第八章瀝青材料

1、,第十章 瀝青混合料,什么是瀝青混合料？ 瀝青混合料是由礦質(zhì)混合料 (簡稱礦料，由粗集料、細(xì)集料、填料等組成）與瀝青結(jié)合料拌和而成的混合料的總稱，是瀝青砼混合料（簡稱瀝青混凝土）、瀝青碎石混合料（簡稱瀝青碎石）的總稱。 將這種混合料加以攤鋪、碾壓成型，即成為各種類型的瀝青路面。在這種結(jié)構(gòu)中，礦料起骨架作用，瀝青與填料起膠結(jié)和填充作用。,瀝青混合料的主要特點：,① 瀝青混合料是一種粘—彈—塑性材料，它不僅具有良好的

2、力學(xué)性質(zhì)，而且具有一定的高溫穩(wěn)定性和低溫柔韌性；用它鋪筑的路面平整，無接縫，而具有一定的粗糙度。路面減震、吸聲、無強(qiáng)烈反光、使行車舒適，有利于行車安全。②瀝青路面可全部采用機(jī)械化施工，方便快速，有利于質(zhì)量控制，且施工后不需養(yǎng)護(hù)，能及時開放交通。③經(jīng)濟(jì)耐久，可分期改造和再生利用。④對溫度較敏感，會發(fā)生老化現(xiàn)象。,第十章 瀝青混合料,第一節(jié) 瀝青混合料的分類與組成材料 第二節(jié) 瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)與技

3、術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第四節(jié) 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計 第五節(jié) 熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計,①按結(jié)合料分類：可分為石油瀝青混合料和煤瀝青混合料。②按制造工藝分類：可分為熱拌瀝青混合料、冷拌瀝青混合料和再生瀝青混合料。③按材料組成及結(jié)構(gòu)分類：可分為連續(xù)級配瀝青混合料和間斷級配瀝青混合料。④按礦料級配組成及空隙率大小分類：可分為密級配瀝青混合料（設(shè)計空隙率為3-5%）、半開級配瀝青混合料（設(shè)計空隙率為6-12%）和開級配瀝青混合料（設(shè)計空隙率大于18

4、%） 。,一、瀝青混合料的種類,,⑤按集料的公稱最大粒徑分類：特粗式瀝青混合料：公稱最大粒徑大于31.5mm（方孔）；粗粒式瀝青混合料：公稱最大粒徑等于或大于26.5mm（方孔）；中粒式瀝青混合料：公稱最大粒徑為16.0mm或19.0mm （方孔）；細(xì)粒式瀝青混合料：公稱最大粒徑為9.5mm或13.2mm（方孔）；砂粒式瀝青混合料：公稱最大粒徑小于9.5mm（方孔）。本章主要詳述熱拌瀝青混合料（HMA）的組成材料、組成結(jié)構(gòu)、

5、技術(shù)性質(zhì)和設(shè)計方法。,一、瀝青混合料的種類,1. 瀝青 2．粗集料 3. 細(xì)集料 4. 填料 5. 纖維穩(wěn)定劑,二、組成材料,瀝青是瀝青混合料中最重要的材料，其性能直接影響瀝青混合料的各項技術(shù)性質(zhì)。道路石油瀝青的質(zhì)量應(yīng)符合第九章中規(guī)定的技術(shù)要求。瀝青等級根據(jù)表10-1的要求來選用，必要時，瀝青的 PI值、60℃動力粘度，10℃延度可作為選擇性指標(biāo)。瀝青路面在選擇瀝青標(biāo)號時，必須考慮環(huán)境對瀝青混合料的作用，宜按照公路等級、氣候條

6、件、交通條件、路面類型及在結(jié)構(gòu)層中的層位及受力特點、施工方法等，結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖褂媒?jīng)驗，經(jīng)技術(shù)論證后確定。,1. 瀝青,2．粗集料,粒徑大于2.36mm的集料為粗集料，用作瀝青路面的粗集料可采用碎石、破碎礫石、篩選礫石、鋼渣、礦渣等，但高速公路和一級公路宜選用堅硬、耐磨性好的碎石和破碎礫石，不得使用篩選礫石和礦渣。粗集料應(yīng)該潔凈、干燥、表面粗糙，符合一定的級配要求，具有足夠的力學(xué)性能，與瀝青有較好的粘附性等，其質(zhì)量應(yīng)符合表10-2至表10

