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沥青混凝土面层原材料技术要求与质量控制武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室张登峰2010年5月个人介绍张登峰:工程师武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室、武汉理工大学交通工程研究所；主要从事沥青路面材料组成设计与现场施工质量控制研究电话(传真)：027-8716259513971044860武汉、15147946602内蒙E-mail:zhangdf0202@126.com主要内容一、原材料的优选与技术要求二、材料的质量管理措施1.1沥青混合料的材料组成：一般由集料、填料、胶结料三大部分组成！一、原材料的优选与技术要求有特殊要求的沥青混合料还包括：外掺剂——消石灰、纤维、沥青抗剥离剂等材料。645642酸性中性基性超基性SiO2含量与岩石酸碱性关系0100一、原材料的优选与技术要求1.2工程上几种用作沥青混合料用集料的岩石石灰岩、玄武岩（辉绿岩）、安山岩、花岗岩（砂岩）1.2.1石灰岩俗称灰石或青石。主要成分为CaCO3。主要矿物成分是方解石。常含有白云石、菱镁硬矿、石英、蛋白石、含水量铁矿物及粘土等。石灰岩通常为青灰色、灰白色和浅白色。石灰岩主要化学成分（%）岩石种类SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO烧失量石灰岩≤15少量少量＞40少量＞301.2.1石灰岩沥青混合料的铺筑效果路面早期水损害——唧浆，并不是用了石灰岩泛白！！1.2.2玄武岩玄武岩主要化学成分（%）岩石种类SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO烧失量石灰岩45~52＜15＜15＜5＜10＜5玄武岩是一种地下岩浆从火山中喷出或从地表裂隙中溢出凝结形成的火成岩。主要成分是硅铝酸钠或硅铝酸钙，还含有较高的氧化铁和氧化镁。阿古拉山柱状橄榄玄武岩1.2.2玄武岩沥青混合料的铺筑效果1.2.3辉绿岩辉绿岩主要化学成分（%）岩石种类SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO烧失量石灰岩45~525~205~20＜55~10＜5主要由铁、铝硅酸盐组成，具有较高的耐酸性。常用作高强混凝土的骨料、耐酸混凝土骨料、道路路面的抗滑表层等。1.2.3辉绿岩沥青混合料的铺筑效果辉绿岩在南方各省的高速公路表面层中的用量非常大，占40%以上1.2.4花岗岩花岗岩主要化学成分（%）岩石种类SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO石灰岩64~68＜10＜10＜3＜10主要由长石、石英和云母组成，具致密的结晶结构和块状构造。颜色一般为灰白、微黄、淡红等；孔隙率和吸水率小，抗压强度120-250Mpa；抗冻性达100-200次冻融循环；耐风化，使用期约为75-200年；对硫酸和硝酸的腐蚀具有较强的抵抗性。工程中常用于基础、闸坝、桥墩、台阶、墙石和勒脚及纪念性土建结构物。在高温下，花岗岩内的石英膨胀引起石材破坏，耐火性不好。1.2.4花岗岩在公路表面层中的应用效果虽然表面油膜已经被磨掉，但是表面层的构造深度依然明显，说明花岗岩的耐磨性是经得起考验的！但是花岗岩的抗剥离措施仍然需要进一步研究！某高速公路使用8年以后的效果1.2.5砂岩砂岩主要化学成分（%）岩石种类SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO石灰岩≥68＜10＜10＜3＜10主要由石英砂或石灰岩等细小碎屑经沉积并重新胶结而成。主要矿物为石英，次要矿物有长石、云母及粘土等，它的性质决定于胶结物的种类及胶结的致密程度。以氧化硅胶结而成为硅质砂岩；以碳酸钙胶结而成为石灰质砂岩；还有铁质砂岩和粘土质砂岩。