瀝青混合料 瀝青混合料性能

瀝青混合料瀝青混合料性能第1頁/共59頁第一節(jié)瀝青混合料概述定義：將一定級配的礦質(zhì)混合料與具有一定粘度和適當(dāng)用量的瀝青結(jié)合料，經(jīng)充分拌和而形成的混合料。分類：

1、按礦質(zhì)集料級配類型分類；

2、按礦料級配組成及空隙率大小分類；

3、按集料公稱最大粒徑分類；

4、按制造工藝分類。第2頁/共59頁按礦質(zhì)集料級配類型分類連續(xù)級配瀝青混合料：礦料級配組成中從大到小各級粒徑都有，按比例相互搭配組成的瀝青混合料。間斷級配瀝青混合料：礦料級配組成中缺少1個或幾個粒徑檔次而形成的瀝青混合料。第3頁/共59頁按礦料級配組成及空隙率大小分類密級配瀝青混合料：按密實級配原理設(shè)計組成的各種粒徑顆粒的礦料與瀝青結(jié)合料拌合而成、設(shè)計空隙率較小（3%-6%）的密實式瀝青混凝土混合料（以AC表示）和密實式瀝青穩(wěn)定碎石混合料（以ATB表示）。半開級配瀝青混合料：由適當(dāng)比例的粗集料、細(xì)集料及少量填料（或不加填料）與瀝青結(jié)合料拌和而成、壓實后剩余空隙率在6%-12％的半開式瀝青碎石混合料（以AM表示）。開級配瀝青混合料：礦料級配主要由粗集料嵌擠組成，細(xì)集料較少，設(shè)計空隙率不小于18％的瀝青混合料。第4頁/共59頁按集料公稱最大粒徑分類最大粒徑：指要求集料100％通過的最小的標(biāo)準(zhǔn)篩篩孔尺寸。公稱最大粒徑：混合料中篩孔通過百分率為90%-100%的最小標(biāo)準(zhǔn)篩孔尺寸。分類：

1、特粗式：公稱最大粒徑大于31.5mm。

2、粗粒式：公稱最大粒徑為26.5mm或31.5mm。

3、中粒式：公稱最大粒徑為16mm或19mm。

4、細(xì)粒式：公稱最大粒徑為9.5mm或13.2mm5、砂粒式：公稱最大粒徑小于9.5mm。第5頁/共59頁按制造工藝分類熱拌瀝青混合料：經(jīng)人工組配的礦質(zhì)混合料與粘稠瀝青在專門設(shè)備中加熱拌和而成，保溫運輸至施工現(xiàn)場，并在熱態(tài)下進(jìn)行攤鋪和壓實的混合料。冷拌瀝青混合料：在常溫下拌和、鋪筑的瀝青混合料，所用結(jié)合料通常為液體瀝青或乳化瀝青。再生瀝青混合料：把由路面上清除下來的舊瀝青混凝土進(jìn)行加工處理后的混合料。第6頁/共59頁第二節(jié)瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度理論2.1瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代理論表面理論認(rèn)為，瀝青混合料是由粗、細(xì)集料和礦粉，大小不同粒徑組成密實礦質(zhì)混合料的骨架，利用瀝青膠結(jié)料的粘聚力，在加熱狀態(tài)下施工，使瀝青包裹在礦料的表面，經(jīng)過壓實固結(jié)后，將松散的礦質(zhì)顆粒膠結(jié)成具有一定強(qiáng)度的整體。膠漿理論認(rèn)為，瀝青混合料是一種具有空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的多級分散體系。它是以粗集料為分散相，瀝青砂漿為分散介質(zhì)的粗分散系；瀝青砂漿又以細(xì)漿料為分散相，瀝青膠結(jié)物為分散介質(zhì)的細(xì)分散系；而瀝青膠結(jié)物又以礦粉為分散相，瀝青為分散介質(zhì)的微分散系。第7頁/共59頁兩種理論的主要區(qū)別是，表面理論重點突出礦質(zhì)骨料的骨架作用，強(qiáng)度的關(guān)鍵首先是礦質(zhì)骨料的強(qiáng)度和密實度；而膠漿理論則突出瀝青膠結(jié)構(gòu)在混合料中的作用，以及瀝青與填充料之間的關(guān)系，這對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性的影響尤為重要。第8頁/共59頁2.2瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)類型瀝青混合料按礦質(zhì)骨架的結(jié)構(gòu)狀況，可將其組成結(jié)構(gòu)分為下述三個類型：