7、-4的規(guī)定。,3. 細(xì)集料,粒徑小于2.36mm的集料為細(xì)集料，瀝青路面的細(xì)集料包括天然砂、機(jī)制砂、石屑。細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級配，其質(zhì)量應(yīng)符合表10-5的規(guī)定。細(xì)集料也要富有棱角，應(yīng)盡可能采用機(jī)制砂。天然砂的棱角已被磨去，如果用量過多，會引起混合料穩(wěn)定性明顯下降。,4. 填料,在瀝青混合料中起填充作用的粒徑小于0.075mm的礦質(zhì)粉末稱為填料。在瀝青混合料中，礦質(zhì)填料通常是指礦粉，其他填料如消石灰粉

8、、水泥常作為抗剝落劑使用，粉煤灰則使用很少，在我國由于粉煤灰的質(zhì)量往往不穩(wěn)定，一般不允許在高速公路上使用。瀝青混合料的礦粉必須采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉，原石料中的泥土雜質(zhì)應(yīng)除凈。礦粉應(yīng)干燥、潔凈，能自由地從礦粉倉流出，其質(zhì)量應(yīng)符合表10-8的技術(shù)要求。,5. 纖維穩(wěn)定劑,纖維目前普遍使用于SMA混合料，在一般瀝青混合料中也可以使用。目前常用木質(zhì)素纖維，主要是絮狀纖維。近年來美國有一種觀點，認(rèn)為木質(zhì)素

9、纖維拌制的瀝青混合料不能再生使用，礦物纖維(大部分是玄武巖纖維) 能再生使用，所以礦物纖維用量大為增加。在瀝青混合料中摻加木質(zhì)素纖維的質(zhì)量應(yīng)符合表10-9的技術(shù)要求。纖維應(yīng)在250℃的干拌溫度下不變質(zhì)、不發(fā)脆，使用纖維必須符合環(huán)保要求，不危害身體健康。纖維必須在混合料拌和過程中能充分分散均勻。,,第二節(jié) 瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu),一、組成結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代理論 1.表面理論：2.膠漿理論,,二、組成結(jié)構(gòu)類型,按照級配原則構(gòu)成的瀝青混合

10、料，根據(jù)粗集料的級配和粗、細(xì)集料的比例不同，可形成以下三種結(jié)構(gòu)形式：懸浮—密實結(jié)構(gòu)、骨架—空隙結(jié)構(gòu)、骨架—密實結(jié)構(gòu)(1)懸浮—密實結(jié)構(gòu)：采用連續(xù)密級配的礦質(zhì)集料。特點：各級集料均被次級集料隔開，并懸浮在次級集料和瀝青之間，密實度大，強(qiáng)度高，且不易離析，施工方便。但礦質(zhì)集料不能形成骨架，穩(wěn)定性較差。,二、組成結(jié)構(gòu)類型,（2）骨架—空隙結(jié)構(gòu)：礦質(zhì)集料采用連續(xù)開級配。特點：粗集料可以互相靠攏形成骨架，但細(xì)集料太少，不足以填滿空隙。由于集

11、料之間的嵌擠力和內(nèi)摩擦力較大，所以熱穩(wěn)定性較好。但瀝青與礦料的黏結(jié)力較小，耐久性較差。,二、組成結(jié)構(gòu)類型,（3）骨架—密實結(jié)構(gòu)：礦質(zhì)集料采用間斷密級配。特點：既有較多的粗集料形成骨架，又有足夠的細(xì)集料填充在骨架空隙中。其密實度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性都較好，是一種較理想的結(jié)構(gòu)類型。 但易離析，施工技術(shù)要求高。,三、瀝青混合料強(qiáng)度的影響因素,1. 瀝青混合料抗剪強(qiáng)度的材料參數(shù) 瀝青混合料在路面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生破壞的情況，主要是在高溫時由于抗

