradation,按矿料级配分为：连续式和间断式,沥青混合料的分类,Bituminous Mixture,Admixture,material,compactness,or the,residual,porosity,after,pressure,Dense gradation,(p10%),Half open-gradation,(p10%),Open-gradation,p15%,Density type,3%6%,Density type,4%10%,按混合料密实度或压实后剩余孔隙率,p,分为三类：密级配，半开级配和开级配,Back,沥青混合料的分类,沥青混合料的特点,粘-弹-塑性好，力学性质优良，有高温稳定性和低温柔性。,安全性好,施工方便,经济耐久,可再生利用,热拌热铺沥青混合料,它是沥青混合料中使用最广泛、最典型的材料,工程应用广泛,我们将详细地学习这种沥青混合料的内容,Back,组成结构,强度理论,影响,和,C,的因素,Back,第九章,9.2,沥青混合料的组成结构及强度理论,理论,表面理论,：,(传统理论,),组成结构,粗、细骨料及填料,密实级配的矿质骨架,较稀沥青分布其间,沥青混合料,特点,:,高稠度沥青,/,沥青用量大,/,间断级配,胶浆理论：(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,Coarse dispersion,system,Fine dispersion,system,Micro dispersion,system,Bituminous,mixture,Bituminous,mortar,Adhesive,cement,High consistent,bitumen,Breeze,Fine aggregate,Coarse aggregate,沥青混合料的类型,图,9.2.1,沥青混合料的类型,a-,密实悬浮结构,b-,骨架孔隙结构,c-,密实骨架结构,类型和沥青混合料的特点如下图,9.2.1,和表,9.2.1,所示。,表,9.2.1,沥青混合料的类型和特点,类型,示意图,特点,混合料,名称,密实悬浮型,a,V,V,中、,小,连续型密级配,骨架空隙型,b,C,小、,V,V,大、,中,连续型开级配,密实骨架型,c,C,大、,V,V,小、,大,间断型密级配,注：,V,V,试件空隙率,内摩阻角,C-,粘聚力,Back,沥青混合料在路面结构中有二种破坏性式：,1.,库仑理论：在常温或较高温度下，粘结力不足引起变形，抗剪强度不足引起的破坏。,2.,在低温下，抗拉强度不足导致破坏。,强度理论,Destruction,Distortion,Destruction,Normal and higher,temperature,Low,temperature,Insufficient,cohesion,Insufficient,shear resistance,Insufficient,tensile strength,Coulomb,Theory,方法,:,三轴剪切试验,抗剪强度,C,粘聚力,剪切法向压应力,内摩擦角,结论：,沥青混合料抗剪强度,取决于粘聚力,C,和内摩擦阻角,强度理论,Back,沥青性质对粘结力的影响：,沥青粘结性,（粘度,）,粘聚力,C,抗,剪强度,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,靠近界面处粘度,扩散溶剂化膜(10,um),(,图,9.2.2),膜内结构沥青：粘度高,C,大,膜外自由沥青：粘度小,C,小,影响,和,C,的因素,图,9.2.2,沥青和矿粉相互作用的结构示意图,矿料比面及沥青用量的影响,矿料比面（单位质量矿料的表面积）影响,:,沥青用量一定，矿料比面,结构沥青多,C,沥青用量的影响：,当沥青和矿料一定时，沥青用量（,q）=,沥青/矿料（质量比）,沥青用量(,q)(%),C,图,9.2.3,沥青用量,q-C,及,q-,关系图,矿料化学性质的影响,矿料,矿料化学性质不同,碱 性,SiO,2,52%,中 性,SiO,2,=52%-65%,酸 性,SiO,2,65%,矿料的化学性质变化，对沥青混合料的性质起重要的作用,(,表,9.2.2),矿质混合料名称,干燥抗压强度,(KN),浸水后抗压强度,（,KN）,浸水后强度降低,（%）,石灰石质,2058,1893,8.01,石英石质,1176,917,22.08,表,9.2.2,矿料化学性质的影响,原因分析：,碱性石料与沥青酸酐产生化学吸附形成的吸附溶剂化膜发育完善,C,大混合料强度高；酸性石料与沥青形成的吸附溶剂化膜发育不完善,C,小混合料强度低。