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(jiǎn)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(jiǎn)稱瀝青混凝土）、瀝青碎石混合料（簡(jiǎn)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(diǎn)：,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(wú)接縫，而具有一定的粗糙度。路面減震、吸聲、無(wú)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(shí)開放交通。③經(jīng)濟(jì)耐久，可分期改造和再生利用。④對(duì)溫度較敏感，會(huì)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(jì) 第五節(jié) 熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì),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(jí)配瀝青混合料和間斷級(jí)配瀝青混合料。④按礦料級(jí)配組成及空隙率大小分類：可分為密級(jí)配瀝青混合料（設(shè)計(jì)空隙率為3-5%）、半開級(jí)配瀝青混合料（設(shè)計(jì)空隙率為6-12%）和開級(jí)配瀝青混合料（設(shè)計(jì)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(jì)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(xiàng)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(jí)根據(jù)表10-1的要求來(lái)選用，必要時(shí)，瀝青的 PI值、60℃動(dòng)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(hào)時(shí)，必須考慮環(huán)境對(duì)瀝青混合料的作用，宜按照公路等級(jí)、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(diǎn)、施工方法等，結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖褂媒?jīng)驗(yàn)，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(jí)公路宜選用堅(jiān)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(jí)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(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)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(huì)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(guó)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(cāng)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(lái)美國(guó)有一種觀點(diǎn)，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(jí)配原則構(gòu)成的瀝青混合

10、料，根據(jù)粗集料的級(jí)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(shí)結(jié)構(gòu)、骨架—空隙結(jié)構(gòu)、骨架—密實(shí)結(jié)構(gòu)(1)懸浮—密實(shí)結(jié)構(gòu)：采用連續(xù)密級(jí)配的礦質(zhì)集料。特點(diǎn)：各級(jí)集料均被次級(jí)集料隔開，并懸浮在次級(jí)集料和瀝青之間，密實(shí)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(jí)配。特點(diǎn)：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(shí)結(jié)構(gòu)：礦質(zhì)集料采用間斷密級(jí)配。特點(diǎn)：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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(gè)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(jí)配集料表面越粗糙，則拌制的混合料經(jīng)壓實(shí)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(shí)又不易折斷破壞。間斷密級(jí)配瀝青混合料內(nèi)摩擦力大，具有高的強(qiáng)度；連續(xù)級(jí)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(jí)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(huì)改善混合料的膠結(jié)性能，便于拌和和壓實(shí)，有助于提高路面的密實(shí)度和強(qiáng)度。但當(dāng)瀝青用量過多時(shí)，則使集料顆粒表面的瀝青膜增厚，多余的瀝青形成潤(rùn)滑劑，以至在高溫時(shí)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(shí)際上是瀝青

15、和礦粉所形成的瀝青膠漿。一般來(lái)說(shuō)，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(duì)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(diǎn)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(huì)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(lái)說(shuō)，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(shí)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(shí)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(duì)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(huì)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(gè)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(guó)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)規(guī)定：采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性。對(duì)高速公路、一級(jí)公路、城市快速路、主干路所用的瀝青混合料，還應(yīng)通過動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)（車轍試驗(yàn)）檢驗(yàn)其抗車轍能力。,評(píng)價(jià)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(shí)試件的垂直變形(以0.1mm計(jì))。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(yàn)：,,瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn),,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(shí)間的反復(fù)行走，形成一定的車轍深度，然后計(jì)算試件變形1mm所需試驗(yàn)車輪行走的次數(shù)，即為動(dòng)穩(wěn)定度。,（2）車轍試驗(yàn)：,式中： DS ——瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度(次／mm) d1，d2——時(shí)

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(yàn)機(jī)或試樣修正系數(shù).,,動(dòng)穩(wěn)定度計(jì)算公式：,,我國(guó)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JTG F40—2004)規(guī)定：密級(jí)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(jí)公路時(shí)，穩(wěn)定度MS 應(yīng)不小于8kN，用于其它公路時(shí)，MS 應(yīng)不小于5kN。對(duì)用于高速公路和一級(jí)公路的公稱最大粒徑等于或小于19mm的密級(jí)配