12、剪強(qiáng)度不足或塑性變形過剩而產(chǎn)生推擠等現(xiàn)象，以及低溫時抗拉強(qiáng)度不足或變形能力較差而產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。目前瀝青混合料強(qiáng)度和穩(wěn)定性理論，主要是要求瀝青混合料在高溫時必須具有一定的抗剪強(qiáng)度和抵抗變形的能力。 瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度主要取決于黏聚力和內(nèi)摩擦角兩個參數(shù)，即： τ＝f (c，φ),2. 影響瀝青混合料強(qiáng)度的因素,(1)集料的性狀與級配集料表面越粗糙，則拌制的混合料經(jīng)壓實后，顆粒之間能形成良好的齒合嵌鎖，使混合料具有較高的內(nèi)摩擦

13、力，故配制瀝青混合料都要求采用碎石，以形成較高的強(qiáng)度。集料顆粒的形狀以接近立方體、呈多棱角為好，嵌擠后既能形成較高的內(nèi)摩擦力，在承受荷載時又不易折斷破壞。間斷密級配瀝青混合料內(nèi)摩擦力大，具有高的強(qiáng)度；連續(xù)級配的瀝青混合料，由于其粗集料的數(shù)量較少，呈懸浮狀態(tài)分布，因而它的內(nèi)摩擦力較小,強(qiáng)度較低。,2. 影響瀝青混合料強(qiáng)度的因素,(2)瀝青結(jié)合料的黏度與用量瀝青的黏度越大，則混合料的黏聚力就越大，黏滯阻力也越大，抵抗剪切變形的能力越強(qiáng)

14、。因此，修建高等級瀝青路面都采用黏稠瀝青，即采用針入度較小的瀝青。瀝青用量過少，混合料干澀，混合料內(nèi)聚力差；適當(dāng)增加瀝青用量，將會改善混合料的膠結(jié)性能，便于拌和和壓實，有助于提高路面的密實度和強(qiáng)度。但當(dāng)瀝青用量過多時，則使集料顆粒表面的瀝青膜增厚，多余的瀝青形成潤滑劑，以至在高溫時易形成推擠滑移，出現(xiàn)塑性變形。因此，瀝青混合料存在最佳瀝青用量。,2. 影響瀝青混合料強(qiáng)度的因素,(3)礦粉的品種與用量瀝青混合料中的膠結(jié)物質(zhì)實際上是瀝青

15、和礦粉所形成的瀝青膠漿。一般來說，由堿性石料(如石灰石)制成的礦粉與瀝青親和性良好，能形成較強(qiáng)的黏結(jié)性能；而由酸性石料制成的礦粉則與瀝青親和性較差，所以礦粉的品種對混合料的強(qiáng)度有影響，故規(guī)范規(guī)定必須使用堿性礦粉。在瀝青用量一定的情況下，適當(dāng)提高礦粉摻量，可以提高瀝青膠漿的粘度，使膠漿的軟化點明顯上升，有利于提高瀝青混合料強(qiáng)度。然而，如果礦粉摻量過多，則又會使混合料過于干澀，影響瀝青與集料的黏附，反而影響瀝青混合料的強(qiáng)度。一般來說，礦粉

16、摻量與瀝青用量之比在0.8～1.2范圍內(nèi)為宜。,2. 影響瀝青混合料強(qiáng)度的因素,（4）使用條件的影響環(huán)境溫度和荷載條件是瀝青混合料強(qiáng)度的主要外界因素。隨著溫度的升高，瀝青的粘度降低，瀝青混合料的黏結(jié)力也隨之降低，內(nèi)摩阻角同時受溫度變化的影響，但變化幅度小些。在其它條件相同的情況下，瀝青混合料的黏結(jié)力與荷載作用時間或變形速率之間關(guān)系密切。由于瀝青的黏度隨著變形速率增加而增加，所以瀝青混合料的黏結(jié)力也隨變形速率的增加而顯著提高，而內(nèi)摩阻

