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沥青混凝土路面施工


课题 5.1 沥 青 路 面

一、概述
1.沥青路面的分类和优缺点 沥青路面:所有以沥青结合料来粘结矿料铺筑而成的不同路面结构,均 为沥青路面。 沥青表处和沥青贯入式:属于次高级路面,矿料级配 没有严格要求,一般以现场进行矿料摊铺并洒热沥青后进 行碾压成型的 沥 青 路 面 分 类 沥青碎石属于次高级路面:有厂拌和路拌之分,前者质 量与性能稳定。沥青碎石中矿料级配有一定要求,但没有 沥青混凝土的严格,其中没有或较少使用矿粉,孔隙率较 大。 沥青混凝土组成特点是: 级配要求严格、使用矿粉 (填料)较多、拌和要求严格(厂拌)。其级配有连续级 配、间断级配之分,近年来沥青路面中出现了许多新的结 构形式:如SMA、OGFC、SUPERPAVE等。本课程主要介绍常 规沥青混合料的性能、结构、强度特性和配合比设计等。

沥青路面的优缺点 主要优点: ①优良的结构力学性能和表面功能特性:一般沥青路面均具有良好的受力特 性;路面平整、无裂缝或接缝、柔韧舒适、货物损失率低、噪音小等优点 ②表面抗滑性能好:沥青路面既平整、表面又粗糙,有一定的粗、细纹理构 造,能保证车辆高速安全行驶 ③施工方便:沥青路面可以集中拌和(厂拌)、机械化施工(摊铺、碾压 等),完全可以实现大面积施工,质量能够得以保障,开放交通早 ④经济耐久性好:与水泥路面相比,沥青路面一次性投资要低得多,但其使 用寿命一般在高速公路和机场到面中以15年计,实际使用中只要施工质量好、 养护保养及时有的可以使用20年 ⑤便于再生利用:沥青再生利用已成为发达国家一项热门的可持续发展和能 源再生利用的新型课题,我国目前也在进行这方面的研究和技术开发;可以 有利于分期修建 ⑥其它,如抗震性好、日照下不反射引起眩光、晴天无扬尘、雨后不泥泞等

主要缺点:
①沥青易老化:沥青是多组分有机材料,随着使用期的 延长,沥青的胶体结构和组成成分发生变化,使沥青粘 性变差、塑性降低、沥青路面易表面松散、整体性降低, 从而导致结构破坏; 一般可以添加抗老化剂,如添加碳黑可以起到抗氧 化的作用,增强沥青的老化特性,还有其他材料如阻酚 类、氨基甲酸酯类、钙盐、胺类等,但研究不成熟。 ②温度敏感性较差:夏季高温易流淌,高温稳定性差; 低温易发脆,抗裂性能差。可采用优质沥青或采取改性 措施等。

沥青路面老化现象

老化定义?
在长期的大气因素作用下,因沥青塑性降 低,脆性增强,粘聚力减小,导致路面表 面产生松散,引起路面破坏。

温度稳定性差的表现:
夏季高温沥青易软化,路面易产生车辙、波 浪;冬季低温时易脆裂,在车辆重复作用下 易产生开裂。

车辙

泛油 波浪

2.沥青混合料的分类 沥青混合料一般是由矿质混合料(包含粗、细集料,矿粉)和沥青组成, 有时还有外加剂,其性能好坏与其组成材料有关。通常根据沥青混合料中 材料的组成特性、施工的方式等沥青混合料有以下几种分类方法:

(1)根据矿质混合料的级配类型进行划分
矿料由适当比例的粗集料、细集料和填料组成,根据矿料级配组成的 特点及压实后剩余空隙率的大小,可以将沥青混合料分为以下几类: ① 连续密级配沥青混凝土混合料 特点:级配为连续密级配,空隙率较低。 主要代表沥青混合料:AC和ATB类。前者设计空隙率通常为3%~6%,具

体、应根据不同的交通类型、气候特点而定,可见P110页表3-16所示,可
适用于任何面层结构;后者设计空隙率也为3%~6%,但粒径为粗粒式及特 粗式,一般称为密级配沥青稳定碎石混合料(ATB),主要适用于基层。

②连续半开级配沥青混合料 特点:空隙率较大,一般采用10%左右,粗细集料含量相对密级配 要多,填料较少或不加填料 主要代表混合料:沥青碎石混合料AM,适用于三级及三级以下公路、 乡村公路,此时表面应设置致密的上封层。 ③开级配沥青混合料 特点:矿料级配主要由粗集料组成,细集料和填料较少;沥青结合 料粘度要求较高。 主要代表混合料:排水式沥青磨耗层混合料 OGFC,排水式沥青稳定 碎石基层ATPB。 ④间断级配沥青混合料 特点:采用间断级配,即矿料级配组成中缺少一个或几个档次而形 成的级配,粗集料和填料含量较多,中间集料含量较少。

代表混合料:沥青玛蹄脂SMA。

(2)按矿料的公称最大粒径分类
集料最大粒径:指筛分试验中,通过百分率为100%的 最小标准筛孔尺寸,如AC-16,其最大粒径为19mm; 集料公称最大粒径:指全部通过或允许少量不通过的最 小一级标准筛筛孔尺寸,如AC-16,其公称最大粒径为 16mm,实际上沥青混合料名称中的数值即为公称最大粒 径。 沥青混合料一般按公称最大粒径的大小可分为特粗 式、粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式,与之相对应的 最大粒径和公称最大粒径见表3-1所示。

沥青混合 料类型

公称 最大 粒径 /mm

密级配 连续密 级配沥 青混凝 土DAC 9.5 13.2 16 19 DAC-5 DAC-10 DAC-13 DAC-16 沥青稳定 碎石ATB

半开级配 沥青碎石 混合料AM

开级配 排水式沥 青磨耗层OGFC 排水式沥 青稳定碎 石ATPB

间断级配 沥青玛蹄 脂碎石混 合料SMA

砂粒式 细粒式

4.75 9.5 13.2

AM-5 AM-10 AM-13 AM-16

OGFC-10 OGFC-13 OGFC16

-

SMA-10 SMA-13 SMA-16

中粒式

16

19

26.5

DAC-20

AM-20

-

-

SMA-20

粗粒式

26.5 31.5

31.5 37.5 53.0

DAC-25 3~6

ATB-25 ATB-30 ATB-40 3~6

6~12

>18

ATPB-25 ATPB30 ATPB40 >18

3~4

特粗式

37.5

设计空隙率(%)

(3)根据结合料的类型分类
根据沥青混合料中所用沥青结合料的不同,可分为石油沥青混合料 和煤沥青混合料,但煤沥青对环境污染严重,一般工程中很少采用煤沥 青混合料。

(4)根据沥青混合料拌合与铺筑温度分类
按照这种分类方法,可以将沥青混合料分为热拌热铺沥青混合料和 常温沥青混合料。前者主要采用粘稠石油沥青作为结合料,需要将沥青 与矿料在热态下拌合、热态下摊铺碾压成型;后者则采用乳化沥青、改 性乳化沥青或液体沥青在常温下与矿料拌合后铺筑而成的。

(5)根据强度形成原理分类
沥青混合料的组成材料不同,其强度形成原理也不同,一般可以分 为嵌挤原则和密实原则两大类。 按嵌挤原则构成的沥青混合料的结构强度主要是以矿料颗粒之间的嵌挤 力和内摩阻力为主,以沥青结合料的粘结力为辅形成的,如沥青贯入式、 沥青表处和沥青碎石等路面结构均属于此类。 按密实原则构成的沥青混合料则主要是以沥青与矿料之间的粘结力 为主,矿料间的嵌挤力和内摩阻力为辅,一般的沥青混凝土都属于此类。

二、沥青混合料的组成结构 沥青混合料主要有沥青、粗集料、细集料、矿 粉填料和外加剂(如抗剥离剂、抗老化剂、聚合物 改性剂等)组成。

影响混合料性能的因素:矿料颗粒的大小和不 同粒径的分布;颗粒组成的空间位置关系;沥青的 分布特征和矿料颗粒表面沥青层的性质;沥青混合 料空隙率的大小;空隙的分布与空隙间的连通情况; 外加剂与其他材料的配伍相容性及外加剂对沥青与 矿料性能的改善情况等。本部分主要讨论沥青混合 料的组成结构类型。