21、瀝青混合料(AC)及SMA、OGFC混合料需在配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種使用性能檢驗(yàn)，必須在規(guī)定的試驗(yàn)條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫變形能力和應(yīng)力松弛能力；評(píng)價(jià)瀝青混合料斷裂性能。相關(guān)的試驗(yàn)有等應(yīng)變加載的破壞試驗(yàn)；低溫收縮試驗(yàn)；低溫蠕變彎曲試驗(yàn)等。我國(guó)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JTG F40—2004)規(guī)定，宜對(duì)用于高速公路和一級(jí)公路的公稱最大粒徑等于或小于19mm的密級(jí)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(yàn)，測(cè)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(píng)價(jià)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(duì)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(duì)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(huì)出現(xiàn)脫補(bǔ)、松散，進(jìn)而形成坑洞而損壞。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因?yàn)闉r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(jì)上采用堿性集料，以提高瀝青與集料的粘附性；采用密實(shí)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(guó)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JTG F40—2004)規(guī)定，對(duì)用于高速公路和一級(jí)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(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，以檢驗(yàn)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，并應(yīng)同時(shí)符合表10-12中的兩個(gè)要求。達(dá)不到要求時(shí)必須采取抗剝落措

26、施，調(diào)整最佳瀝青用量后再次試驗(yàn)。,浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn),①浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度(%)： MS0= （MS1/ MS）×100 MS1——試件浸水（60℃）48小時(shí)后的穩(wěn)定度（KN）； MS——標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定的穩(wěn)定度；②凍融劈裂試驗(yàn)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(zhǎng)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(huì)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(yàn)方法較多，足尺路面結(jié)構(gòu)的研究試驗(yàn)耗資大，周期長(zhǎng)，因此通常采用周期短、費(fèi)用少的室內(nèi)小梁疲勞試驗(yàn)。,,MTS810測(cè)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(píng)定。為保證長(zhǎng)

29、期高速行車的安全，配料時(shí)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(jí)瀝青含蠟量應(yīng)不大于3％，C級(jí)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(jí)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(shí)，混合料容易產(chǎn)生疏松，不易壓實(shí)。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(jì),一、礦質(zhì)混合科的級(jí)配理論和級(jí)配曲線范圍 (一)礦質(zhì)混合料的級(jí)配理論 1．級(jí)配曲線 (1)連續(xù)級(jí)配 連續(xù)級(jí)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(shí)，所得的級(jí)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(jì))。這種由大到小，逐級(jí)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(jí)配礦質(zhì)混合料。 (2)間斷級(jí)配 間斷級(jí)配是在礦質(zhì)混合料中剔除其一個(gè)(或幾個(gè))分級(jí),形成一種不連續(xù)的混合料。這種混合料稱為間斷級(jí)配礦質(zhì)混合料。,,,粒徑（篩孔尺寸）圖10-4 連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配曲線,(一)礦質(zhì)

32、混合料的級(jí)配理論,2．級(jí)配理論目前常用的級(jí)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(jí)配的粒徑分布，可用于計(jì)算連續(xù)級(jí)配。后一理論，不僅可用于計(jì)算連續(xù)級(jí)配，而且可用于計(jì)算間斷級(jí)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(jí)配曲線愈接近拋物線，則其密度愈大，當(dāng)級(jí)配曲線為拋物線時(shí)，其密度達(dá)到最大。,2．級(jí)配理論,(1)最大密度曲線公

33、式 式中：d —— 礦質(zhì)混合料各級(jí)顆粒粒徑(mm)； p —— 各級(jí)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(jí)配曲線,,（b）半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系圖10-5 理想最大密度級(jí)配曲線,2．級(jí)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(jí)配范圍(包括密級(jí)配和開級(jí)配)，其n值常位于0.3～0.7之間。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，礦質(zhì)混合料的級(jí)配應(yīng)該允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，所以目前多采用n次冪的表達(dá)式: 式中： n ——實(shí)驗(yàn)指數(shù)。為計(jì)算方便起見, n 冪公式亦可采用對(duì)數(shù)形式表達(dá)，即：,,,(二)級(jí)配曲線范圍,二、礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)方法,礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)就是依據(jù)級(jí)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(jì)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(jì)算較為繁瑣，可編制計(jì)算機(jī)程序用計(jì)算機(jī)計(jì)算。,二、礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)方法,2. 圖解法圖解法是采用作圖的方法來(lái)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(duì)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(lái)代替集料的級(jí)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(jiǎn)化了曲線的復(fù)雜性。這個(gè)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(jiǎn)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(jì),瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)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(xiàng)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(duì)同類公路配合比設(shè)計(jì)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(yàn)，選用符合要求的材料，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)包括目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)配合比驗(yàn)證三個(gè)階段。本節(jié)主要介紹采用現(xiàn)行的馬歇爾試驗(yàn)法對(duì)熱拌瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。,,一、目標(biāo)配合比設(shè)計(jì),目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)在試驗(yàn)室進(jìn)行，分礦質(zhì)混合料組