,矿料级配、粒径、表面性形状特征的影响,级配：,连续级配 粘聚力,C,及内摩阻角,均小,间断级配 粘聚力,C,及内摩阻角,均大,粒径,:,粒径,D,内摩阻角,粒形及粗糙度,:,近似正方形且粗糙有棱角,C,及,大,大,结论,:,应选用粗大、均匀、粗糙集料,其他：,温度,C,、,变形速率,C,对,影响小,高温稳定性,低温抗裂性,耐久性,抗滑性,施工和易性,第 九 章,Back,9.3,沥青混合料的技术性质,定义：,沥青混合料在高温条件下，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、波浪等现象的性质。,影响因素,：,沥青粘度、沥青与石料相互作用特征、矿料性质。,高 温 稳 定 性,试验,方法,轮辙试验,三轴试验法,维姆稳定度法,马歇尔试验,低 温 抗 裂 性,定义,：,温度较低时沥青混合料抵抗收缩变形，不产生开裂的性质。,沥青路面裂纹原因：,重复荷载 疲劳开裂,低温脆化 变形能力开裂,低温收缩,+,影响因素：,沥青质量及用量，矿料级配等,试验,：,纯拉试验,:,测圆柱形试件的应力、应变、抗拉强度和极限变形,求出劲度模量及温度收缩系数,估计沥青混合料的断裂温度,低 温 抗 裂 性,Back,耐 久 性,定 义,:,沥青混合料抵抗长时间的大气因素的反复作用和行车荷载作用的能力。,影响因素,:,沥青的化学性质,矿料成分,沥青混合料的组成结构,沥青用量,例如：,沥青用量少0.5%,Vv,混合料的寿命降低一年。,耐 久 性,改善耐久性的措施,:,采用坚固矿料,提高混合料的密实度,选用细粒密级配沥青混合料,增加沥青用量等,试验,：,加速老化试验,、,马歇尔试验,指标：,耐久性可由下列指标来评价：,孔隙率,饱和度（沥青填隙率）,残留稳定度,抗滑性,影响因素：,矿料表面结构、级配、混合料组成及沥青用量。,改善措施,：,选用耐磨石料，对磨耗率及冲击值有一定要求。,注意，硬质石料往往属于酸性石料，需加抗剥离剂。,控制沥青用量：沥青用量,q,表面平滑 抗滑性,Back,施 工 和 易 性,沥青混合料的施工和易性取决于,:,矿料级配：适当级配不易产生离析现象,沥青粘度及用量,气温及施工条件,Back,道路石油沥青,矿质材料,第 九 章,Back,9.4,沥青混合料的组成材料,道路石油沥青,重交通道路石油沥青,中、轻交通道路石油沥青,沥青材料-道路石油沥青,分 类,等级：,AH-50、AH-70、AH-90、AH-110、AH-130,(,表,9.4.1),应用,:,高速公路、一级公路路面、机场道面及重要的城市道路路面,沥青材料-道路石油沥青,重交通道路石油沥青,表,9.4.1,重交通道路石油沥青技术标准,试验项目,AH-130,AH-110,AH-90,AH-70,AH-50,针入度(25,100,g,5s)/0.1mm,120-140,100-120,80-100,60-80,40-60,延度(15,5,cm/min)/cm,100,100,100,100,80,软化点(环球法),40-50,41-51,42-52,44-54,45-55,闪点(,COC)/,230,薄膜烘箱加热试验163,5,h,质量损失%,1.3,1.2,1.0,0.8,0.6,针入度比%,45,48,50,55,58,延度25/,cm,75,75,75,50,40,中、轻交通道路石油沥青,等级：,A-60(,甲 乙)、,A-100(,甲 乙)、,A-140、AH-180、AH-200(,表,9.4.1),应用,:,一般道路路面、车间地面等,沥青材料-道路石油沥青,表,9.4.2,中、轻交通道路石油沥青技术标准,试验项目,AH-200,AH-180,AH-140,AH-100,甲,AH-60,甲,针入度(25,100,g,5s)/0.1mm,201-300,1610-200,121-160,91-120,51-80,延度(15,5,cm/min)/cm,-,100,100,90,70,软化点(环球法),30-45,35-45,38-48,42-52,45-55,闪点(,COC)/,180,200,230,230,230,蒸发质量损失%,1,蒸发后针入度比%,50,60,60,65,70,溶解度，%,99,根据交通性质、气候条件、路面结构、混合料类型及施工条件等因素确定。