瀝青混合料 第四章 瀝青混合料性能課件

瀝青混合料第四章瀝青混合料技術(shù)性質(zhì)第一節(jié)瀝青混合料概述定義：將一定級(jí)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(lèi)：1、按礦質(zhì)集料級(jí)配類(lèi)型分類(lèi)；2、按礦料級(jí)配組成及空隙率大小分類(lèi)；3、按集料公稱(chēng)最大粒徑分類(lèi)；4、按制造工藝分類(lèi)。按礦質(zhì)集料級(jí)配類(lèi)型分類(lèi)連續(xù)級(jí)配瀝青混合料：礦料級(jí)配組成中從大到小各級(jí)粒徑都有，按比例相互搭配組成的瀝青混合料。間斷級(jí)配瀝青混合料：礦料級(jí)配組成中缺少1個(gè)或幾個(gè)粒徑檔次而形成的瀝青混合料。按集料公稱(chēng)最大粒徑分類(lèi)最大粒徑：指要求集料100％通過(guò)的最小的標(biāo)準(zhǔn)篩篩孔尺寸。公稱(chēng)最大粒徑：混合料中篩孔通過(guò)百分率為90%-100%的最小標(biāo)準(zhǔn)篩孔尺寸。分類(lèi)：1、特粗式：公稱(chēng)最大粒徑大于31.5mm。2、粗粒式：公稱(chēng)最大粒徑為26.5mm或31.5mm。3、中粒式：公稱(chēng)最大粒徑為16mm或19mm。4、細(xì)粒式：公稱(chēng)最大粒徑為9.5mm或13.2mm5、砂粒式：公稱(chēng)最大粒徑小于9.5mm。按制造工藝分類(lèi)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(zhuān)門(mén)設(shè)備中加熱拌和而成，保溫運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，并在熱態(tài)下進(jìn)行攤鋪和壓實(shí)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(lái)的舊瀝青混凝土進(jìn)行加工處理后的混合料。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(shí)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(guò)壓實(shí)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(jí)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。兩種理論的主要區(qū)別是，表面理論重點(diǎn)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(shí)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(duì)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。2、骨架空隙結(jié)構(gòu)當(dāng)采用連續(xù)密級(jí)配的瀝青混合料時(shí)，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(diǎn)：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(shí)，瀝青面層下必須作下封層。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(shí)抗剪強(qiáng)度不足或塑性變形過(guò)剩而產(chǎn)生推及低溫時(shí)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(yàn)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。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?xún)?nèi)的瀝青稱(chēng)為結(jié)構(gòu)瀝青。此膜以外的瀝青稱(chēng)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(méi)有與礦料發(fā)生相互作用，僅將分散的礦料粘結(jié)起來(lái)，并保持原來(lái)性質(zhì)。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。瀝青與礦料表面的相互作用對(duì)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(huì)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。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。

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(duì)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(shí)，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(duì)礦粉細(xì)度也有一定的要求。希望<0.075mm粒徑的含量不要過(guò)少；但是<0.005mm部分的含量亦不宜過(guò)多，否則將使瀝青混合料結(jié)成團(tuán)塊，不易施工。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(rùn)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(shí)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(shí)，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。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(duì)瀝青混合料的內(nèi)摩擦角影響較小，而對(duì)瀝青混合料的粘聚力影響較為顯著。試驗(yàn)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。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(jí)配組成，以提高其壓實(shí)后的密實(shí)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(guò)程。耐久性技術(shù)性質(zhì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)—穩(wěn)定度（0.1mm）流值車(chē)轍試驗(yàn)—?jiǎng)臃€(wěn)定度（次／mm）高溫穩(wěn)定性低溫抗裂性低溫彎曲試驗(yàn)水穩(wěn)性耐老化性耐疲勞性浸水馬歇爾試驗(yàn)—?dú)埩舴€(wěn)定度（%）凍融劈裂試驗(yàn)—?dú)埩魪?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(yàn)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)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評(píng)價(jià)方法

1、馬歇爾試驗(yàn)