17、角隨變形速率的變化相對較小。,,第三節(jié) 瀝青混合料的技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),瀝青混合料是公路、城市道路的主要鋪面材料，它直接承受車輪荷載和各種自然因素的影響，如日照、溫度、空氣、雨水等，其性能和狀態(tài)都會發(fā)生變化，以至影響路面的使用性能和使用壽命。瀝青混合料的路用性能主要有以下幾個方面： 1．高溫穩(wěn)定性 2．低溫抗裂性 3．耐久性 4．抗滑性 5．施工和易性,,1.高溫穩(wěn)定性,定義：瀝青混合料在高溫條件下，能夠抵抗車輛的反復(fù)作用，

18、不發(fā)生顯著永久變形，保證路面平整度的特性稱為高溫穩(wěn)定性 。我國現(xiàn)行國標(biāo)規(guī)定：采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗來評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性。對高速公路、一級公路、城市快速路、主干路所用的瀝青混合料，還應(yīng)通過動穩(wěn)定度試驗（車轍試驗）檢驗其抗車轍能力。,評價高溫穩(wěn)定性的指標(biāo)：①馬歇爾穩(wěn)定度——指標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件在規(guī)定溫度和加荷速度下，在馬歇爾儀中最大的破壞荷載(kN)；②流值——是達(dá)到最大破壞荷載時試件的垂直變形(以0.1mm計)。③馬歇爾模數(shù)(T)—

19、—穩(wěn)定度除以流值的商，即：,（1）馬歇爾穩(wěn)定度試驗：,,瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度試驗,,用標(biāo)準(zhǔn)成型方法，制成 300mm×300mm×50mm 的瀝青混合料試件，在60℃的溫度條件下，以—定荷載的輪子在同一軌跡上作一定時間的反復(fù)行走，形成一定的車轍深度，然后計算試件變形1mm所需試驗車輪行走的次數(shù)，即為動穩(wěn)定度。,（2）車轍試驗：,式中： DS ——瀝青混合料動穩(wěn)定度(次／mm) d1，d2——時

20、間為tl、t2的變形量(mm)； 42 ——每分鐘行走次數(shù)(次/ min)； cl，c 2——試驗機(jī)或試樣修正系數(shù).,,動穩(wěn)定度計算公式：,,我國現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JTG F40—2004)規(guī)定：密級配瀝青混凝土混合料（公稱最大粒徑小于或等于26.5mm）用于高速公路、一級公路時，穩(wěn)定度MS 應(yīng)不小于8kN，用于其它公路時，MS 應(yīng)不小于5kN。對用于高速公路和一級公路的公稱最大粒徑等于或小于19mm的密級配

21、瀝青混合料(AC)及SMA、OGFC混合料需在配合比設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種使用性能檢驗，必須在規(guī)定的試驗條件下進(jìn)行車轍試驗，并符合表10-10的要求。,2.低溫抗裂性,定義：瀝青混合料在冬季低溫條件下抵抗斷裂破壞的能力稱為低溫抗裂性。冬季，瀝青混合料隨著溫度的降低，變形能力下降。路面由于低溫而收縮以及行車荷載的作用，在薄弱部位產(chǎn)生裂縫。因此，要求瀝青混合料具有一定的低溫抗裂性。即要求瀝青混合料具有較高的低溫強(qiáng)度或較大的低溫變形能力。,目

22、前用于研究和評價瀝青混合料低溫抗裂性的方法可以分為三類：預(yù)估瀝青混合料的開裂溫度；評價瀝青混合料的低溫變形能力和應(yīng)力松弛能力；評價瀝青混合料斷裂性能。相關(guān)的試驗有等應(yīng)變加載的破壞試驗；低溫收縮試驗；低溫蠕變彎曲試驗等。我國現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JTG F40—2004)規(guī)定，宜對用于高速公路和一級公路的公稱最大粒徑等于或小于19mm的密級配瀝青混合料在溫度-10℃、加載速率50mm/min的條件下進(jìn)行彎曲試驗，測定破壞強(qiáng)度、破壞應(yīng)變、破壞勁度