,(,表,9.4.3),气候分区,沥青标号,寒冷的地区,A,140、A,100、AH130、AH110、AH90,温和地区,A,60、A,100、AH90、AH70,较热地区,A,60、AH50、AH70,表,9.4.3,不同气候沥青砼标号的选用表,选 用,Back,矿 质 材 料,矿 粉,细骨料,粗骨料,矿质材料,分 类,矿质材料应保证沥青混合料有足够的密实度和较高的内摩阻角,碎石,强度：按饱水抗压强度和磨耗度划分为四个等级,(,表,9.4.,),形状：,近似立方体、表面粗糙、针片状15%、含水量3%、含泥量1%,与沥青粘结力：,与沥青粘结力（水煮法）3级，否则掺抗剥离剂,粗骨料,矿 质 材 料,等级,特点,在沥青砼（碎石）中应用,1级,最坚强的岩石,原有沥青路面防滑面层,2级,坚强的岩石,面层,3级,中等强度岩石,面层、下层或联结层,4级,较软的岩石,表,9.4.4,粗骨料的强度等级,粗 骨 料,细骨料,:,天然砂、石屑,技术要求：坚硬、清洁、干燥、无风化、无杂质,矿粉,:,碱性岩石（石灰石、白云石、大理石等）磨细制成的石粉、碱性矿渣、水泥、粉煤灰等,技术要求：干燥、清洁、疏松、细、与沥青的粘结力好，亲水系数1.00,Back,矿 质 材 料,技术要求,技术指标,第 九 章,Back,9.5,沥青混合料的技术标准,沥青砼技术标准,:,GB50092-96,和,GBJ94-86,要求采用马歇尔稳定度试验测试技术性能，并满足,表,9.5.1,表,9.5.3,的要求,图,9.5.1,马歇尔试验仪,技 术 要 求,表,9.5.1,沥青砼混合料技术指标,交通性质,大于5000辆/日,沥青砼类型,粗粒式,中粒式,细或砂砾式,技术性质,稳定度,Sm（N）,4500,5000,6000,流值,f（1/100cm）,20 40,空隙率,Vv（%）,型,36,型,610,残留稳定度,Sm（O），,（%）,型,75,型,70,表,9.5.2,沥青砼混合料技术指标,交通性质,5000辆/日以下,沥青砼类型,粗粒式,中粒式,细或砂砾式,技术性质,稳定度,Sm（N）,4000,4500,5000,流值,f（1/100cm）,20 45,空隙率,Vv（%）,型,36,型,610,残留稳定度,Sm（O），,（%）,型,75,型,70,Tab.9.5.3,沥青砼混合料技术指标,交通性质,人行道、自行车道或人行广场,沥青砼类型,技术性质,稳定度,Sm（N）,3000,流值,f（1/100cm）,20 50,空隙率,Vv（%）,型,25,型,残留稳定度,Sm（O），,（%）,型,75,型,马歇尔稳定度试验,设备：,马歇尔试验机,方法：,称取一定的矿料和沥青，按规定条件加热拌合，夯实成型，制成,D=101.6mm，h=63.5mm,的圆柱体，在马歇尔试验机上进行测试稳定度及流值,Back,稳定度,(,S,m,)：,评价高温稳定性的指标。,定义：,60,保温30,min,以上，以505,mm/min,的速度加荷，试件破坏时的最大荷载（,N）,即为稳定度。,流值,(,fm,),：表示抵抗塑性变形的能力。,测试,S,m,的同时测定试件流动变形，达到最大荷载瞬间的压缩变形值（1/100,cm）。,空隙率,(Vv)：,表示沥青混合料密实度的指标,Vv,热稳定性及抗滑性,耐久性,技术指标,沥青混合料试件的实测密度：,采用静水天平测量并由下式计算,空隙小的试件,空隙大的试件,沥青混合料试件的实测密度,空隙率,Vv,的计算,0,、,w,-,试件实测密度及常温水的密度,(g,/cm,3,),m,0,-,试件在空气中重,(g),m,1,-,试件在水中重,(g),m,2,-,封蜡后的试件在空气中的质量,(g),m,3,-,封蜡后的试件在水中的质量,(g),p,-,蜡的相对密度；,w,-常温水的密度,(g/cm3),假定沥青混合料压至绝对密实，不考虑内部的空隙，试件的理论密度为：,试件的理论密度,空隙率,Vv,的计算,q,1,q,2,q,n,各种组成矿料的用量（%）；,1,2,n,各种组成矿料的相对密度；,q,a,沥青用量（%）,;,a,沥青的相对密度；,w,常温水的密度（,g,/cm,3,）,0,-,试件实测密度,(g,/cm,3,),t,-,试件理论密度,(g,/cm,3,),试件空隙率,图,9.5.1,沥青混合料结构组成示意图,空隙率,Vv,的计算,技术指标,定义：,沥青体积占矿料空隙体积的百分率,公式：,意义,:,VFA,过小 沥青难以包裹矿料 耐久性,VFA,过高 空隙小 高温稳定性差,试件的沥青饱和度（沥青填隙率,VFA）,定义：,浸水48,h,和按常规处理的两种试件的马歇尔稳定度的比值。