1、懸浮-密實結(jié)構(gòu)當(dāng)采用連續(xù)密級配的瀝青混合料時，材料從大到小連續(xù)存在，由于粗集料的數(shù)量較小而細(xì)集料的數(shù)量較多，粗集料被細(xì)集料擠開，而以懸浮狀態(tài)存在于細(xì)集料之間。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料密實度及強(qiáng)度較高，而穩(wěn)定性較差。一般的瀝青混凝土路面都采用這種連續(xù)級配型的結(jié)構(gòu)。特點：粘聚力較大，內(nèi)摩阻角較小，密實度較高，但高溫穩(wěn)定性較差。第9頁/共59頁2、骨架空隙結(jié)構(gòu)當(dāng)采用連續(xù)密級配的瀝青混合料時，粗集料較多，彼此緊密相接，細(xì)集料的數(shù)量較少，形成較多空隙。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料，骨料之間的嵌擠力和內(nèi)摩阻力起重要作用，因此這種瀝青混合料受瀝青材料性質(zhì)的變化影響較小，因而熱穩(wěn)定性較好，但瀝青與礦料粘結(jié)力小、空隙率大、耐久性差。特點：空隙率大，耐久性差，瀝青與礦料的粘聚力差，熱穩(wěn)定性較好，其強(qiáng)度主要取決于內(nèi)摩阻角。當(dāng)瀝青路面采用這種形式的瀝青混合料時，瀝青面層下必須作下封層。第10頁/共59頁

３、骨架密實結(jié)構(gòu)采用間斷級配的瀝青混合料，綜合以上兩種結(jié)構(gòu)之長，既有一定數(shù)量的粗骨料形成骨架，又根據(jù)粗集料空隙的多少加入細(xì)集料，形成較高的密實度。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料的密實度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性都較好，是較理想的結(jié)構(gòu)類型。特點：較高的粘聚力和內(nèi)摩阻角，結(jié)構(gòu)的密實度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性都比較好。理想型。第11頁/共59頁2.3瀝青混合料的強(qiáng)度理論路面破壞的主要原因：高溫時抗剪強(qiáng)度不足或塑性變形過剩而產(chǎn)生推及低溫時抗拉強(qiáng)度不足或變形能力較差而產(chǎn)生裂縫。瀝青混合料的三軸試驗表明：瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度主要取決于粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ。第12頁/共59頁影響因素

1、瀝青性質(zhì)對粘結(jié)力c的影響。瀝青的粘滯度是影響粘結(jié)力c的重要因素。粘滯度越大，材料抵抗變形的能力越強(qiáng)，可以保持礦質(zhì)集料的相對嵌擠作用。

2、礦質(zhì)混合料級配、礦質(zhì)顆粒形狀和表面特性等對內(nèi)摩阻角φ的影響。礦質(zhì)顆粒的粒徑越大，內(nèi)摩阻角越大，中粒式瀝青混凝土的內(nèi)摩阻角要比細(xì)粒式和砂粒式瀝青混凝土大得多。第13頁/共59頁3、礦料與瀝青交互作用能力的影響。列賓捷爾研究認(rèn)為，瀝青與礦料相互作用后，瀝青在礦料表面產(chǎn)生化學(xué)組分的重新排列，在礦料表面形成一層擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜（如圖6-1a所示），在此膜厚度以內(nèi)的瀝青稱為結(jié)構(gòu)瀝青。此膜以外的瀝青稱為自由瀝青。結(jié)構(gòu)瀝青與礦料之間發(fā)生相互作用，并且瀝青的性質(zhì)有所改變；而自由瀝青與礦料距離較遠(yuǎn)，沒有與礦料發(fā)生相互作用，僅將分散的礦料粘結(jié)起來，并保持原來性質(zhì)。第14頁/共59頁如果顆粒之間接觸處由擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜所聯(lián)結(jié)(如圖6-1b所示），則促成瀝青具有更高的粘滯度和更大的擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜的接觸面積，從而可以獲得更大的顆粒粘著力。反之，如顆粒之間接觸處為自由瀝青所聯(lián)結(jié)(如圖6-1c所示），則具有較小的粘著力。第15頁/共59頁瀝青與礦料表面的相互作用對瀝青混合料的粘結(jié)力和內(nèi)摩阻角有重要影響，礦料與瀝青的成分不同會產(chǎn)生不同的效果，石油瀝青與堿性石料將產(chǎn)生較多的結(jié)構(gòu)瀝青，有較好的粘附性；而石油瀝青與酸性石料產(chǎn)生較少的結(jié)構(gòu)瀝青，粘附性較差。第16頁/共59頁4、瀝青混合料中礦料比面積和瀝青用量的影響由前述瀝青與礦粉交互作用的原理可知，結(jié)構(gòu)瀝青的形成主要是由于礦料與瀝青的交互作用，而引起瀝青化學(xué)組分在礦料表面的重分布。所以在相同的瀝青用量條件下，與瀝青產(chǎn)生交互作用的礦料表面積愈大，則形成的瀝青膜愈薄，則在瀝青中結(jié)構(gòu)瀝青所占的比率愈大，因而瀝青混合料的粘聚力也愈高。