23、模量，并根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變曲線的形狀，綜合評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。其中瀝青混合料的破壞應(yīng)變宜不小于表10-11的要求。,2.低溫抗裂性,3．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)作用的能力稱為耐久性，它包括瀝青混合料的抗老化性、水穩(wěn)定性、抗疲勞性等綜合性質(zhì)。 (1) 瀝青混合料的抗老化性 瀝青的化學(xué)性質(zhì)對抗老化性的影響如前所述，就瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)而言，首先是瀝青混合料的空隙率對抗老化性有影響。瀝

24、青路面的使用壽命還與混合料中的瀝青含量有很大的關(guān)系。有研究認(rèn)為，瀝青用量較最佳瀝青用量少0.5％的混合料能使路面使用壽命減少一半以上。,(2)瀝青混合料的水穩(wěn)定性,瀝青路面在雨水、冰凍的作用下，尤其是在雨季過后，瀝青路面往往會出現(xiàn)脫補、松散，進(jìn)而形成坑洞而損壞。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因為瀝青混合料在水的作用下被侵蝕，瀝青從集料表面發(fā)生剝落，使混合料顆粒失去粘結(jié)作用。 在瀝青中添加抗剝落劑是增強(qiáng)水穩(wěn)定性、減少水損壞的有效措施。此外，在瀝青混合

25、料的組成設(shè)計上采用堿性集料，以提高瀝青與集料的粘附性；采用密實結(jié)構(gòu)以減少空隙率；以石灰粉取代部分礦粉等等，都可以有效地提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性。,(2)瀝青混合料的水穩(wěn)定性,我國現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JTG F40—2004)規(guī)定，對用于高速公路和一級公路的公稱最大粒徑等于或小于19mm的瀝青混合料，必須在規(guī)定的條件下進(jìn)行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，以檢驗瀝青混合料的水穩(wěn)定性，并應(yīng)同時符合表10-12中的兩個要求。達(dá)不到要求時必須采取抗剝落措

26、施，調(diào)整最佳瀝青用量后再次試驗。,浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗,①浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度(%)： MS0= （MS1/ MS）×100 MS1——試件浸水（60℃）48小時后的穩(wěn)定度（KN）； MS——標(biāo)準(zhǔn)方法測定的穩(wěn)定度；②凍融劈裂試驗的殘留強(qiáng)度比(%)： TSR=（RT2/RT1）×100 RT2、RT1——分別是凍融后和未凍融的劈裂抗拉強(qiáng)度（MPa),(

27、3)瀝青混合料的抗疲勞性,瀝青混凝土路面使用期間，在氣溫環(huán)境影響下，經(jīng)過車輪荷載的反復(fù)作用，長期處于應(yīng)力應(yīng)變替換變化狀態(tài)，致使路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸下降。當(dāng)荷載重復(fù)作用超過一定次數(shù)以后，在荷載作用下路面瀝青混凝土內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力就會超過其結(jié)構(gòu)抗力，使路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生疲勞破壞。瀝青混合料的疲勞是材料在荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生不可恢復(fù)的強(qiáng)度衰減積累所引起的一種現(xiàn)象。顯然，荷載的重復(fù)作用次數(shù)越多，強(qiáng)度的降低也就越劇烈，它所承受的應(yīng)力或應(yīng)變值就愈小。通

28、常把瀝青混合料出現(xiàn)疲勞破壞的重復(fù)應(yīng)力值稱作疲勞強(qiáng)度，相應(yīng)的應(yīng)力重復(fù)作用次數(shù)稱為疲勞壽命。,,瀝青混合料的疲勞試驗方法較多，足尺路面結(jié)構(gòu)的研究試驗耗資大，周期長，因此通常采用周期短、費用少的室內(nèi)小梁疲勞試驗。,,MTS810測試系統(tǒng)全景 主體部分,,4、抗滑性,抗滑性——瀝青路面具有良好的微觀粗糙度和宏觀粗糙度，能減小汽車剎車后行駛距離的性能，用抗滑系數(shù)評定。為保證長