沥青混合料结构组成

沥青混合料结构类型
由于材料组成分布、矿料与矿料及矿料与沥青间的相互作用、 剩余空隙率的大小等不同,混合料可分为悬浮密实结构、骨架空 隙结构、骨架密实结构三大类。 (1)悬浮密实结构 如图所示,该结构组成的基本特点:采用连续级配,矿料颗 粒连续存在,而且细集料含量较多,将较大颗粒挤开,使大颗粒 不能形成骨架,而较小颗粒与沥青胶浆比较充分,将空隙填充密 实,使大颗粒悬浮于较小颗粒与沥青胶浆之间,形成“悬浮-密 实”结构。

代表类型:按照连续密级配原理设计的AC型沥青混合料是典型的 这种悬浮密实结构。
力学特点:大颗粒未形成骨架,内摩阻力ф值较小;小颗粒与沥 青胶浆含量充分,粘结力C值较大。

路用性能特点:由于压实后密实度大,该类混合料水稳定性、低 温抗裂性和耐久性较好;但其高温性能对沥青的品质依赖性较大, 由于沥青粘度降低,往往导致混合料高温稳定性变差。

(2)骨架空隙结构 如图所示,该结构组成的基本特点:采用连续开级 配,粗集料含量高,彼此相互接触形成骨架;但细集料 含量很少,不能充分填充粗集料件的空隙,形成所谓的 “骨架-空隙”结构。

代表类型:沥青碎石 AM 和开级配磨耗层沥青混合料 OGFC 等。
力学特点:大颗粒形成骨架,内摩阻力ф值较大;小颗 粒与沥青胶浆含量不充分,粘结力C值较低。 路用性能特点:粗集料的骨架作用,使之高温稳定性好; 由于细集料含量少,空隙未能充分填充,耐水害、抗疲 劳和耐久性能较差,所以一般要求采用高粘稠沥青,以 防止沥青老化和剥落。

(3)骨架密实结构 如图所示,其结构组成特点:采用间断级配,粗、细 集料含量较高,中间料含量很少,使得粗集料能形成骨架, 细集料和沥青胶浆又能充分填充骨架间的空隙,形成“骨 架-密实”结构。 代表类型:沥青玛蹄脂碎石混合料SMA。 力学性能特点:粗集料的骨架作用,内摩阻力ф值较大; 小颗粒与沥青胶浆含量充分,粘结力 C值也较大,综合力 学性能较优。

路用性能特点:该类混合料高低温性能均较好,具有较强 的疲劳耐久特性;但间断级配在施工拌合过程中易产生离 析现象,施工质量难以保证,使得混合料很难形成“骨架 -密实”结构。随着施工技术的发展,这类结构得以普遍 使用,但一定防止混合料拌合生产、运输和摊铺等施工过 程中防止混合料产生离析。

力学特性
沥青混合料一般抗压强度较高,抗剪、抗弯拉强度较低,因此路 面的损坏。往往是从拉裂或滑移开始而逐渐扩展。
1、抗剪强度 取决于两个基本参数:材料内摩阻力与粘结力。 内摩阻力: 矿料尺寸,形状,粗糙程度,矿料组成(尺寸大,表面棱角多,颗粒均匀矿料)。 沥青含量过多,沥青裹附矿料过厚,摩阻降低。 粘结力:取决于沥青与矿料相互作用 沥青粘滞度越高,粘结力越大。 矿料比表面积越大,沥青膜越薄,粘结力越大。 沥青活性高,矿料对沥青亲和性好,吸附作用强。 碱性石料粘附作用强(酸性石料强度高,耐磨)。 混合料中有水份吸附在矿料表面,粘结力低。 温度越高,粘结力越低。

2.抗拉强度

在气候较寒冷地区,冬季气温下降,特别是急骤降温时,沥青混合 料发生收缩受阻,就会产生拉应力,该应力超过沥青混合料的抗拉强度 时,路面就会产生开裂。 沥青混合料的抗拉强度,可用直接拉伸试验和间接拉伸—劈裂试验 来测定。

沥青混合料在低温下的抗拉强度同沥青的性质、沥青含量、矿质 混合料的级配、测试时的温度等因素有关。试验表明,沥青的粘滞 度大,或沥青含量较大,沥青混合料就会具有较高的抗拉强度。密 级配沥青混合料的抗拉强度较开级配混合料高,在低温下沥青混合 料的抗拉强度随温度降低而提高。

3.抗弯拉强度 沥青类路面在行车重复荷载作用下往往因路面弯曲而产生开裂破坏。 沥青混合料的抗弯拉强度可通过试验室内制作梁式试件,然后按简支梁 受力情况进行测定。 沥青混合料的抗弯拉强度为:

PL ? t= 2 bh

沥青混合料的抗弯拉强度,取决于所用材料的性质(如沥青的性质、 沥青的用量、集料的性质、混合料的级配与拌和质量等)及结构破坏过 程的加荷状况(如重复次数、应力增长速度等)。此外,温度状况对抗 弯拉强度也有很大影响。

沥青混合料技术性质

原材料性能 高温稳定性→ 低温抗裂性→ 水稳定性 → 耐疲劳性能→ ……

混合料性能

路面性能

车辙、拥包、推挤 低温开裂 水损坏(坑槽、松散) 疲劳裂缝(网裂)

温度稳定性
(一)高温稳定性 随温度升高,沥青的粘滞度降低,集料之间的粘结力消弱,从而导致强度成倍的 降低。

高等级渠化沥青路面最常见病害:车辙。
高温稳定性指夏季高温(60℃)条件下行车荷载长期反复作用后不产生车辙波浪 的性能。

高温稳定性破坏

沥青混合料的高温稳定性
上海地区的沥青路面年变温和日变温曲线 沥青混凝土抗压强度随温度的变化
温度(℃) 平均抗压强度(MPa)

50

1.0~2.0

20
0 -10 -35

2.5~5.0
8.0~13.0 10.0~17.0 18.0~30.0

影响高温稳定性的因素
影响因素 因素变化 车辙深度

集料

表面纹理 形状 尺寸

光滑→粗糙 圆角→砾 最大粒径增加 增加 增加 增加 增加 增加 增加 增加 增加 增加

减小 减小 减小 减小 增加 减小 增加 增加 增加 增加 增加 一般增加

结合料

劲度 用量 粘度

混合料

空隙率 VMA

荷载

大小 作用次数

环境 条件

温度 湿度

评定高温稳定性的方法:
1、马歇尔稳定度 稳定度MS(KN):标准试件、规定温度(60℃)及加荷速度在马歇尔仪中最大破 坏荷载。 流值FL(0.1mm):达到最大破坏荷载时试件垂直变形。 2、车辙试验(动稳定度) 标准成型300×300×50mm沥青混合料试件。60℃下以固定荷载的橡胶轮在同 一轨迹上做一定次数反复行车,计算变形1mm所需车轮行走次数。 上、中面层 高速公路≥800次/1mm 一级公路≥600次/1mm

高温稳定性提高方法: 增加粗集料含量; 沥青粘稠度高,控制沥青用量; 采用具有活性的矿粉,改善相互作用,提高粘结力; 使用改性沥青; 减薄沥青面层,以减小车辙深度。

低温稳定性(未列入标准)
沥青路面的低温缩裂大致可分为两类: 一类是温度下降而造成的路面开裂,它与沥青混合料的体积收缩有关, 这种裂缝是由表面开始发裂而逐渐发展成为裂缝; 另一类是属于路基或基层收缩与冰冻共同作用而产生的裂缝,这类裂缝 是从基层开始逐渐反映到沥青面层开裂。由于路面收缩的主轴是纵向的,因此, 低温产生的裂缝大多是横向的,且几乎是6m~l0m的等距离间隔,裂缝的出现 往往就是沥青路面损坏的开始。随着低温循环的影响,裂缝将会进一步扩展, 导致路面工作状况恶化。

影响沥青路面低温开裂的因素
1.混合料中沥青的性质

沥青低温延度及针入度越大,其开裂温度就越低,其中低温延度比针入度对 开裂温度的影响更为显著。
2.混合料的沥青含量

在马歇尔实验最佳用量-1%—+0.5%范围内,不明显影响路面的横缝产生频率
3.混合料的剩余空隙率 剩余空隙率越大,沥青混合料的劲度越小,低温收缩越小 4.混合料的级配与矿料品种 连续、密实的级配低温开例较小,矿料品种对低温开例影响不明显 5.沥青层的厚度 较厚的沥青层能限制和约束收缩裂纹的发展