38、成設(shè)計(jì)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(jì)(1)確定瀝青混合料類型熱拌瀝青混合料適用于各種等級(jí)公路的瀝青路面。其種類按集料公稱最大粒徑、礦料級(jí)配、空隙率劃分，分類見表10-13。(2)確定礦質(zhì)混合料的級(jí)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(jí)配范圍。,1.礦質(zhì)混合料組成設(shè)計(jì),（3）礦質(zhì)混合料配合比計(jì)算 1)測(cè)定各組成材料的物理指標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣，對(duì)粗

39、集料、細(xì)集料和礦粉進(jìn)行篩分試驗(yàn)，分別繪出各組成材料的篩分曲線，同時(shí)測(cè)出各組成材料的相對(duì)密度，以供計(jì)算瀝青混合料物理指標(biāo)用。2)計(jì)算礦質(zhì)混合料配合比根據(jù)各組成材料的篩析試驗(yàn)結(jié)果，借用計(jì)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(jì)算得到的合成級(jí)配應(yīng)根據(jù)要求作必要的配合比驗(yàn)證。,2．馬歇爾試驗(yàn),(1)計(jì)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?yàn)r青用量Pb)為中值，按一定間隔(對(duì)密級(jí)配瀝青混合料通常為0.5%，對(duì)瀝青碎石混合料可適當(dāng)縮小間隔為0.3%～0.4％)，取5個(gè)或5個(gè)以上不同的油石比(或?yàn)r青用量)分別成型馬歇爾試件。每個(gè)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(yàn)規(guī)程的要求確定，對(duì)粒徑較大的瀝青混合料，宜增加試件數(shù)量。,2．馬歇爾試驗(yàn),(3)測(cè)定壓實(shí)瀝青混合料試件的物理指標(biāo)1)毛體積相對(duì)密度γf和吸水率;2)計(jì)算最大理論相對(duì)密度γti 3

41、)計(jì)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(cè)定力學(xué)指標(biāo):測(cè)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(guó)現(xiàn)行規(guī)范確定瀝青最佳油石比(或?yàn)r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?yàn)r青用量)為橫坐標(biāo)，以馬歇爾試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)為縱坐標(biāo)（如圖10-12所示），將試驗(yàn)結(jié)果點(diǎn)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?yàn)r青用量)范圍OACmin～OACmax。,,,3．確定瀝青混合料最佳油石比(或?yàn)r青用量),（2）計(jì)算最佳油石比(或?yàn)r青用量)的初始值OAC1 OAC1=（a1+a2+a3+a4）/3（3）計(jì)算最佳油石比(或?yàn)r青用量)范圍的中值OAC2 OAC2=（OACmin + OACmax）/2 (4)綜合確定最佳油石比(或?yàn)r青用量)OAC 通常情況下取OAC1及OAC2的中值作為計(jì)算的最佳油石比(或?yàn)r青用量

43、) OAC。 OAC=(OAC1十OAC2)/2,3．確定瀝青混合料最佳油石比(或?yàn)r青用量),(5)檢查圖10-12中相應(yīng)于此OAC的各項(xiàng)指標(biāo)是否均符合馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。（6）根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和公路等級(jí)、氣候條件、交通情況，調(diào)整確定最佳油石比或?yàn)r青用量OAC 。（7）檢驗(yàn)最佳油石比或?yàn)r青用量時(shí)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(duì)常用的公稱最大粒徑為13.2mm～19mm的密級(jí)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(jì)檢驗(yàn),對(duì)用于高速公路和一級(jí)公路的密級(jí)配瀝青混合料，需在配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上按要求進(jìn)行各種使用性能的檢驗(yàn):(1)高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn);（2）水穩(wěn)定性檢驗(yàn); （3）低溫抗裂性能檢驗(yàn); （4）滲水系數(shù)檢驗(yàn); （5）鋼渣活性檢驗(yàn)。 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(jì)。其它等級(jí)公路的瀝青混合料可參照?qǐng)?zhí)行。,二、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì),在目標(biāo)配合比確定之后，對(duì)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(jì)。,二、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì),對(duì)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(cāng)的材料中取樣測(cè)試各熱料倉(cāng)的材料級(jí)配，確定各熱料倉(cāng)的礦料配合比，使所組成的礦料級(jí)配與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的級(jí)配一致;并取目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的最佳油石比或?yàn)r青用量OAC、OAC±0.3％等3個(gè)油石比或?yàn)r青用量進(jìn)行試拌和馬歇爾試驗(yàn)，通過室內(nèi)試驗(yàn)及從拌和機(jī)取樣試驗(yàn)綜合確定生產(chǎn)配合比的最佳油石比或?yàn)r青用量，供試拌試鋪使用。由此