29、期高速行車的安全，配料時要特別注意粗集料的耐磨光性，應(yīng)選擇硬質(zhì)有棱角的碎石集料；瀝青用量不超過最佳用量的0.5％；B級瀝青含蠟量應(yīng)不大于3％，C級瀝青含蠟量應(yīng)不大于4.5％。,5、施工和易性,施工和易性——使混合料易于拌和、攤鋪和碾壓的性能。影響瀝青混合料施工和易性的因素很多，諸如當(dāng)?shù)貧鉁?、施工條件及混合料性質(zhì)等。 單純從混合料材料性質(zhì)而言，影響施工和易性的因素首先是混合料的級配情況，如果粗細(xì)集料的顆粒大小相差過大，缺乏

30、中間尺寸，混合料容易分層層積(粗粒集中表面，細(xì)粒集中底部)；如細(xì)集料太少，瀝青層就不容易均勻地分布在粗顆粒表面；細(xì)集料過多，則使拌和困難。此外當(dāng)瀝青用量過少，或礦粉用量過多時，混合料容易產(chǎn)生疏松，不易壓實。反之，瀝青用量過多，或礦粉質(zhì)量不好，則容易使混合料粘結(jié)成團(tuán)塊，不易攤鋪。,,第四節(jié) 礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計,一、礦質(zhì)混合科的級配理論和級配曲線范圍 (一)礦質(zhì)混合料的級配理論 1．級配曲線 (1)連續(xù)級配 連續(xù)級配

31、是某一礦質(zhì)混合料在標(biāo)準(zhǔn)篩孔配成的套篩中進(jìn)行篩析時，所得的級配曲線平順圓滑，具有連續(xù)不間斷的性質(zhì)，相鄰粒徑的粒料之間，有一定的比例關(guān)系(按質(zhì)量計)。這種由大到小，逐級粒徑均有，并按比例互相搭配組成的礦質(zhì)混合料，稱為連續(xù)級配礦質(zhì)混合料。 (2)間斷級配 間斷級配是在礦質(zhì)混合料中剔除其一個(或幾個)分級,形成一種不連續(xù)的混合料。這種混合料稱為間斷級配礦質(zhì)混合料。,,,粒徑（篩孔尺寸）圖10-4 連續(xù)級配和間斷級配曲線,(一)礦質(zhì)

32、混合料的級配理論,2．級配理論目前常用的級配理論，主要有最大密度曲線理論和粒子干涉理論。前一理論主要描述了連續(xù)級配的粒徑分布，可用于計算連續(xù)級配。后一理論，不僅可用于計算連續(xù)級配，而且可用于計算間斷級配。 （1）最大密度曲線理論W．B富勒(Fuller)和他的同事經(jīng)過研究提出了最大密度理想曲線理論，即礦質(zhì)混合料的顆粒級配曲線愈接近拋物線，則其密度愈大，當(dāng)級配曲線為拋物線時，其密度達(dá)到最大。,2．級配理論,(1)最大密度曲線公

33、式 式中：d —— 礦質(zhì)混合料各級顆粒粒徑(mm)； p —— 各級顆粒粒徑集料的通過量(％)； k —— 常數(shù)。 D —— 礦質(zhì)混合料的最大粒徑(mm)；,,,,,（a）常坐標(biāo)系圖10-5 理想最大密度級配曲線,,（b）半對數(shù)坐標(biāo)系圖10-5 理想最大密度級配曲線,2．級配理論,(2)最大密度曲線n冪公式 通常

34、使用的礦質(zhì)混合料的級配范圍(包括密級配和開級配)，其n值常位于0.3～0.7之間。在實際應(yīng)用時，礦質(zhì)混合料的級配應(yīng)該允許在一定范圍內(nèi)波動，所以目前多采用n次冪的表達(dá)式: 式中： n ——實驗指數(shù)。為計算方便起見, n 冪公式亦可采用對數(shù)形式表達(dá)，即：,,,(二)級配曲線范圍,二、礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計方法,礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計就是依據(jù)級配理論，采用合適的方法，確定組