6.基层情况
收缩明显的半刚性基层常常使沥青面层产生较多的低温裂缝和反射裂缝 6.基础情况

沥青面层相同情况下,在沙土路基上的沥青路面的裂缝比粘土路基上的沥青 路面的裂缝要密

处理方法: 使用稠度较低、温度敏感性低的沥青。

增加沥青面层厚度。
使用改性沥青。

沥青混合料的水稳定性 (一)表现

基层翻浆

混合料松散

坑槽

(二)影响水稳定性的因素
1.混合料空隙率
2.混合料中矿料与沥青的黏附性 3.下层排水情况

耐久性
耐久性是指路面抵抗各种破坏因素的能力,例如沥青老化、集料散失和沥青 从矿料上剥落等。这些因素可能是气候、交通或两者结合而造成的结果。 沥青混合料的耐久性一般可以通过二种方法提高: 一是采用最大沥青用量,由于厚的沥青膜较薄的沥青膜不容易迅速地老化和 硬化,所以,采用最大的沥青用量,可以使沥青较长时间地保持其原有特性,最 大沥青含量还可以有效地密封面层中过多的相通孔隙。以阻止空气和水渗入; 二是采用密级配抗剥落集料,密级配能使集料颗粒之间接触很紧密,防止渗 透;抗剥落的集料则可以抵抗水和行车作用从集料颗粒上剥落沥青膜。目前,常 使用抗剥落剂或矿物填料(如石灰等)来加强混合料的抗剥落性能。 1、空隙率尽量减少,以防止水渗入和日光对沥青的老化作用。 一般3~6%剩余空隙以备夏季沥青膨胀。 2、还用残留稳定度表征沥青混合料耐久性(浸水48h)。

第二部分 沥青路面分类与抗滑
一、沥青路面的基本特性
(一)与水泥混凝土路面相比,沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒 适、耐磨、振动小、噪音低 、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建 等优点。 (二)沥青路面属柔性路面,强度与稳定性在很大程度上取决于土基和基 层的特性 。

二、沥青路面的分类
(一)按强度构成原理 密实类: 矿料的级配按最大密实原则设计,其强度和稳定性主要取决 于混合料的粘聚力和内摩阻力。混合料致密而耐久,但热稳定性较差. 嵌挤类:矿料颗粒尺寸较为均一,路面的强度和稳定性主要依靠骨料 颗粒之间内摩阻力,而粘聚力则起次要作用。热稳定性较好,但因空 隙率较大、易渗水,且耐久性较差。

(二)按施工工艺的不同

层铺法:分层洒布沥青,分层铺撒矿料和碾压的方法修筑;

路拌法:在路上用机械将矿料和沥青材料就地拌和摊铺和碾压密实而成的
沥青面层;

厂拌法:一定级配的矿料和沥青材
料在工厂用专用设备加热拌和,然 后送到工地摊铺碾压而成的沥青路 面。

(三)按沥青路面的技术特性 沥青表处 :用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚度不超
过3cm的沥青路面; 适用于三级及三级以下公路、各级施工便道以及在旧路 面层上加铺罩面层或磨耗层。

沥青贯入式:用沥青和集料按层铺法铺筑而成,厚度一般为4~8
cm的沥青路面 ; 适用于二级及二级以下公路。

乳化沥青稀浆封层:用适当级配的石屑或砂、填料(水泥、石灰、
粉煤灰、石粉等)与乳化沥青,外加剂和水,按一定比例拌和而成 的流动状态的沥青混合料,将其均匀摊铺在路面上的沥青封层。

可封闭裂缝、防水、提高表面耐磨、抗滑性及平整度。

沥青混凝土与沥青碎石
沥青混凝土:由适当比例的粗集料、细集料及填料组成的符合规定级配的
矿料,与沥青拌合而制成的符合技术标准的沥青混合料(以AC表示)。压实 后剩余孔隙率10%以下,属密实级配结构。

沥青碎石:由适当比例的粗集料、细集料及少量填料(或不加填料)与沥

青拌合而制成的沥青混合料,压实后剩余孔隙率大于10%以上(以AM表示)。 属嵌挤结构。

沥青混凝土:适用于高速公路和一级公路的沥青面层。 沥青碎石:适用于下面层、联结层和整平层。

乳化沥青稀浆封层

乳化沥青是将在热熔状态的沥青和含有乳化剂的水溶液共同在外加的机械力 作用下,使沥青以微滴状态均匀稳定的分布在水溶液之中的乳状液(亦称沥青乳 液)。

它的主要优点是在常温下可与冷的石料,表面潮湿的石料进行拌和施工。除此 之外,还具有节省燃料和能源,减少环境污染,减轻施工人员的劳动强度等优点。

乳化沥青是一种配方复杂的乳液,从路面施工和使用的要求来考虑,既希望乳 液在贮存运输过程中保持稳定,又希望在路上使用之后乳液中的沥青能尽快从水 中分离出来,以发挥沥青的粘结性能。

通常把乳化沥青中的沥青微滴从水相界面分离出来,互相结成团以至在石料表 面粘连成沥青薄膜的过程,称为破乳。其分离出来的快慢程度,称为破乳速度。 这是一个很重要的因素,它直接关系到路面施工方式和机具的适应性。

乳化沥青稀浆封层 是用适当级配的石屑或砂、填料(水泥、石灰、粉煤灰、石粉等)与乳化沥 青,外加剂和水,按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料,并将其均匀 地摊铺在路面上的沥青封层。 稀浆封层可以作为上封层、也可以可为下封层。 对于空隙较大、透水严重、有裂缝的旧路面或[日沥青路面需要铺抗滑 层,新建沥青路面需铺筑磨耗层或保护层时,稀浆封层可用作上封层。 对于多雨地区沥青面层的孔隙较大,在铺筑基层后不能及时铺筑沥青 面层 且需要开放交通时,可作为下封层。 稀浆封层的厚度宜为3cm一6cm。

乳化沥青稀浆封层的主要作用有如下几个方面。 1.具有填充性 稀浆中含有占集料重量10%~20%的水和10%~u%的乳 液,且稀浆封层中的混合料较细,具有较好的流动性,很容易进入微裂缝和小 坑槽中,将路面填充密实成为整体。因此具有封闭裂缝和提高路面平整度的作 用。 2.具有很好的防水性 稀浆封层混合料中集料级配合理,能均匀,牢固、 密实地粘附在路面上,具有较好的水稳性并防止水分渗透,保持基层稳定。

3.有一定的耐磨性 用于稀浆封层的集料其强度,压碎值、磨光值、含泥 量等性能指标均达到标准要求,不论是酸性和碱性石料都能很好的粘附在路面 上,在路面上形成磨耗层。
4.具有良好的抗滑性能 由于选择了坚硬而有棱角的集料,沥青又能均匀 地裹复骨料。封层后纹理深度较佳,摩擦系数显著增加。

沥青混凝土和沥青碎石通常作为高级路面的面层。

SMA沥青混合料路面 SMA是一种新型沥青混合料,在欧洲被称为Split Mastic Asphalt,美国则称 之为Stone Mastic Asphalt,我国“公路沥青路面设计规范”将其正式命名为 “沥青玛蹄脂碎石混合料”,其意义为用沥青玛蹄脂填充碎石骨架而形成的混合料。 SMA的组成特点和基本特征 SMA路面通过采用木质素纤维或矿物纤维稳定剂、增加矿粉用量、沥青改性等 技术手段,组成沥青玛蹄脂,沥青玛蹄脂可以使沥青的感温性变小,沥青用量增加, 由它填充间断级配碎石集料中的空隙,从而使混合料既能保持间断级配沥青混合料 表面性能好的优点,又能克服其耐久性差的缺点,尤其是能使混合料的高温抗车辙 能力、低温抗裂性能、耐疲劳性能和水稳定性等各种路用性能大幅度提高。