第17頁/共59頁例如1kg的粗集料的表積約為0.5-3m2，它的比面即為0.5-3m2/kg，而礦粉用量雖只占7%左右，而其表面積卻占礦質(zhì)混合料的總表面積的80%以上，所以礦粉的性質(zhì)和用量對瀝青混合料的強(qiáng)度影響很大。為增加瀝青與礦料物理-化學(xué)作用的表面，在瀝青混合料配料時，必須含有適量的礦粉。提高礦粉細(xì)度可增加礦粉比面，所以對礦粉細(xì)度也有一定的要求。希望<0.075mm粒徑的含量不要過少；但是<0.005mm部分的含量亦不宜過多，否則將使瀝青混合料結(jié)成團(tuán)塊，不易施工。第18頁/共59頁在固定質(zhì)量的瀝青和礦料的條件下，瀝青與礦料的比例（即瀝青用量）是影響瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的重要因素。在瀝青用量很少時，瀝青不足以形成結(jié)構(gòu)瀝青的薄膜來粘結(jié)礦料顆粒。隨著瀝青用量的增加，結(jié)構(gòu)瀝青逐漸形成。瀝青更為完滿地包裹在礦料表面，使瀝青與礦料間的粘附力隨著瀝青的用量增加而增加。當(dāng)瀝青用量足以形成薄膜并充分粘附礦料顆粒表面時，瀝青膠漿具有最優(yōu)的粘聚力。隨后，如瀝青用量繼續(xù)增加，則由于瀝青用量過多，逐漸將礦料顆粒推開，在顆粒間形成未與礦料交互作用的“自由瀝青”，則瀝青膠漿的粘聚力隨著自由瀝青的增加而降低。第19頁/共59頁隨著瀝青用量的增加，瀝青不僅起著粘結(jié)劑的作用，而且起著潤滑劑的作用，降低了粗集料的相互密排作用，因而降低了瀝青混合料的內(nèi)摩擦角。瀝青用量不僅影響瀝青混合料的粘聚力，同時也影響瀝青混合料的內(nèi)摩擦角。通常當(dāng)瀝青薄膜達(dá)最佳厚度（亦即主要以結(jié)構(gòu)瀝青粘結(jié)）時，具有最大的粘聚力；隨著瀝青用量的增加，瀝青混合料的內(nèi)摩擦角逐漸降低。第20頁/共59頁5、影響瀝青混合料強(qiáng)度的外因

1）溫度的影響

瀝青混合料是一種熱塑性材料，它的抗剪強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低。在材料參數(shù)中，粘聚力隨溫度升高而顯著降低，但是內(nèi)摩擦角受溫度變化的影響較少。

2）形變速率的影響

瀝青混合料是一種粘-彈性材料，它的抗剪強(qiáng)度與形變速率有密切關(guān)系。在其他條件相同的情況下，變形速率對瀝青混合料的內(nèi)摩擦角影響較小，而對瀝青混合料的粘聚力影響較為顯著。試驗資料表明，粘聚力隨變形速率的減小而顯著提高，而內(nèi)摩擦角隨變形速率的變化很小。第21頁/共59頁提高瀝青混合料強(qiáng)度的措施

