第五讲沥青混合料性能及配合比设计

沥青混合料性能及配合比设计长安大学彭波前言施工温度：冷拌（乳化沥青，液体沥青或其它产品）1．沥青混合料：沥青集料、矿粉组成适用：低等级或高等级公路维修国外：UPM公司——冷补热拌：（普通、改性）拌合方式：厂拌热沥青（价高）间竭公式，连续式搅拌设备路拌冷沥青2．沥青混凝土级配严格必须掺加矿粉SMAOGFC（大空隙）悬浮密实Superpare：控制点、禁区（限制砂含量）法（美、目地是替代Superpare）3．沥青碎石：AM矿粉很少级配不严格硬化效应施工合易性沥青稳定碎石；ATB（柔性基层）高等级路面——沥青碎石作面层结构层优点：价格低：矿粉少——沥青少控制反射裂缝AC+RCC（碾压混凝土）AC+CC橡胶化水泥砼032-94沥青混凝土AC—16（公称最大粒径）：（AK-16AAK-16B）I：V-3-6%，II：V-4-10%。现场孔乳率不能大于8%，否则水损坏但I型→Rut，4．密级配ACATB间断级配SMA开级配OGFC—VV大于18%ATPB-B排水式沥青稳定沥青半开级配AM-206-12%注：VFA（饱和度）旧规范75-85%——泛油新规范65-75%抗滑层(AK)（新规范已取消）正反50次5.沥青混合料种类汇总沥青混合料种类表1混合料类型密级配开级配半开级配公称最大粒径（mm）最大粒径（mm）连续级配间断级配间断级配沥青碎石沥青混凝土沥青稳定碎石沥青玛蹄脂碎石排水式沥青磨耗层排水式沥青碎石基层特粗式-ATB-40--ATPB-40-37.553.0粗粒式-ATB-30--ATPB-30-31.537.5AC-25ATB-25--ATPB-25-26.531.5中粒式AC-20-SMA-20--AM-2019.026.5AC-16-SMA-16OGFC-16-AM-1616.019.0细粒式AC-13-SMA-13OGFC-13-AM-1313.216.0AC-10-SMA-10OGFC-10-AM-109.513.2砂粒式AC-5----AM-54.759.5设计空隙率（%）3~53~63~418186~12--注：设计空隙率可按配合比设计要求适当调整。第一节沥青混合料路用性能抗水害耐久性（荷载、环境）抗低温开裂抗车辙沥青混合料路用性能：中国规范：整体性材料要验算层底拉应力国外设计：控制车辙（用土基压应弯，沥青面层整体弯拉应变）材料特性：抗水害，抗车辙，低温功能性能：平整度，渗水性，抗滑一、水损害（Waterdamage/waterSusceptibicity）早期病害3年典范：京－津—塘（一）水损害原因设计结构设计：半刚性基层——砼基层层间接触材料问题酸性石料、抗剥落剂（聚酰胺）级配，马歇尔标准问题，耐久性如何？空隙率：＜8%动水压力小8%-15%水损害发生＞15%空隙大，动水压力更小施工问题为保平整度忽略压实度离析：压实度小均为了PQI（在未来时间内将是很重要的问题）级配离析温度离析工艺离析贝雷法（A=0.4—0.8紧排骨架）PQI沥青路面质量超载（二）水损害评价方法沥青与集料的粘附性（仅作参考）水煮法5级4级3级3级2级1级缺点：①主观评价②实验条件不规范③单一粒径水浸法①某一档料②80℃③评价方法——主观光电比色法：具体值，但剥落率计算方法？混合料水损害残留稳定度（只对酸性石料敏感）lottaman法2组试件①25℃饱和度70%臂裂强度②-18℃冻16h后在60℃水中泡24h再在25℃水中TSR国内冻融劈裂：大Marshall75次小Marshall50次汉堡浸水车辙试验（22cm钢轮）日本浸水车辙试验（冻稳定度DS）硬橡胶板APA（AsphaltParementAnaloger）：水稳定疲劳车辙（三）预防措施材料上集料出问题占80%以上，若单纯考虑水损害应：a.碱性石料＞酸性石料b.清洁程度c.