SMA的组成特点
SMA是由沥青稳定添加剂、矿粉及少量细集料组成的沥青玛碲脂填充间断级 配的碎石骨架组成的骨架嵌挤型密实结构混合料,它的最基本组成是碎石骨架和沥 青玛蹄脂两部分(图11—1),其结构组成有如下特点: ①SMA是一种间断级配的沥 青混合料。图11—2示出了密级 配沥青混凝土、排水沥青混凝土 及SMA的剖面图,从中可以看出 它们结构组成的不同之处。 ②SMA增加了矿粉用量,使 其能在混合料中加入较多的沥青, 同时还使用了稳定添加剂。 ③SMA的沥青用量比普通沥 青混合料要高出1%以上,并要 求其具有较高的粘结力,通常选 用针人度小、软化点高、温度稳 定性好的沥青,如能采用改性沥 青,可进一步改善高低温变形性 能及与矿料的粘附性。

SMA的基本特征 SMA的特征主要表现在两个方面: 其一,大粒径集料互相嵌锁而形成高稳定性(抗变形能力)的结构骨料; 其二,由细集料、沥青结合料及稳定添加剂组成的具有足够数量的沥青玛蹄脂,除 满足将骨架胶结在一起的要求外,还使混合料具有较好的柔性和耐久性。 SMA采用间断级配集料形成碎石骨架,其中有低百分率的细集料和较高比例的矿粉 填料。由于大粒径集料的含量高,矿料间具有较高的空隙率,使其能容纳较多的沥青, 从而减少氧化、老化变硬和低温裂缝产生的可能性。而细集料则起着填充空隙的作用, 纤维添加剂增加了矿料的比表面积,从而增加了沥青的稠度和沥青玛蹄脂的稳定性,并 可避免沥青混合料在运输和摊铺过程中产生离析现象,还可改善混合料的稳定性。 与传统的密级配沥青混凝土相比较,SMA具有如下特点: (1)较高的稳定性 SMA 具有比密级配沥青混凝土更高的抗车辙能力。采用相同的粗集料分别制成密级配沥青混 凝土和SMA混合料,经轮辙试验机在不同温度下分别进行800次加载试验后,所得试验 结果列于表11—1。
试验温度(℃) 辙槽深度(mm) 试验温度(℃) 辙槽深度(mm) 密级配 40 60 2.73 7.61 密级配 SMA 1.75 3.11 SMA 1.51 4.70

表11—1 轮辙试验结果

20 50

3.81 4.40

(2)较高的疲劳寿命 影响沥青路面疲劳寿命的主要因素有沥青品种和含量、空 隙率、温度、试验频率及荷载作用方式等。混合料的空隙率和沥青用量与疲劳寿命 的关系极大,而空隙率小、沥青含量高正是SMA混合料的显著特点。SMA中碎石所 包裹的沥青膜较厚,有效地减小了混合料的空隙率。此外,高沥青含量的SMA混合 料所产生的疲劳破坏,在夏季行车作用下具有自动愈合的能力。在以上两方面因素 的综合作用下,使得SMA混合料的抗疲劳能力大大高于密级配沥青混凝土。
(3)较好的耐久性 实践证明SMA耐久性非常好,不易松散,抵抗温度裂缝和荷 载裂缝的性能好。其优异的耐久性来源于沥青玛蹄脂的不透水性,由于其渗透性小, 空气及水的渗入量小,从而减缓了沥青的氧化过程,提高了耐久性。

(4)较好的抗磨耗及抗滑能力 SMA含有高比例、高品质的粗集料,使其具有较 大的表面构造深度和抗磨耗能力。
(5)良好的平整度和能见度 SMA的高温稳定性使路面稳定,具有良好的平整度 和行车舒适性。SMA还能减少灯光的反射,减小雨中行车的水雾,从而提高了路面 能见度和行车安全。 (6)较好的经济效益 SMA混合料采用高品质的矿质集料,较高含量的优质沥青, 并加入添加剂,增加拌和时间,使得SMA的单位价格比传统密级配沥青混凝土高, 但由其较高的稳定性及较高的疲劳寿命,使SMA的使用寿命比传统密级配沥青混凝 土高出30%一40%,若考虑到有效使用年限、维修费用及使用者费用,折算成年 平均成本时,SMA比传统密级配沥青混凝土更经济,特别是在高温重载、大交通量 的条件下,SMA更具有较高的经济效益。 可知,SMA对沥青路面的各种性能都有所改善,尤其以抗车辙性能及耐久性的 改善效果最为显著。欧洲沥青路面协会(EAPA)1998年曾对SMA路面的应用情况做 过总结和归纳,EAPA认为,归纳SMA的优点,首先是具有良好的表面功能,抗滑, 车辙小,平整度高,噪音小,能见度好。其次是增加了路面抗变形能力,不透水, 使用寿命长,维修养护工作量小。同时,它可以减薄表面层厚度,易于施工和重建, 维修重建对交通的影响小。

SMA的应用 SMA所具有的一系列特性使其除了可代替传统密级配沥青在一般路面上使用外,某 些特殊路面或特殊环境下,还可解决采用密级配沥青所难以解决的问题。 SMA具有较好的稳定性,能有效地抵抗重复荷载作用下所形成的车辙,因而可在交 叉口、公交站点等易产生车辙的部位用SMA代替传统密级配混凝土以提高抗车辙能力。 沥青混凝土路面铺筑完工后,应有足够的时间让路面冷却后才能开放交通,如在路 面没有充分冷却的情况下即提早通车,将对路面造成极大的损害,其主要原因是沥青没 有充分冷却时稳定性较差,承受车辆荷载作用时,将形成严重的辙槽,甚至断裂。而 SMA在高温时具有比密级配沥青混凝土更高的稳定性,对提早开放交通的影响较小。

钢板桥面铺装一直是工程界难以很好解决的一个问题。由于钢桥桥面板日夜温差过 大,夏季面板温度很高,再加上其具有的高挠度,要求桥面铺装须有较好的高温稳定性, 低温延展性和优异的抗疲劳性能,但目前所使用的桥面铺装材料多难以胜任,即使是造 价不菲的环氧树脂,也难以完全解决上述问题。而细粒式SMA,尤其是采用高达7.0% 的沥青含量及经高分子聚合物处理的改性沥青,可较好地解决上述问题。

三、沥青路面的抗滑问题
(一)抗滑性能及影响因素

? (1)路面粗糙度

路面粗糙 度 粗纹理 细纹理
石料表面的纹理

面层表面外露的石料之间凹凸不平所形成 的纹理

(2)干湿状态、温度、车速 但当路表处于潮湿状态,特别是路表与轮胎之间形成水膜时,摩擦系数要小得 多。随着车速的提高,摩擦系数将降低。温度对摩擦系数也有影响,一般随着路 面温度的升高,摩擦系数相应减小。

(3)面层结合料、集料对摩擦系数的影响

抗滑性而言,以煤沥青最好,混合沥青次之,粘稠石油沥青稍差, 多蜡液体沥青(渣油)最差。 不论何种结合料,其用量增加,摩擦系数均降低。 碱性石料对沥青的吸附性好,但不耐磨耗,但经过行车作用后易磨损而 变光滑。未风化的酸性岩石,大多强度高、耐磨,但与石油沥青的粘附 性较差,所以要经过碱性处理为好。有棱角、表面粗涩、形状接近立方 体的集料,其摩擦系数要比圆滑的集料大的多。此外,在集料的级配组 成上,开级配的路面表面抗滑性能较好。

(二)沥青路面抗滑标准
对沥青类路面采用摩擦系数、石料磨光值和路表宏观构造(即构造深度)三项 指标作为抗滑标准 。

(三)沥青路面的防滑措施
(1)选择适宜的沥青标号与沥青用量。尽可能使用优质沥青;在满足耐 久性的前提下尽量减少沥青用量。 (2)选择坚硬耐磨、有棱角、表面粗糙的集料,注意集料的级配组成。 (3)修筑抗滑表层。指为汽车交通提供较好抗滑能力,用抗滑表层混合 料(AK)铺筑的符合规定的宏观粗糙度、摩擦系数要求的沥青上面 层。

抗滑表层是指为汽车交通提供较好的抗滑能力,用抗滑表层混合料(以
AK表示)铺筑,符合规定的宏观粗糙度及摩擦系数要求的沥青面层的上 面层,也称抗滑磨耗层。 具体作法是在沥青混合料碾压即将完成之前,立即铺撒硬质矿料,并压 人混合料表面内做成防滑封面层,可提高路面的抗滑性能; (4)也可采用多孔的沥青混合料(孔隙率2l%~29%)铺成透水面层, 加速路面表面排水,提高轮胎与路面之间的抗滑能力; (5)亦可以在沥青路面上涂布粘结力强的人造树脂,如环氧树脂、聚 氨甲酸脂等,然后铺撒硬质粒料,待树脂完全硬化后,即可形成一表面 防滑层,但这种方法成本较高,只有在特殊路段才采用。