2、車(chē)轍試驗(yàn)規(guī)定：采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)（包括穩(wěn)定度、流值、馬歇爾模數(shù)）來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性，對(duì)于高速公路、一級(jí)公路、城市快速路、主干路用瀝青混合料，還應(yīng)通過(guò)動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)檢驗(yàn)其抗車(chē)轍能力。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(shí)試件的垂直變形（以0.lmm計(jì)）；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(chē)轍深度愈小，高溫穩(wěn)定性好。車(chē)轍試驗(yàn)：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(shí)間的反復(fù)行走，測(cè)試試件表面在試驗(yàn)輪反復(fù)作用下所形成的車(chē)轍深度。動(dòng)穩(wěn)定度：計(jì)算試件產(chǎn)生1mm車(chē)轍,所需試驗(yàn)車(chē)輪行走次數(shù)。b、車(chē)轍試驗(yàn)車(chē)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(gè)試件式中：d１、d２——為時(shí)間t1、t2的變形量42——每分鐘行走的次數(shù)（次／min）c1、c2——試驗(yàn)機(jī)或試樣修正系數(shù)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(jí)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(chēng)為低溫抗裂性能。低溫裂縫分類(lèi)1、面層低溫縮裂2、溫度疲勞裂縫3、反射裂縫評(píng)價(jià)方法1、間接拉伸試驗(yàn)2、彎曲試驗(yàn)3、斷裂溫度試驗(yàn)4、彎曲蠕變?cè)囼?yàn)5、彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)6、收縮試驗(yàn)…………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(shí)性6）瀝青的老化性能7）瀝青的含蠟量2、瀝青混合料的組成1）瀝青含量2）集料類(lèi)型和級(jí)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(lèi)型懸浮-密實(shí)型骨架-空隙型骨架-密實(shí)型水損害三、水穩(wěn)定性耐久性定義：瀝青混合料在使用過(guò)程中抵抗環(huán)境因素及行車(chē)荷載反復(fù)作用的能力

1.抗老化性

2.水穩(wěn)定性

3.抗疲勞性水損害是常見(jiàn)的一種病害與瀝青、集料性能有關(guān)1.水損害的機(jī)理側(cè)向水移動(dòng)高水位的滲流作用

通過(guò)表面裂隙、孔隙滲入

水帶

毛細(xì)水作用

蒸氣移動(dòng)

水帶上升

浸水馬歇爾試驗(yàn)真空飽水馬歇爾試驗(yàn)真空飽水劈裂試驗(yàn)凍融劈裂試驗(yàn)浸水車(chē)轍試驗(yàn)……3.水穩(wěn)定性試驗(yàn)方法（1）浸水馬歇爾試驗(yàn)試件：馬歇爾試件常規(guī)馬歇爾試驗(yàn)：60℃、40min浸水馬歇爾試驗(yàn)：60℃、48h殘留穩(wěn)定度=Sm1/Sm0*100（2）浸水車(chē)轍試驗(yàn)蠕變階段剝落階段剝落點(diǎn)轍槽深度/mm往復(fù)次數(shù)/萬(wàn)次采用馬歇爾試件，空隙率為7％試件條件：一組：60℃浸水40min，測(cè)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(cè)定其凍融劈裂強(qiáng)度R2(3)真空飽水馬歇爾實(shí)驗(yàn)殘留強(qiáng)度=R2/R1*100％采用馬歇爾試件，空隙率為7%試件條件：一組：25℃浸水2h，測(cè)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(cè)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(yàn)方法測(cè)定的劈裂強(qiáng)度比應(yīng)不小于80%。(4)凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度=R2/R1*100%(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(lèi)型空隙率、礦料比表面積等4、影響因素SMA與AC水穩(wěn)定性比較編號(hào)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(hào)+液體抗剝落劑A75.0484.82≥80％2E+90號(hào)+“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型級(jí)配瀝青膜厚6.329μm，SMA-13瀝青膜厚11.091μm

（2）瀝青混合料施工條件與施工質(zhì)量施工溫度、濕度攤鋪均勻程度、壓實(shí)度路面排水能力（3）自然因素凍融循環(huán)頻繁地區(qū)（1）集料：80%剝離來(lái)自于集料，選用孔隙率小，粗糙，潔凈的堿性集料；（2）瀝青：粘度大，酸值大的瀝青（3）摻加抗剝離劑消石灰液體抗剝離劑（4）混合料類(lèi)型：密實(shí)骨架（5）路面結(jié)構(gòu)防水（6）嚴(yán)格控制施工質(zhì)量5.提高水穩(wěn)定性的措施（四）抗滑性瀝青路面應(yīng)具有足夠的抗滑能力保證在最不利的情況下(路面潮濕時(shí))車(chē)輛能夠高速安全行駛，而且在外界因素作用下其抗滑能力不致很快降低。1.紋理宏觀