吸水率建议使用小于0.5%的质量，不要淋雨沥青，酸值（酸值越少，粘附性越大）混合料特性在8%--15%时水稳定性最差细集料用量表面层（抗滑层）（酸性石料+碱性石料）砂子影响大（≤12-15%）（四）增强措施加抗剥落剂世界有各：瑞典贝洛胺莫顿国内PAI，AST胺盐类（粉末状固体）（吉林石化重庆交科院）掺消石灰石灰水浸泡法喷石灰浆干粉（＜2%混合料）效果非常明显（可考虑生产矿粉时同时加石灰粉）（）沥青路面结构上a.作好粘层b.作好上下封层施工压实度控制：生产配合比阶段实验室密度以生产配合比阶段最大理论密度以实验段的密度段为标准密度（级配越粗，发生水损害概率越大）减少离析二、高温稳定性（1）病害推移，拥包（以前主要在城市道路）车辙①渠化交通②高温危害：行车安全泛油：AC：由于沥青用量使用不当，离析—油丁—细料集料SMA——沥青胶浆大（应加纤维）（2）车辙的分类车辙失稳型结构型磨耗型沥青混合料抗剪抗压能力不足：1.解决材料2.结构设计沥青路面占90%[主要是在柔性基层上]在冬季严寒地区——防滑链（3）车辙的发展过程内部结构失稳（侧向流动）光滑：沥青含量多摩擦力压密阶段（剩余孔隙率不小于3%）骨架密实结构为了解决车辙骨架太强易导致离析贝雷法中CA侧向隆起（4）车辙影响因素外部：①沥青：标号抗车辙能力使用改性沥青（最有效）用量高车辙②矿料：越是立方体越好FAA①大部分认为应通过级配来解决，其前提是同一沥青标号下，越形成骨架越好②F/A，对Rut影响较小③混合料：粗集料4.75mm30-40%RutSuperpave：①旋转压实而非击实4%后孔隙率②PG分级空隙率若小于3%※导致车辙现场6-8%为最佳GTM法（抗车辙较有效）：沥青含量小（低0.3-0.5%）空隙率小密度大（5）评价抗车辙方法车辙实验方法（英国TRRL45℃）国内60℃动稳定度DS（次/mm）45601542ddDSAPT（加速路面试验）（网站免费下载）足尺实验沥青路面车辙预估模型：shell有缺点如ABDS一致但深度不同60分钟的变形Marshell稳定度（60℃）但与实际上并不十分相关蠕变实验（与其模型有关）shell方法预估车辙美国APA：用充气橡胶管试件通用性好三沥青路面低温抗裂性只能减少，不能避免开裂后仅需将缝注满，防止透水即可，但现在（重建轻养）（1）类型温差大，骤然降温（南方地区易发生）温度低（北方地区易发生）类型横向收缩：垂直干行车方向，相对较宽，有规则每隔20m左右，从上到下开裂网状龟状：荷载冻胀开裂：极端寒冷，裂缝特别宽反射裂缝：从下到上国际上Top-dokn开裂，主要是柔性基层—剪应力过大（2）机理（温缩）温度≥材极时开裂温度当（3）开裂预估方法裂缝指数预板法（Hass）——统计方法但国内缺乏数据库，故只能引用某些影响因素的规律Hills方法限制劲度模量法tT（温度时间）应力松驰法——修正Hills方法能量法E温度≥E材料E≥（只是水平相当时才能用）（4）低温破坏特性（日本管原照雄）弯曲试验影响开裂的因素外因温度，低↓开裂↑降温速率↑开裂↑荷载↑开裂↑内因沥青——决定性作用，称号↑抗开裂粗集料（必须形成骨架）30-40良好抗车辙例SMA沥青矿粉→抗开裂纤维→吸油SBS改善高温为主SBR改善低温为主（生产工艺难度大）集料：耐磨抗压吸水承力空隙率：↓低温开裂时强度惧增聚脂纤维Beni-Fiber对高温车辙几乎没作用其主要作用抗开裂抗疲劳，用于旧路改建沥青用量：抗低温性能越好（5）评价方法（规范）低温蠕变速率10%的破坏强度，现改为10%的f弯曲应变（照搬小日本方法）SHRP：约速试件，温度应力试验丁积方方法应力松实验（国外新）圆试件（模拟抗拉Marshell减件）第二节沥青混合料配合比设计方法一、配合比设计方法调整的重点配合比设计目标配合比设计生产配合比设计生产配合比验证用于调整冷拌合用于调整热料仓比例试验段辅筑规范重大区别：规范上规定密级配不能用于配合比设计（规范级配）附加了工程设计级配性质对马歇尔技术标准作了较大的调整规范沥青混合料密度测定方法规范沥青混合料理论密度必须实测沥青含量变为有效沥青含量——扣除集料空隙吸收沥青确定OAC方法作了调整验算沥青膜厚（8－10um）与F/A——0.6--1.2TSR（所有地区）均要验算，低温弯曲应变。