沥青混合料组成材料

最好都是 碱性材料

沥青材料

粗集料
各种粒径 的碎石 (方孔筛)

细集料
天然砂 机制砂 石屑

填料

基质沥青 改性沥青

矿粉

原材料名称

技术指标

执行标准

沥青材料

针入度 针入度指数 软化点 延度 蜡含量 闪点 溶解度 密度 压碎值 磨耗值 表观相对密度 吸水率 坚固性 针片状颗粒含量 <0.075mm颗粒含量 软尽弱颗粒含量 磨光值 粘附性 破碎面要求 表观相对密度 坚固性 含泥量 砂当量 亚申蓝值 棱角性

《公路工程沥青及沥 青混合料试验规程》 JTJ 052-2000

原材料的 技术要求
(P204~P207)

粗集料

1.《公路工程集料 试验规程》 JTG E42-2005 2.《公路沥青路面 施工技术规范》 JTG F40-2004

细集料





表观密度 含水量 粒径范围 外观 亲水系数 塑性指数 加热安定性

第三部分 沥青路面材料的要求
一、对原材料的要求 1.沥青 1)石油沥青
气 候 分 区 寒 区 沥青 沥青路面类型

种类

沥青表面处治

沥青贯入式及上拌 下贯式 A—140 A—180

沥青碎石

沥青混凝土

石油 沥青

A—140 A—180

AH—90 AH—110 AH—130 A—100 AH—90 AH—110 A—100

AH—90 AH—110 A—100

温 区

石油 沥青

A—100 A—140 A—180 A—60 A—100 A—140

A—140 A—180

AH—70 AH—90 A—60 A—100

热 区

石油 沥青

A—60 A—100 A—140

AH—50 AH—70 AH—90 A—100 A—60

AH—50 AH—70 A—60 A—100

寒冷地区:年度内最低月平均气温(℃)低于-10°;年内月平均气温25℃的日数(天)少于215; 温和地区:年度内最低月平均气温(℃)0~-10°;年内月平均气温25℃的日数(天)215~270; 较热地区:年度内最低月平均气温(℃)高于0°;年内月平均气温25℃的日数 (天)多于270。

道路石油沥青的性能主要取决于油源

2)煤沥青 不宜作沥青面层用,一般仅作为透层沥青使用 3)乳化沥青 酸性、潮湿的石料,以及低温季节施工宜选用阳离子乳化沥青;碱性石料 或与掺入的水泥、石灰、粉煤灰共同使用时,宜选用阴离子乳化沥青。 4)改性沥青 ①热塑性橡胶类:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯( SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯 (SIS)等 ②橡胶类:天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、丁二烯橡胶 (BR)等 ③树脂类:乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯( PE }、无规聚丙烯 (APP) ,聚氧乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等。

2.粗集料(大于2.36mm粒径) 1)沥青路面可用的粗集料有碎石、筛选砾石、破碎砾石、矿渣等 2)粗集料基本技术要求
指标 高速公路、一级公路 其它等级公路

石料压碎值

不大于(%)

28 30 2.50 2.0 4级

30 40 2.45 3.0 3级

洛杉矶磨耗损失 不大于(%) 视密度 吸水率 不小于(%) 不大于(%)

对沥青的粘附性 不小于

坚固性

不大于(%)

12
15


20

细长扁平颗粒含量 不大于(%)

3)粗集料应优先选用同沥青材料有良好粘附性的碱性碎石
4)粗集料的级配决定混合料的种类

为了保证石料与沥青之间有较好的粘结性能, 经检验属于酸性岩石的石料,用于高速公路、一级 公路和城市快速路、主干路时,宜使用针入度较小 的沥青,必要时可在沥青中掺加抗剥离剂,或用干 燥的磨细消石灰或生石灰粉、水泥作为填料的一部 分,其用量宜为矿料总量的1%~2%,将粗集料用石 灰浆处理后使用也可以有效地提高石料与沥青之间 的粘结力。

3.细集料
1)沥青面层的细集料可采用天然砂、机制砂及石屑;

2)细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的颗粒 组成;
3)热拌沥青混合料的细集料宜采用优质的天然砂或机制砂, 在缺砂地区也可以用石屑; 4)与沥青粘结性能很差的天然砂及用花岗岩、石英岩等酸性石 料破碎的机制砂或石屑不宜用于高速公路、一级公路沥青面层。

4.填料
采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到 的矿粉
指标 视密度 不小于(t/m3) 高速公路、一级公路 2.50 其它等级公路 2.45

含水量 不大于(%)
粒度范围 <0.6mm (%) <0.15mm(%) <0.075mm(%) 外 观

1
100 90~100 75~100 无 团 粒 结 块

1
100 90~100 70~100

亲水系数

<1

为提高矿料粘附性,可掺入低于2%的消石灰粉、水泥或 粉煤灰

拌制沥青混合料,需解决以下问题: 1.对原材料有何要求?如何对其检测? 2.怎样配制沥青混合料?即如何进行配合比设计?

沥青混合料的拌合

第二节 普通热拌沥青混合料的组成设计
热拌沥青混合料是由矿料与粘稠沥青在专门设备中加热拌合而成,用 保温设备运输至现场,并在热态下进行摊铺和压实的混合料,简称“热拌 沥青混合料”,以HMA表示,本节主要介绍热拌沥青混合料的组成设计。

一.沥青路面使用性能的气候分区
了解沥青路面分区指标(高温、低温、降雨量)和我国沥青路面的气 候分区状况。 1.气候分区指标 采用工程所在地最近30年内最热月份平均最高气温的平均值,作为反 映高温和重载条件下出现车辙等流动变形的气候因子,并最为气候分区的 一级指标,划分为3个区。 采用工程所在地最近30年内的极端最低气温,作为反映温度收缩产生 裂缝的气候因子,并作为气候分区的二级指标,划分为4个区。 采用工程所在地最近30年的年降雨量的平均值,作为受雨水影响的气 候因子,并作为气候区划的三级指标,划分为4个区。

2. 气候分区的确定 沥青路面使用性能气候分区由一、二、三级区划组合而成,以综 合反映该地区的气候特征,见表3-5。如我国上海市属于1-3-1气候区, 即为夏炎热冬冷潮湿区,对沥青混合料的高温稳定性和水稳定性要求较 高。每级区的数值越小,表明该气候因子对路面的影响越恶劣。
表3-5 沥青路面使用性能气候分区
气候分区指标 高温气候区 按照高温 指标 气候名称 七月平均最高温度 低温气候区 按照低温 指标 气候名称 1 夏炎热区 >30 1 冬严寒区 2 冬寒区 气候分区 2 夏热区 20~30 3 冬冷区 3 夏凉区 <20 4 冬温区

极端最低气温 雨量气候区 按照雨量 指标 气候区名称 年降雨量(mm)

<-37 1 潮湿区 >1000

-37~21.5 2 湿润区 1000~500

-21.5~-9 3 半干区 500~250

>-9 4 干旱区 <250

二、沥青混合料组成材料的技术要求
沥青混合料的技术性质决定于组成材料的质量品质、用量比例及沥青 混合料的制备工艺等因素,其中组成材料的质量是首先需要关注的问题。 1. 沥青 选择依据:沥青应根据气候条件和沥青混合料类型、道路等级、交通性质、 路面类型施工方法以及当地使用经验等,经技术论证后确定。 选择原则:粘度较大的粘稠沥青混合料具有较高的力学强度和稳定性,但 粘度过高,则混合料的低温变形能力较差,路面易开裂。反之粘度较低的 沥青的混合料在低温时变形能力较好,但在高温时往往会产生较大的高温 变形。一般来说,可根据当地沥青路面气候分区的温度水平选择沥青。在 夏季温度高或高温持续时间长的地区,应采用粘度高的沥青;而在冬季寒 冷地区,则宜采用稠度低、气温进度较小的沥青。对于日温较大的地区还 应考虑选择针入度指数较大、感温性较低的沥青。 对于重载交通路段、高速公路更实行渠化交通的路段、山区及丘陵区 上坡路段、服务区、停车场等行车速度慢的路段,应选用稠度大的沥青。 对于交通量小、公路等级低的路段可选用稠度略小的沥青。