,公式：,S,m(0),-残留稳定度；,S,m(w),，,S,m,-浸水48,h,和不浸水的稳定度。,意义：,评价耐水性，在一定程度上反映耐久性。,残留稳定度,S,m(0),Back,技术指标,任务和内容,组成设计,沥青最佳用量的确定,第 九 章,Back,9.6,沥青混合料的配合比设计,任务：,正确决定组成混合料各种骨料的合理比例，使混合料完全达到规范要求的技术指标。,内容：,矿料组成设计；沥青最佳用量的确定,任务和内容,Back,有两种方法进行组成设计：,试算法和图解法,试算法的基本原理,首先假设混合料中某种粒径的颗粒，是由对这一粒径占优势的一种集料组成，其他集料不含这一粒径。据此分别试探各种级料的大致比例，不合适再进行调整，逐步接近，最终达到符合要求的集料的配合比。,矿质混合料组成设计,集料,A,B,C,比例（%）,X,Y,Z,X+Y+Z=100,粒径量,m,ai,m,bi,m,ci,m,ai,+m,bi,+m,ci,=M,i,m,ai,X+m,bi,Y+m,ci,Z=M,i,试算法：,步骤及方法,将,A、B、C,三种集料配成,M,级配的矿料：,(,表,9.6.1),Mi,混合料,M,在,I,粒级上的含量,m,ai,，,m,bi,，,m,ci,A、B、C,在粒级上的含量,矿质混合料组成设计,表,9.6.1,试算法的方法步骤,求,X：,选取,A,料占优势的粒径,(mm)，,令,m,bi,=,m,ci,=0则,X=M,i,/m,ai,求,Z:,选取,C,料占优势的粒径,j(mm)，,令,m,ai,=,m,bi,=0则,X=M,i,/m,ci,求,Y:Y=100-X-Z,核对：按,m,ai,X+m,bi,Y+m,ci,Z=M,i,，,逐级核对。不符合要求，应对,X、Y、Z,比例进行适当的调整，直到组成的集料满足混合矿料的级配要求。,试算法步骤及方法,图解法,适用于多种集料组成的矿料配合比设计。,基本原理,:,把设计要求矿料的集配，按所采用各种集料的粒径范围分成几个区段，然后令各种集料的含量（%）等于设计要求的集配中各相应区段的颗粒,含量,(%),。,已知条件,各种集料筛分析结果,各级料的通过百分率,级配曲线；,按技术规范要求的合成级配范围,合成级配的通过百分率中值。,矿质混合料组成设计,设计步骤,绘制坐标图：,绘制长方形图框，坐标纵坐标为通过百分率。对角线作为合成级配中值,。,横坐标为筛孔尺寸，横坐标确定方法：,据合成级配中值要求的各筛孔通过百分率,，,从纵坐标引平行线，与对角线交点处引垂线，与横坐标交点，为相应筛孔的孔径位置。,绘制级配曲线：,将各集料的级配曲线绘制在上述坐标图上。,确定各相邻级配曲线的关系：,相邻级配曲线,重叠,（,A,与,B）、,相邻级配曲线,相接,（,B,与,C）、,相邻级配曲线,相离,（,C,与,D）。,确定各集料的用量。,(,如,flash,中所示,),Back,沥青最佳用量的确定,沥青最佳用量一般通过马歇尔试验确定，具体作法：,根据规范推荐的沥青的用量范围，每隔0.5%为一组，选用5个以上的沥青用量，各制备马歇尔试件一组；,测试各组试件的技术指标（,S,m(0),、,f、,V,v,、,S,m,）。,建立沥青用量-技术指标关系曲线。,根据,标准要求，在各关系曲线上确定性能合格的沥青用量范围，取其中值为沥青最佳用量。,繁重交通中粒式沥青砼技术指标及试验结果如下表,9.6.2,所示。,Tab.9.6.2,繁重交通中粒式沥青砼技术指标及试验结果,技术指标,技术标准,符合标准的沥青量,最佳沥青用量,稳定度,(N),5000,4.56.7,5.35.8,Preferably 5.5,流值,（1/100cm）,3040,5.36.3,空隙率（%）,36,4.65.8,残留稳定度,S,m(0),（%）,75,5.37.0,4.5,5.0,7.0,6.5,6.0,5.5,5.0,4.0,8.0,7.0,6.0,(,kN),4.5,5.0,5.5,6.0,6.5,7.0,40,30,20,10,50,f,4.5,5.0,5.5,6.0,6.5,7.0,6,5,4,3,2,(%),4.5,5.0,5.5,6.0,6.5,7.0,80,70,60,50,40,(%),4.5,5.0,7.0,6.5,6.0,5.5,5.0,4.0,8.0,7.0,6.0,(,kN),4.5,5.0,5.5,6.0,6.5,7.0,40,30,20,10,50,f,4.5,5.0,5.5,6.0,6.5,7.0,6,5,4,3,2,(%),4.5,5.0,5.5,6.0,6.5,7.0,80,70,60,50,40,(%),