提高瀝青混合料的強(qiáng)度包括兩個方面：一是提高礦質(zhì)骨料之間的嵌擠力與摩阻力；一是提高瀝青與礦料之間的粘結(jié)力。為了提高瀝青混合料的嵌擠力和摩阻力，要選用表面粗糙、形狀方正、有棱角的礦料，并適當(dāng)增加礦料的粗度。此外，合理地選擇混合料的結(jié)構(gòu)類型和組成設(shè)計，對提高瀝青混合料的強(qiáng)度也具有重要的作用。第22頁/共59頁提高瀝青混合料的粘聚力可以采取以下列措施：改善礦料的級配組成，以提高其壓實后的密實度；增加礦粉含量；采用稠度較高的瀝青；改善瀝青與礦料的物理-化學(xué)性質(zhì)及其相互作用過程。第23頁/共59頁

耐久性技術(shù)性質(zhì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗—穩(wěn)定度（0.1mm）流值車轍試驗—動穩(wěn)定度（次／mm）高溫穩(wěn)定性低溫抗裂性低溫彎曲試驗水穩(wěn)性耐老化性耐疲勞性浸水馬歇爾試驗—殘留穩(wěn)定度（%）凍融劈裂試驗—殘留強(qiáng)度比（%）抗滑性施工和易性《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004

馬歇爾試驗指標(biāo)要求參考規(guī)范

第三節(jié)瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)第24頁/共59頁一、高溫穩(wěn)定性高溫穩(wěn)定性是指在夏季高溫條件下，瀝青混合料承受多次重復(fù)荷載作用而不發(fā)生過大的累積塑性變形的能力。第25頁/共59頁溫度（℃）平均抗壓強(qiáng)度（MPa）501.0～2.0202.5～5.008.0～13.0－1010.0～17.0－3518.0～30.0第26頁/共59頁評價方法

1、馬歇爾試驗

2、車轍試驗規(guī)定：采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗（包括穩(wěn)定度、流值、馬歇爾模數(shù)）來評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性，對于高速公路、一級公路、城市快速路、主干路用瀝青混合料，還應(yīng)通過動穩(wěn)定度試驗檢驗其抗車轍能力。第27頁/共59頁馬歇爾穩(wěn)定度是指標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件在規(guī)定溫度和加荷速度下，在馬歇爾儀中所能承受的最大破壞荷載（kN）；流值是達(dá)到最大破壞荷重時試件的垂直變形（以0.lmm計）；馬歇爾模數(shù)為穩(wěn)定度除以流值的商，即馬歇爾模數(shù)愈大，車轍深度愈小，高溫穩(wěn)定性好。第28頁/共59頁F1直線流值FX中間流值Fm總流值a.馬歇爾試驗（三項指標(biāo)）600C保溫45min(模,試件)加荷速度505mm/min3--6個試件平均值上壓頭下壓頭直徑101.6mm高63.5mmF1FXFm荷載P(KN)變形F（1/mm）第29頁/共59頁車轍試驗：用標(biāo)準(zhǔn)成型方法，制成300x300x500mm的瀝青混合料試件，在600C溫度條件下，以一定荷載的輪子在同一軌跡上作一定時間的反復(fù)行走，測試試件表面在試驗輪反復(fù)作用下所形成的車轍深度。動穩(wěn)定度：計算試件產(chǎn)生1mm車轍,所需試驗車輪行走次數(shù)。b、車轍試驗第30頁/共59頁車輪0.7MPa(次/mm)碾壓速度42±1次/min行走距離230±1mm600C恒溫室中至少三個試件式中：d１、d２——為時間t1、t2的變形量

42——每分鐘行走的次數(shù)（次／min）

c1、c2——試驗機(jī)或試樣修正系數(shù)第31頁/共59頁瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響因素礦料性質(zhì)的影響礦料級配的影響礦粉的影響瀝青粘度的影響瀝青用量的影響瀝青混合料剩余空隙率、礦料間隙率的影響第32頁/共59頁二、低溫抗裂性定義：瀝青混合料在低溫下抵抗斷裂破壞的能力，稱為低溫抗裂性能。低溫裂縫分類