2.粗集料

(1)粗料集的物理力学性质要求
选择原则:

①粗料集料可采用碎石、破碎砾石、筛选砾石、 矿渣等。
②用于高速公路、一级公路、城市快速公路、主 干路沥青路面表层用粗集料应选用坚硬、耐磨、抗冲 击型号的碎石或破碎砾石,不得使用筛选砾石、矿渣 及软质集料,该类粗集料应符合表3-6对磨光值和粘 附性的要求。

③当坚硬石料来源缺乏时,允许掺加一定比例较 小粒径的普通粗集料,掺加比例根据试验确定。在以 骨架原则设计的沥青混合料中不得掺加其他粗集料。

粗集料磨光值及其与沥青粘附性的技术要求 表3-6

雨量气候地 区技术指标

1(潮湿区)

2(湿润区)

3(半干区)

4(干旱区)

粗集料磨光值(psv)

≥42

≥40

≥38

≥36

粗集料 与沥青 的粘附性

表层 其它 层次

≮5

≮5

≮4

≮3

≮4

≮4

≮3



基本要求: ①应该洁净、干燥、表面粗糙、形状接近立方体, 且无风化、不含杂质,并具有足够的强度、耐磨耗性。 粗集料的质量应符合表3-7的要求。 ②破碎砾石应采用粒径大于 50mm 的颗粒轧制,破 碎前必须清洗,含泥量不大于 1% ,破碎面积应符合表 3-7的要求。 ③钢渣作为粗集料时,仅限于三级及三级以下公 路和次干公路以下的城市道路,并应经过试验论证取 得许可后使用。钢渣破碎后应由6个月以上的存放期, 除吸水率允许适当放宽外,各项指标应符合表 3-7的要 求。

表3-7

沥青混合料用粗集料质量要求
高速公路、一级公路、城市快速路、主干路 其它等级的公路与城 市道路

技术指标 表面层 石料压碎值(%)≤ 洛杉矶磨耗损失(%)≤ 视密度①(t/m3)≤ 吸水率①(%)≤ 坚固性②(%)≤ 软石含量(%)≤ <0.075mm颗粒含量(水洗法)(%)≤ 针片状颗粒含量(%) ≤ 粒径〉9.5mm 粒径<9.5mm 1个破碎面 2个破碎面 25 28 2.60 2.0 12 1 1 12 18 100 90 其它层次 28 30 2.50 3.0 12 5 1 18 20 90 80

30 40 2.45 3.0 5 1 80(70)③ 60(50)③

破碎砾石的破碎面 ≥

注: ①当粗集料用于高速公路、一级公路和主干路时,多孔玄武岩的是密度可放宽至2.45t/m3,吸水率 可放宽至3%;但须得到主管部门的批准; ②坚固性实验根据需要进行; ③括号外数据为对表层用集料的要求;括号种数据为对其它层次的要求。

(2)与沥青的粘附性要求
在高速公路、一级公路、城市快速路和主干沥青 路面中,需要使用坚硬的粗集料,当时用花岗岩、石 英岩等酸性岩是轧制的粗集料时,若达不到粗集料与 沥青粘附性等级的要求,必须采取抗剥落措施。工程 中常用的抗剥落方法包括使用高粘度沥青;在沥青中 掺加抗剥落剂;用干燥的生石灰、消石灰粉或水泥作 为填料的一部分,其用量已为矿料总量的1%~2%;将粗 集料用石灰浆处理后使用。

(3) 粗集料的粒径规格
粗集料的粒径规格应按照规范进行生产和使用。 如某一档粗集料不符合规格,但确认与其它集料组配 后的合成级配符合设计级配的要求时,也可以使用。

规格

公称粒 径(mm)

通过下列筛孔(方孔筛,mm)的质量百分率(%)
37.5 31.5 26.5 19 13.2 9.5 4.75 2.36 0.6

S6

15~30

100

90~100

-

-

0~15

-

0~5

沥 青 面 层 用 粗 集 料 规 格 表 ~ 3 8

S7

10~30

100

90~100

-

-

-

0~15

0~5

S8

15~25

100

95~100

0~15

-

0~5

S9

10~20

100

95~100

-

0~15

0~5

S10

10~15

100

95~100

0~15 speed

?

0~5

S11

5~15

100

95~100

40~70

0~15

0~5

S12

5~10

100

95~100

0~10

0~5

S13

3~10

95~100

100

95~100

40~70

0~20

0~5

S14

3~5

0~25

0~5

3.细集料
(1)细集料的物理力学性能要求
细集料①可以采用天然砂、机制砂或石屑。②应洁净、干燥、无风化、 不含杂质,并有适当的级配范围,物理力学指标要求见表3-9。③与沥青 有良好的粘结能力,在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青 面层用沥青粘结性能差的天然砂或用花岗岩、石英岩等酸性岩石破碎的 人工砂及石屑时,应采取前述粗集料的抗剥离措施对细集料进行处理。 在高速公路、一级公路、城市快速路、主干路沥青路面面层及抗滑磨耗 层中,所用石屑总量不宜超过天然砂或机制砂的用量。
表3-9 沥青混合料用细集料质量要求
指标 视密度(t/m3) 坚固性① 砂当量(%) 高速公路、一级公路城市快速路、主干路 2.50 12 60 其它公路与城市道路 2.45 —— 50

注:①坚固性实验根据需要进行(2)细集料的粒径规格。

①天然砂
天然砂宜采用河砂或海砂,当使用山砂时应经过清洗。天然砂的规格 应符合表3-10的规定,经筛洗法测定的砂中小于0.075mm颗粒含量不得大于 3%(高速公路、一级公路、城市快速路、主干路)和5%(其它登记道路)

表3-10 沥青面层用天然砂规格

通过各筛孔(mm)的质量百分率(%) 分类
细度模数 Mx

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

粗砂 中砂 细砂

100 100 100

90~100 90~100 90~100

65~95 75~100 85~100

35~65 50~90 75~100

15~29 30~59 60~84

5~20 8~30 15~45

0~5 0~5 0~5

0~5 0~5 0~5

3.7~3.1 3.0~2.3 2.2~1.6

②石屑
石屑是通过 4.75mm 或 2.36mm 的部分,是石料加工破碎过程中表面剥落 或撞下的边角,强度一般较低,针片状含量较高。所以在生产石屑的过程 中应特别注意,避免山体覆盖层或夹层的泥土混入石屑。 石屑规格应符合表 3-11的要求。不得使用泥土、细粉、细薄碎片颗粒 含量高的石屑,砂当量应符合表 3-9的要求。对于高速公路、一级公路、 城市快速路、主干路,应将石屑加工成S14(3~5mm)和S16(0~3mm)两 档使用,在细集料中石屑含量不宜超过总量的50%。
表3-11沥青面层用机制砂或石屑规格
通过下列筛孔(mm)的质量百分率(%) 规格 公称粒径) 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

S15

0~5

100

90~100

60~90

40~75

20~65

7~40

2~20

0~10

S16

0~ 3

100

80~100

50~80

25~50

8~30

0~15

0~10

细集料的级配在沥青混合料中的适用性,应将其与粗集料及填料配制 成矿质混合料后,再判断其是否符合矿料设计级配的要求再作决定。当一 种细集料不能满足级配要求时,可采用两种或两种以上的细集料掺合使用。

4.填料
填料最好采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得 到的矿粉,生产矿粉的原石料中泥土杂质应清除。矿粉要求干燥、洁净, 能自由地从石粉仓中流出,其质量应符合表3-12的要求。 在拌合厂采用干法除尘回收的粉尘可以代替一部分矿粉的使用,湿法 除尘的应经过干燥粉碎处理,且不得含有杂质。用量不得超过填料总量的 25%,塑性指数不得大于4%,其余质量要求与矿粉相同。 粉煤灰烧失量应小于 12%,与矿粉混合后的塑性值数应小于 4%,其余质 量要求与矿粉相同。粉煤灰的用量不宜超过填料总量的 50%,与沥青粘结力 好,且水稳性应满足要求。高速公路、一级公路和城市快速路、主干路不宜 采用粉煤灰做填料。 为改善水稳定性,可采用干燥的磨细生石灰粉、消石灰分或水泥作为填 料,用量不宜超过矿料总量的1%~2%。

表3-12 沥青面层用矿粉质量要求

指标

高速公路、一级公路、城市快速路、主干路

其他公路与城市道路

视密度(t/cm3)

2.50

2.45

含水量(%)

1.0

1.0

<0.6mm

100

100

粒度范围 (%)

<0.15mm

90~100

90~100

<0.075

75~100

70~100

外观

无团粒结块

亲水系数<

1.0

配合比设计三个阶段
目标配合比 设计阶段
矿料的 组成设计 最佳沥青 用量确定 图解法 或试算法 马歇尔 试 验 集料筛分 (水洗法) 预估计算 沥青用量 确定工程 级配范围 沥青与集料 相对密度测定

生产配合比 设计阶段

目标配合比与生产配合比都是 两方面的设计,二者有何区别?