硅质砂岩性能接近花岗岩，密度大、强度高、硬度大、加工较困难，可用于纪念性工程及耐酸工程；钙质砂岩类似于石灰岩，抗压强度为60-80Mpa，加工较易，可作基础、踏步、人行道等，但不耐酸的侵蚀；铁质砂岩的性能比钙质砂岩差，粘土质砂岩浸水易软化，工程中一般不用。1.2.5砂岩在公路表面层中的应用效果石英岩：是由硅质砂岩变质而成，晶体结构。岩体均匀致密，抗压强度大（100～200Mpa），耐久性。但硬度大、加工困难。常用作耐磨耐酸的装饰材料。某一级路新铺路面一、原材料的优选与技术要求1.3集料的生产控制技术1.料场的选择材质、人员素质、管理水平2.设备的型号反击破、颚破、振动筛3.细部控制料场规划、杂质清理4.材料分级设计文件需要宕口的选择：（1）覆盖层薄（2）开采容易（3）选择向阳面1.3集料的生产控制技术1.3.1料源控制-宕口、材质源石的处理：（1）分区堆放（2）除杂处理（3）安全用于道路沥青面层的碎石集料应具有良好的颗粒形状，常采用反击式破碎机破碎，有立轴破碎和卧轴破碎两种放式，南方以卧轴破碎更为常见；北方以立轴破碎比较多。1.3集料的生产控制技术1.3.2集料的生产-碎石设备二级颚破内部结构（立轴式）振动筛分料筛分示意图1.3.3料场规划--碎石场全景图在一级颚破下方设置除尘筛一级颚破下方设置过土筛设置过土筛的效果1.3.3料场生产过程的细部控制--11.3.3料场生产过程的细部控制--2在颚破下方设置过土筛以后在反击破处设置二次除尘------需要否？？？优点：保证了细集料的砂当量缺点：细集料断档1.3.3料场生产过程的细部控制--3分级原则：1.设计文件规定的沥青混合料级配类型2.施工方的沥青拌和楼实际情况综合确定材料的分级方法1.3.4集料分级(1/5)合理的分级是优化材料组成设计的前提，也是减小施工过程中级配变异性的重要因素AC-25AC-20AC-1613.2-31.5mm13.2-26.5mm9.5-19mm4.75-13.2mm4.75-13.2mm4.75-9.5mm2.36-4.75mm2.36-4.75mm2.36-4.75mm0-2.36mm0-2.36mm0-2.36mm按沥青路面设计规范要求，0-2.36mm和2.36-4.75mm是必需的每档集料所包括的关键筛孔不宜多于两个！！工程上比较常用的几种级配的实验室分级(分四级)1.3.4集料分级(2/5)AC-25AC-20AC-1631×31mm23×23mm19×19mm16×16mm16×16mm11×11mm6×6mm6×6mm6×6mm3×3mm3×3mm3×3mm碎石场振动筛与拌和楼振动筛的筛网布置（分四档）1.3.4集料分级(3/5)AC-25AC-20AC-1632×32mm25×25mm19×19mm16×16mm16×16mm11×11mm6×6mm6×6mm6×6mm3×4mm3×4mm3×4mm碎石场布筛拌和楼布筛根据工程实体需要安排筛网规格，以上布筛规格仅供参考！！AC-25AC-20AC-1619~31.5mm19~26.5mm9.5-19mm9.5-19mm9.5-19mm4.75-9.5mm4.75-9.5mm4.75-9.5mm2.36-4.75mm2.36-4.75mm2.36-4.75mm0-2.36mm0-2.36mm0-2.36mm工程上比较常用的几种级配的实验室分级(分五级)1.3.4集料分级(4/5)AC-25AC-20AC-1631×31mm23×23mm19×19mm19×19mm19×19mm11×11mm11×11mm11×11mm6×6mm6×6mm6×6mm3×3mm3×3mm3×3mm碎石场振动筛与拌和楼振动筛的筛网布置（分四档）1.3.4集料分级(5/5)AC-25AC-20AC-1632×32mm25×25mm19×19mm19×19mm19×19mm11×11mm11×11mm11×11mm6×6mm6×6mm6×6mm3×4mm3×4mm3×4mm碎石场布筛拌和楼布筛根据工程实体需要安排筛网规格，以上布筛规格仅供参考！！