1、面層低溫縮裂

2、溫度疲勞裂縫

3、反射裂縫第33頁/共59頁評價方法

1、間接拉伸試驗

2、彎曲試驗

3、斷裂溫度試驗

4、彎曲蠕變試驗

5、彎曲應(yīng)力松弛試驗

6、收縮試驗

…………第34頁/共59頁瀝青混合料低溫抗裂性能的影響因素

1、瀝青性質(zhì)

1）瀝青的感溫性

2）瀝青的勁度

3）瀝青的粘度

4）瀝青的低溫延度

5）瀝青的感時性

6）瀝青的老化性能

7）瀝青的含蠟量第35頁/共59頁2、瀝青混合料的組成

1）瀝青含量

2）集料類型和級配

3）空隙率

4）剝落率3、環(huán)境的影響

1）溫度2）降溫速率3）路面老化4、路面結(jié)構(gòu)幾何尺寸

1）路面寬度2）路面厚度

3）瀝青混凝土層與基層摩擦系數(shù)

4）路基類型第36頁/共59頁

懸浮-密實型

骨架-空隙型

骨架-密實型第37頁/共59頁水損害三、水穩(wěn)定性耐久性定義：瀝青混合料在使用過程中抵抗環(huán)境因素及行車荷載反復(fù)作用的能力

1.抗老化性

2.水穩(wěn)定性

3.抗疲勞性第38頁/共59頁水損害是常見的一種病害與瀝青、集料性能有關(guān)第39頁/共59頁1.水損害的機(jī)理側(cè)向水移動高水位的滲流作用

通過表面裂隙、孔隙滲入

水帶

毛細(xì)水作用

蒸氣移動

水帶上升

第40頁/共59頁第41頁/共59頁第42頁/共59頁第43頁/共59頁浸水馬歇爾試驗真空飽水馬歇爾試驗真空飽水劈裂試驗凍融劈裂試驗浸水車轍試驗……3.水穩(wěn)定性試驗方法第44頁/共59頁（1）浸水馬歇爾試驗試件：馬歇爾試件常規(guī)馬歇爾試驗：60℃、40min浸水馬歇爾試驗：60℃、48h殘留穩(wěn)定度=Sm1/Sm0*100第45頁/共59頁（2）浸水車轍試驗第46頁/共59頁蠕變階段剝落階段剝落點轍槽深度/mm往復(fù)次數(shù)/萬次第47頁/共59頁采用馬歇爾試件，空隙率為7％試件條件：一組：60℃浸水40min，測劈裂強(qiáng)度R1二組：25℃浸水20min0.09Mpa浸水抽真空15min25℃水中浸泡1h60℃水浴中恒溫24h，測定其凍融劈裂強(qiáng)度R2(3)真空飽水馬歇爾實驗殘留強(qiáng)度=R2/R1*100％第48頁/共59頁采用馬歇爾試件，空隙率為7%試件條件：一組：25℃浸水2h，測劈裂強(qiáng)度R1二組：真空飽水15min，放置0.5h；-18℃凍16h；60℃水中24h；25℃2h后測定其凍融劈裂強(qiáng)度R2.規(guī)范要求：《公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，“采用瀝青混合料凍融劈裂試驗方法測定的劈裂強(qiáng)度比應(yīng)不小于80%。(4)

凍融劈裂試驗殘留強(qiáng)度=R2/R1*100%第49頁/共59頁(1)組成材料性質(zhì)

A.集料性質(zhì)表面化學(xué)特性（如Ca、Fe含量等）；集料顆粒的表面物理特性；集料表面的潔凈程度。

B.瀝青的性質(zhì)粘度酸值

C.混合料類型空隙率、礦料比表面積等4、影響因素第50頁/共59頁SMA與AC水穩(wěn)定性比較編號集料E與不同瀝青、抗剝落劑的組合AC-13ISMA-13《規(guī)范》要求1E+90號+液體抗剝落劑A75.0484.82≥80％2E+90號+“干法”石灰96.5397.723E+SBS82.7291.434E+SBS+液體抗剝落劑A83.5295.515E+SBS+“干法”石灰95.9798.24AC-13I型