FHWAn=0.45Power最大密度浅苏联k法同济（林秀贤）将k法引变为方法二、沥青混合料配合比设计内容1．原材料的选择2．选定级配：①连续②间断rddiPmax21Fullern=0.5时密度最大连续级配追求的是：密度最大新规范变革：规范规定的级配（类似032-94级配表）对密级配不允许直接使用规范中数据工程设计级配：地形特点，气候，交通条件，施工水平在规范规定的范围内细化级配在工程级配范围上进行施工检验级配对密级配沥青混合料C、F:C=Coarse、粗型；F=Fine、细型粗型和细型密级配沥青混凝土的关键性筛孔通过率表2-1混合料类型粗型密级配细型密级配名称名称AC-2526.54.75AC-25C＜40AC-25F＞40AC-20194.75AC-20C＜45AC-20F＞45AC-16162.36AC-16C＜38AC-16F＞38AC-1313.22.36AC-13C＜40AC-13F＞40AC-109.52.36AC-10C＜45AC-10F＞45用以分类的关键性筛孔（mm）公称最大粒径（mm）关键性筛孔通过率（%）关键性筛孔通过率（%）密级配沥青混凝土混合料矿料级配范围表2-2级配类型通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗粒式AC-2510090~10075~9065~8357~7645~6524~5216~4212~338~245~174~133~7中粒式AC-2010090~10078~9262~8050~7226~5616~4412~338~245~174~133~7AC-1610090~10076~9260~8034~6220~4813~369~267~185~144~8细粒式AC-1310090~10068~8538~6824~5015~3810~287~205~154~8AC-1010090~10045~7530~5820~4413~329~236~164~8砂粒式AC-510090~10055~7535~5520~4012~287~185~10沥青玛蹄脂碎石混合料矿料级配范围表2-3级配类型通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075中粒式AC-2010090~10072~9262~8240~5518~3013~2212~2010~169~148~138~12AC-1610090~10065~8545~6520~3215~2414~2212~1810~159~148~12细粒式AC-1310090~10050~7520~3415~2614~2412~2010~169~158~12AC-1010090~10028~6020~3214~2612~2210~189~168~13开级配排水式磨耗层混合料矿料级配范围表2-4级配类型通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075中粒式OGFC-1610090~10070~9045~7012~3010~226~184~153~123~82~6OGFC-1310090~10060~8012~3010~226~184~153~123~82~6细粒式OGFC-1010090~10050~7010~226~184~153~123~82~6密级配沥青碎石混合料矿料级配范围表2