35、成礦質(zhì)混合料的各種集料的比例（通常以質(zhì)量百分率表示）。礦質(zhì)混合料組成設(shè)計的方法主要有數(shù)解法與圖解法兩大類。1. 數(shù)解法最常用的為“試算法”和“正規(guī)方程法”(或稱“線性規(guī)劃法”)。試算法一般適宜用于3～4種礦料組成;正規(guī)方程法可用于多種礦料組成，所得結(jié)果準(zhǔn)確，但人工計算較為繁瑣，可編制計算機(jī)程序用計算機(jī)計算。,二、礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計方法,2. 圖解法圖解法是采用作圖的方法來確定礦質(zhì)混合料中各種集料的用量，常用的有兩種集料組成的

36、“矩形法”和三種集料組成的“三角形法”等。對由多種集料組成混合料，可采用“平衡面積法”，該法是采用一條直線來代替集料的級配曲線，這條直線是使曲線左右兩邊的面積相等 (即達(dá)到平衡)，簡化了曲線的復(fù)雜性。這個方法又經(jīng)過許多研究者的修正，故現(xiàn)行的圖解法稱為“修正平衡面積法”(簡稱圖解法)。,,圖10-9 確定各集料配合比的原理圖,,第五節(jié) 熱拌瀝青混合料的配 合比設(shè)計,瀝青混合料配合比設(shè)計的任務(wù)是確定混合料中粗集料、細(xì)集料

37、、礦粉和瀝青等材料相互配合的最佳組成比例，使瀝青混合料的各項指標(biāo)既達(dá)到工程要求，又符合經(jīng)濟(jì)性原則。瀝青混合料必須在對同類公路配合比設(shè)計和使用情況調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，充分借鑒成功的經(jīng)驗，選用符合要求的材料，進(jìn)行配合比設(shè)計。熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計包括目標(biāo)配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計和生產(chǎn)配合比驗證三個階段。本節(jié)主要介紹采用現(xiàn)行的馬歇爾試驗法對熱拌瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計。,,一、目標(biāo)配合比設(shè)計,目標(biāo)配合比設(shè)計在試驗室進(jìn)行，分礦質(zhì)混合料組

38、成設(shè)計和瀝青最佳用量確定兩部分. 具體流程見圖10-9. 1.礦質(zhì)混合料組成設(shè)計(1)確定瀝青混合料類型熱拌瀝青混合料適用于各種等級公路的瀝青路面。其種類按集料公稱最大粒徑、礦料級配、空隙率劃分，分類見表10-13。(2)確定礦質(zhì)混合料的級配范圍根據(jù)已確定的瀝青混合料類型，查表l0-14，表10-15確定所需礦料的級配范圍。,1.礦質(zhì)混合料組成設(shè)計,（3）礦質(zhì)混合料配合比計算 1)測定各組成材料的物理指標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場取樣，對粗

39、集料、細(xì)集料和礦粉進(jìn)行篩分試驗，分別繪出各組成材料的篩分曲線，同時測出各組成材料的相對密度，以供計算瀝青混合料物理指標(biāo)用。2)計算礦質(zhì)混合料配合比根據(jù)各組成材料的篩析試驗結(jié)果，借用計算機(jī)或采用圖解法，求出各組成材料用量的比例關(guān)系。3)調(diào)整配合比計算得到的合成級配應(yīng)根據(jù)要求作必要的配合比驗證。,2．馬歇爾試驗,(1)計算礦質(zhì)混合料的物理指標(biāo), 預(yù)估瀝青混合料的最佳油石比 Pa 或最佳瀝青用量Pb; (2)成型馬歇爾試件以預(yù)估的

