普通建筑材料_09沥青混合料

第九章基本要求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(1/2hour)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BackBack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)MineralBituminousBituminousmixtureBack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BituminousMixtureCoalbituminousmixturePetroleumbituminousmixtureBituminous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BituminousMixtureHot-mixedandcool-spreadHot-mixedandhot-spreadConstructionTemperatureCool-mixedandcool-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BituminousMixtureMaximumParticleDiameterCoarsegradeDmax=37.5,31.5mmSpecialcoarsegradeDmax=53mmMediumgradeDmax=26.5,19mmFinegradeDmax=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BituminousMixtureDiscontinuousContinuousMineralGradation按矿料级配分为：连续式和间断式沥青混合料的分类BituminousMixtureAdmixturematerialcompactnessortheresidualporosityafterpressureDensegradation(p＜10%)Halfopen-gradation(p＞10%)Open-gradationp＞15%DensitytypeⅠ3%~6%DensitytypeⅡ4%~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φ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CoarsedispersionsystemFinedispersionsystemMicrodispersionsystemBituminousmixtureBituminousmortarAdhesivecementHighconsistentbitumenBreezeFineaggregateCoarseaggregate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aVV中、Φ小连续型密级配骨架空隙型bC小、VV大、Φ中连续型开级配密实骨架型cC大、VV小、Φ大间断型密级配注：VV－试件空隙率Φ－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DestructionDistortionDestructionNormalandhighertemperatureLowtemperatureInsufficientcohesionInsufficientshearresistanceInsufficienttensilestrengthCoulombTheory方法:三轴剪切试验tgCτ—抗剪强度C—粘聚力σ—剪切法向压应力φ—内摩擦角结论：沥青混合料抗剪强度τ取决于粘聚力C和内摩擦阻角φ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τ↑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(10um)(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φ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)(%)Cφ)(qf)(qfC图9.2.3沥青用量q-C及q-φ关系图矿料化学性质的影响矿料矿料化学性质不同碱性SiO2＜52%中性SiO2=52%-65%酸性SiO2＞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205818938.01石英石质117691722.08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φ均小间断级配粘聚力C及内摩阻角φ均大粒径:粒径D↑→内摩阻角φ↑粒形及粗糙度:近似正方形且粗糙有棱角→C及φ大→τ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φ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：①重复荷载→疲劳开裂②低温脆化→变形能力↓→开裂③低温收缩④①+②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：①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。②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-130AH-110AH-90AH-70AH-50针入度(25℃,100g,5s)/0.1mm120-140100-12080-10060-8040-60延度(15℃,5cm/min)/cm10010010010080软化点(环球法)℃40-5041-5142-5244-5445-55闪点(COC)/℃230薄膜烘箱加热试验163℃,5h质量损失%≯1.31.21.00.80.6针入度比%≮4548505558延度25℃/cm≮7575755040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-200AH-180AH-140AH-100甲AH-60甲针入度(25℃,100g,5s)/0.1mm201-3001610-200121-16091-12051-80延度(15℃,5cm/min)/cm-1001009070软化点(环球法)℃30-4535-4538-4842-5245-55闪点(COC)/℃180200230230230蒸发质量损失%≯1蒸发后针入度比%≮5060606570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9.4.４)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＜1.00Back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）450050006000流值f（1/100cm）20~40空隙率Vv（%）