生产配合比 验证阶段

二、混合料组成设计
1.目标配合比设计阶段

用工程实际使用的材料计算各种材料的用量比例配合成表 11-12规定的矿料级配,进行马歇尔试验,确定最佳沥青用 量。以此矿料级配及沥青用量作为目标配合比。 供拌和机确定各冷料仓的供料比例、进料速度及试拌使用

2.生产配合比设计阶段 从二次筛分后进入各热料仓的材料取样进行筛分,以确定各热 料仓的材料比例,供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓 进料比例以达到供料均衡,并取目标配合比设计的最佳沥青用 量、最佳沥青用量±0.3%等三个沥青用量进行功能性试验(通 常为马歇尔试验),确定生产配合比的最佳沥青用量。

3.生产配合比验证阶段
拌和机采用生产配合比进行试拌、铺筑试验段,并用拌和的沥 青混合料及路上钻取的芯样进行马歇尔试验检验,由此确定生 产用的标准配合比。

配合比设计过程:

分为三个阶段:目标配合比设计阶段、生产配合比设计 阶段和生产配合比验证(即试验路试铺阶段),后两个阶段 是目标配合比的基础上进行的,需借助施工单位的拌和设备、 摊铺和碾压设备完成。
设计目的和任务: 确定沥青混合料中组成材料品种、矿质集料级配和沥青 用量。本节主要介绍沥青混合料的目标配合比设计过程,其 设计流程图见图3-21。

确定混合料及 设计级配范围 材料选择、取样 粗集料、细集料、矿粉 其他材料,外掺剂等 材料试验 沥青结合料 在设计级配范围内优选矿料级配

确定试验温度

对优选的设计级配,初选5组沥青用量,拌和混合料,分别制作马歇尔试件 测定试件毛体积相对密度,进行马歇尔试验 真空法测定理论最大相对密度

计算VV、VMA、VFA等体积指标 与马歇尔设计标准比较 合格 综合分析确定1组设计级配及最佳沥青用量 按规定进行车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯 曲试验、矿渣膨胀试验等,检验配合比设计是否合理 合格 完成配合比设计,提交材料品种、配比、矿料级配、最佳沥青用量 图3-21 沥青混合料配合比设计流程图 不合格 不合格

目标配合比与生产配合比设计关系图

取样冷料筛分

矿料通过皮带输入 提升到拌和楼 振动筛二 次筛分热料 拌和楼干燥筒加热 热料仓 取 热 分 料 级 筛 分

图解法确定 冷料比例

通过调整控制室皮带 转速达到设计比例

图解法确定 热料比例

目标配合比
确定目标配合比 为生产配合比最佳沥 最佳沥青用量 青用量确定提供标准 OAC

生产配合比
确定生产配合比 最佳沥青用量 OAC

热料比例与最佳 沥青用量输入控 制室计算机生产

沥青混合料

根据冷料比例 成型5组马歇尔试件

根据目标配合比的 根据热料比例 OAC、OAC±0.3% 三组沥青用量 成型3组马歇尔试件

1.矿质混合料的组成设计

(1)沥青混合料类型和矿料级配得确定
根据道路等级、路面结构层位等按照表3-13选择使用的沥青混合料 类型,并按照表3-14确定相应的矿质混合料级配范围,也可以根据试验 路研究成果选择其他类型的沥青混合料类型及相应的级配范围,经技术 经济认证后确定。

(2)矿质混合料配合比计算
①组成材料的原始数据测定 按照规定方法对实际工程使用的材料进行取样,测试粗集料、细集 料及矿粉的密度,并进行筛分试验,确定各种规格集料的级配组成。

②确定各档集料的用量比例
根据各档集料的筛分结果,采用计算法或图解法,确定的各档集料 的用量比例,计算矿质混合料的合成级配。 矿质混合料的合成级配曲线要求:①必须符合设计级配范围的要求, 不得有过多的犬牙交错。当经过反复调整仍有两个以上的筛孔超出设计 级配范围时,必须对原材料进行调整或更换原材料重新设计。②合成级 配曲线宜尽量接近设计级配中值,尤其应使 0.075mm 、 2.36mm 、 4.75mm 等筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中限。对于交通量大、轴栽重 的道路,合成级配可以考虑偏向级配范围的下限,而对于中、轻交通量 或人行道路等,合成级配宜于偏向级配范围上限。

目标配合比设计 一、矿料组成设计

(一)确定工程级配范围(合成级配)

根据设计类型查施工技术规范, 确定C或F型类型及级配范围, 并计算级级配中值。

AC-16F沥青混凝土合成级配要求

筛孔尺寸 规范上限

16.0 100

13.2 92

9.5 80

4.75 62

2.36 48

1.18 36

0.6 26

0.3 18

0.15 14

0.075 8

规范下限
规范中值

90
95

76
84

60
70

34
48

20
34

13
24.5

9
18

7
13

5
9.5

4
6

目标配合比设计 一、矿料组成设计 (二)取样各种集料(冷料)筛分(水洗法)
1.此处取样的集料为冷料,可以从料场直接取样。 2.矿粉直接从包装袋中取样。

3.料场取样尽量要有代表性、均匀性。

4.其他指标也需检测,只是配合比设计时不使用。

目标配合比设计 一、矿料组成设计 (二)取样各种集料筛分(水洗法)
四分法取样 4.筛分试验 (1)试验时取样方法采用四分法。 (2)水泥混凝土用集料可采用干筛法试验。

立面图

平面图

(3)沥青混合料及基层用集料用水洗法试验。 (4)采用通过百分率进行下一步计算。

目标配合比设计 一、矿料组成设计 (三)用图解法或试验算法确定各种矿料的组成比 例
1.绘制矩形图框。 2.连接对角线,表示设计级配中值(即平均值)。

3.采用数学坐标绘制纵坐标,表示集料通过百分率(%)。
4.用以下方法绘制横坐标,表示筛孔尺寸(mm):

(1)先计算每个筛孔的设计级配中值(通过率);
(2)在纵坐标上根据每个筛孔的设计级配中值,平行作直线与对角线相交;

(3)根据交点作垂线,与横坐标的交点即为每个筛孔的位置。
5.在矩形图上绘制出各集料的通过百分率的筛分曲线。 6.按照各集料曲线重叠、相接、相离三种情况确定各集料的用量比例。 7.根据确定的集料比例计算矿料的合成级配,判断其是否在工程级配范围内,否则需 进 行比例调整,重新计算直到满足标准为止。

目标配合比设计步骤

(4)矿料配合比设计 需要用两种或两种以上具有不同级配的原材料掺配后才 能得到既定级配要求的矿质集料。对高速公路及一级公路, 宜在工程设计级配范围内计算1~3组粗细不同的配合比,绘 制设计级配曲线,分别位于工程设计级配范围的上方、中值 和下方。。

2.沥青混合料马歇尔试验

目的是确定最佳沥青用量 OAC。通常采用马歇尔试验确定沥青 混合料中的最佳沥青用量,基本过程:

(1)制备试样
①按确定的矿质混合料配合比,计算各种规格集料的用量。

②根据经验估计一个适宜的沥青用量(或油石比)。以估计的沥青 用量为中值,按0.5%间隔变化,取五个不同的沥青用量,拌制沥青 混合料,并按表3-17规定的击实次数成型马歇尔试件。