1.3.5集料质量技术要求（1/2）试验项目技术指标试验规程中、下面层上面层表观相对密度(g/cm3)≥2.6≥2.6T0304-2005压碎值％≤25≤22T0316-2005洛杉矶磨耗值％≤26≤26T0317-2005粘附性≥4≥5T0616-1993吸水率％＜3.0＜2.0T0304-2005软弱颗粒含量％≤5≤3T0320-2000坚固性％≤12≤12T0314-2000针片状%＞9.5mm≤15≤12T0312-20054.75mm~9.5mm≤20≤18磨光值（PSV）--≥42T0321-2005＜0.075mm颗粒含量≤1≤1T0310-2005粗集料技术要求1.3.5集料质量技术要求（2/2）细集料技术要求试验项目技术指标试验规程表观相对密度(g/cm3)＞2.5T0328-2005坚固性（＞0.3mm）＜12T0340-2005砂当量%≥60T0334-2005棱角性（流动时间法）S≥30T0345-20051.4填料（1/3）填料：在沥青混合料中，沥青和填料以及集料中0.15mm以下颗粒共同形成沥青胶浆裹覆在集料表面，起着粘附粗、细集料颗粒，使沥青混合料凝聚在一起的作用。沥青只有吸附在矿粉表面形成胶浆才能与其他粗、细集料产生吸附和粘结作用，形成具有一定强度和变形能力的沥青混合料。因此,虽然矿粉的用量在沥青混合料中所占的比重并不大，但其与沥青形成的沥青胶浆却是影响混合料性能的关键因素。沥青胶浆中沥青与矿粉的相对比例影响着沥青胶浆的性质，进而影响着沥青混合料的高温、低温等路用性能。填料质量的优劣直接影响路面的使用寿命！！！1.4填料（2/3）研究表明：矿粉的粒度范围、密度、矿物组成和比表面积几项指标中，对胶浆高温性能影响程度的由大到小排列顺序：粒度范围、矿物组成、密度和比表面积。粒度范围对它组成胶浆的路用性能影响最大，矿物组成其次，随后是密度。项目\指标技术要求视密度（g/cm3）≥2.5含水量（％）≤1.0粒度范围＜0.6mm，％100＜0.15mm，％90～100＜0.075mm，％75～100亲水系数＜1.0材质石灰岩矿粉技术要求-规范要求1.4几种其他种类的改性填料介绍（3/3）消石灰填料：用2％以内的消石灰作为填料替代部分矿粉，减少(酸性)集料表面负电荷，减小集料亲水性。增强沥青与填料的亲和力，提高沥青混合料的粘聚性。水泥填料：使用方法与消石灰的基本相同，用水泥部分替代矿粉，增加填料的碱性，提高沥青混合料的粘聚性与高温稳定性。注意：水泥掺量应控制在矿料总量的2％以内。当掺量超过3%后，很大程度上改变了沥青混凝土的回弹模量、泊松比，路面的受力模式可能会变化。1.5沥青材料1.普通道路石油沥青2.改性沥青3.乳化沥青透层用；粘层用沥青材料简介1沥青是石油工业副产品，由天然或各种有机物经加工后得到的产品，由复杂的碳氢化合物和非金属取代碳氢化合物中的H生成新的化合物的衍生物所组成。主要由烷烃、环烷烃、缩合的芳香烃组成。石油沥青基属分类石蜡基沥青中间基沥青环烷基沥青沥青的分类天然沥青Naturalasphalt石油沥青petroleumasphalt焦油Tar沥青材料简介2石油沥青分类1.湖沥青--湖沥青(Lakeasphalt)是使用最广泛且最为人熟知的一种‘‘天然’’沥青。可以在以知的地面蕴藏处取得，最著名的是位于特立尼达。2.岩沥青--岩沥青(rockasphalt)是由石灰岩或砂岩等石灰质岩石被渗流的天然沥青浸透后形成的。3.焦油--焦油(tar)又称煤焦油沥青或煤沥青，它是在生产煤或无烟固体燃料中提炼出来的，两者经常被混同。4.石油沥青--石油沥青(bitumen)是从原油制造的。沥青材料简介3沥青化学结构的主要术语1.饱和分(开链化合物的一种)：碳原子相互结合成一条或长或短张开的链子。2.碳环化合物：含有完全由碳原子组成的环分。包括脂环烃和芳香烃。3.烷烃：碳原子以单链相连(CnH2n+2)。十七个碳原子以上是固体，易氧化反应。4.脂环烃：饱和的称环烷烃，不饱和则称环烯烃或环炔烃。环烷烃(CnH2n)高温下易氧化。5.芳香烃：分子中具有苯环结构的苯系芳烃。苯环不易被氧化。沥青材料简介4沥青的元素组成碳82~88%；氢8~11%；硫0~6%；氧0~1.5%；氮0~l%。优质石油沥青的要求优质路用沥青应该是化学组分比例适当，蜡含量少，化学结构环数多，特别是芳环多，烷侧链少，胶体结构是溶凝胶结构1.5.1沥青材料的选择沥青的选择主要