40、油石比Pa (或瀝青用量Pb)為中值，按一定間隔(對密級配瀝青混合料通常為0.5%，對瀝青碎石混合料可適當(dāng)縮小間隔為0.3%～0.4％)，取5個或5個以上不同的油石比(或瀝青用量)分別成型馬歇爾試件。每個油石比成型一組試件。每一組試件的試樣數(shù)可按現(xiàn)行試驗規(guī)程的要求確定，對粒徑較大的瀝青混合料，宜增加試件數(shù)量。,2．馬歇爾試驗,(3)測定壓實瀝青混合料試件的物理指標(biāo)1)毛體積相對密度γf和吸水率;2)計算最大理論相對密度γti 3

41、)計算空隙率VV、礦料間隙率VMA、有效瀝青的飽和度VFA等指標(biāo);(4)測定力學(xué)指標(biāo):測定馬歇爾穩(wěn)定度及流值。,3．確定瀝青混合料最佳油石比 (或最佳瀝青用量),我國現(xiàn)行規(guī)范確定瀝青最佳油石比(或瀝青用量)的方法如下： (1)繪制瀝青用量與物理力學(xué)指標(biāo)關(guān)系圖以油石比(或瀝青用量)為橫坐標(biāo)，以馬歇爾試驗的各項指標(biāo)為縱坐標(biāo)（如圖10-12所示），將試驗結(jié)果點入圖中，連成圓滑的曲線。然后確定出符合瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的油石比(

42、或瀝青用量)范圍OACmin～OACmax。,,,3．確定瀝青混合料最佳油石比(或瀝青用量),（2）計算最佳油石比(或瀝青用量)的初始值OAC1 OAC1=（a1+a2+a3+a4）/3（3）計算最佳油石比(或瀝青用量)范圍的中值OAC2 OAC2=（OACmin + OACmax）/2 (4)綜合確定最佳油石比(或瀝青用量)OAC 通常情況下取OAC1及OAC2的中值作為計算的最佳油石比(或瀝青用量

43、) OAC。 OAC=(OAC1十OAC2)/2,3．確定瀝青混合料最佳油石比(或瀝青用量),(5)檢查圖10-12中相應(yīng)于此OAC的各項指標(biāo)是否均符合馬歇爾試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。（6）根據(jù)實踐經(jīng)驗和公路等級、氣候條件、交通情況，調(diào)整確定最佳油石比或瀝青用量OAC 。（7）檢驗最佳油石比或瀝青用量時的粉膠比和有效瀝青膜厚度.粉膠比宜符合0.6～1.6的要求。對常用的公稱最大粒徑為13.2mm～19mm的密級配瀝青混合

44、料，粉膠比宜控制在0.8～1.2范圍內(nèi)。,4. 配合比設(shè)計檢驗,對用于高速公路和一級公路的密級配瀝青混合料，需在配合比設(shè)計的基礎(chǔ)上按要求進(jìn)行各種使用性能的檢驗:(1)高溫穩(wěn)定性檢驗;（2）水穩(wěn)定性檢驗; （3）低溫抗裂性能檢驗; （4）滲水系數(shù)檢驗; （5）鋼渣活性檢驗。 不符合要求的瀝青混合料，必須更換材料或重新進(jìn)行配合比設(shè)計。其它等級公路的瀝青混合料可參照執(zhí)行。,二、生產(chǎn)配合比設(shè)計,在目標(biāo)配合比確定之后，對采用間隙

45、式拌和機(jī)生產(chǎn)的瀝青混合料應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計。,二、生產(chǎn)配合比設(shè)計,對間歇式拌和機(jī)，應(yīng)按規(guī)定方法從兩次篩分后進(jìn)入各熱料倉的材料中取樣測試各熱料倉的材料級配，確定各熱料倉的礦料配合比，使所組成的礦料級配與目標(biāo)配合比設(shè)計的級配一致;并取目標(biāo)配合比設(shè)計的最佳油石比或瀝青用量OAC、OAC±0.3％等3個油石比或瀝青用量進(jìn)行試拌和馬歇爾試驗，通過室內(nèi)試驗及從拌和機(jī)取樣試驗綜合確定生產(chǎn)配合比的最佳油石比或瀝青用量，供試拌試鋪使用。由此