(2)测定试件的物理力学指标
测定沥青混合料试件的密度,并计算试件的空隙率、沥青饱和 度、矿料间隙率,粗集料间隙率等体积参数。
在马歇尔试验仪上,测定试件的马歇尔稳定度和流值。

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (一)测定沥青与集料的相对密度
1.测定沥青的相对密度 (γ b )
测定标准 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000

非经注明,测定沥青密度的标准水温为15℃。沥青与水的相对密度是指25℃相同温度 下的密度之比。可以测定15℃密度,换算得相对密度(25℃/25℃)二者换算关系为: 沥青与水的相对密度(25℃/25℃)= 沥青的密度(15℃)×0.996

2.测定集料毛体积相对 密度( γ ) 与表观相对密度( γ′ )(网篮法)

测定标准 《公路工程集料试验规程》 JTG E42-2005

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (二)预估计算沥青用量
1.计算矿料的合成毛体积密度(γsb ) γsb= 100 P1
P1、P2…Pn-各种矿料的比例, 其 和为100 γ1、γ2 …γn-各种矿料相应的 毛体积相对密度 γ1′、γ2′…γn′-各种矿料 相应的表观相对密度

γ1

+

P2

γ2

+ ……

Pn

γn

2.计算矿料的合成表观相对密度( γsa ) 100 P1 γ1′ + P2 γ2′ + …… Pn γn′

γsa=

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (二)预估计算沥青用量
3.预估沥青混合料适宜的油石比(Pa)或含油量(Pb ) Pa1 × γsb1 γsb Pa 100 + Pa

Pa=

Pb=

Pa1—已建类似工程标准油石比,% γsb—矿料合成毛体积相对密度 γsb1—矿料合成毛体积相对密度

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (三)马歇尔试验
测定标准

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000

1.按照确定的矿料比例配料,根据预估的油石比为中值,以0.5%的间隔成型5组马歇尔试件。 (1)按确定的矿料比例,计算本次成型试件所需矿料的数量。 (2)烘料时,粗细可混合加热,矿粉单独加热。 (3)试模、套筒及击实座等应置于100℃烘箱中加热1h。 (4)拌合时先加入粗细集料到拌合机,再加入热沥青(沥青采用 减量法称量),拌和1~1.5min,再加入加热后的矿粉,继续 拌和, 标准拌合时间共3min。 (5)成型马歇尔试件时试模上下要垫滤纸,试件周边插捣15次, 中间插捣10次,应先成型1个试件进行高度校核,校核公式 如下: 要求试件高度 × 原用混合料质量 调整后的混合料质量 = 所得试件高度 (6)根据调整后的混合料质量进行称量,成型所有试件。

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (三)马歇尔试验
2.冷却、脱模 (1)冷却方法有三种 试件横置室温冷却:12h以上 电风扇吹:1h以上 浸水冷却:3min以上 (2)脱模 3.高度测量 测量工具:游标卡尺 测量方法:四个方向测量,取平均值。 合格判断:标准试件63.5±1.3mm;超出此范围作废。 工程上常采用室温下用电风扇吹12h以上冷却 最好,但时间太长。 较好,但冷却效果不好,时间一般需延长。 局限性大,只能用于测定稳定度和流值。
测定标准

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (三)马歇尔试验
测定标准

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000

4.马歇尔试件密度测定
(1)通常采用表干法测定毛体积相对密度 ma γf = mf + mw

(2)对于吸水率大于2%的试件,宜改用蜡封 法测定毛体积相对密度。 Sa = mf - ma mf - mw

×100

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (三)马歇尔试验
测定标准

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 JTJ 052-2000

5.马歇尔稳定度、流值测定 标准马歇尔试件养护温度为60℃

养护时间为30~40min

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (三)马歇尔试验
6.马歇尔物理指标计算
计算标准

《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004

(1)确定矿料的有效相对密度( γse )
γse-矿料的有效相对密度,无量纲 Pb-试验采用的沥青含量,% γt-试验沥青含量条件下实测的混合料 的最大理论相对密度,无量纲 γb-沥青的相对密度(25℃/25℃),无量纲 C-合成矿料的沥青吸收系数 wx-合成矿料的吸水率,% γsb-矿料的合成毛体积相对密度,无量纲 γsa-矿料的合成表观相对密度,无量纲

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (三)马歇尔试验
6.马歇尔物理指标计算
计算标准

《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004

(2)确定沥青混合料的最大理论相对密度( γti )
γti-相对于计算沥青用量Pb时的混合料 最大理论相对密度,无量纲 Pai-所计算的沥青混合料中的油石比,% Pbi-所计算的沥青混合料中的沥青含量, Pbi= Pai /(1+ Pai),% Psi-所计算的沥青混合料中的矿料含量 Psi= 100-Pbi,% γse-矿料的有效相对密度,无量纲 γb-沥青的相对密度(25℃/25℃),无量纲

γti= 或 γti=

100 + Pai 100 + γse 100 Pbi Psi + γb γse Pai γb

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (三)马歇尔试验
6.马歇尔物理指标计算
计算标准

《公路沥青路面施工技术规范》 JTG F40-2004

VV-试件的空隙率,% VMA-试件的矿料间隙率,% VFA-试件的有效沥青饱和度,% γf-试件的毛体积相对密度,无量纲 γt-混合料的最大理论相对密度,实测或 计算,无量纲 Ps-各种矿料占沥青混合料总质量的百分 率之和, PS=100-PS,% γsb-矿料的合成毛体积相对密度,无量纲

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (四)最佳沥青用量确定
1.将不同油石比(或含油量)的马歇尔试验的所有指标点绘于图上:

毛 体 积 相 对 密 度 油石比 (%) a1=5.9%

稳 定 度
(KN)

油石比
规范要 求> 5KN

(%)

a2=5.28%

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (四)最佳沥青用量确定
1.将不同油石比(或含油量)的马歇尔试验的所有指标点绘于图上:

空 隙 率
(%)

流 值
(mm)

油石比
规范要 求3~6%

a3=5.32%
规范要 求

油石比

(%)

(%)

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (四)最佳沥青用量确定
1.将不同油石比(或含油量)的马歇尔试验的所有指标点绘于图上:

间 隙 率
(%)

饱 和 度
(%)

油石比
规范要 求> 14%

油石比
规范要 求 70~85%

(%)

(%)

a4无法确定

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (四)最佳沥青用量确定
2.确定OAC1 (1)从上述图上找出毛体积密度最大值对应沥青用量a1、稳定度最大值对应沥青用量a2、 目标空隙率(或中值)对应沥青用量a3、沥青饱和度范围内的中值对应沥青用量a4

a1=5.9%; a2=5.28%; a3=5.32%; a4无法确定 如果所选择的沥青用量范围 未能涵盖沥青饱和度的要求 范围,只取a1、a2、a3计算

(2)计算OAC1=( a1 +a2+ a3+ a4 )/4 OAC1=( a1 +a2+ a3)/3=5.50%

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (四)最佳沥青用量确定
3.确定OAC2 (1)从上述图上找出符合规范要求的各物理指标的用油量,绘于下图,找出满足所有指 标的公共沥青用量范围,并查出最大值OACmax和最小值OACmin。

公共沥青用量中 OACmax=5.78% OACmin=5.37%

(2)计算OAC2=(OACmax+OACmin)/2 OAC2=5.58%

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (四)最佳沥青用量确定
4.最佳沥青用量OAC=(OAC1+OAC2)/2

OAC=(OAC1+OAC2)/2 = 5.54%

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (四)最佳沥青用量确定
5 .检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度 (1)计算沥青结合料被集料吸收的比例及有效沥青含量
Pba-被集料吸收的沥青结合料比例,% Pbe-有效沥青膜用量,% γse-矿料的有效相对密度,无量纲 γsb-材料的合成毛体积相对密度,无量纲 γb-沥青的相对密度(25℃/25℃),无量纲 Pb-沥青含量,% PS-各种矿料占沥青混合料总质量的百 分率之和, PS=100-PS,%

(2)根据需要计算有效沥青的体积百分率及矿料的体 积百分率

Vbe-有效沥青体积百分率,% Vg-矿料的体积百分率,% γf -试件的毛体积相对密度,无量纲 VV-试件的空隙率,%

目标配合比设计 二、最佳沥青用量的确定 (四)最佳沥青用量确定
5 .检验最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度 (3)计算最佳沥青用量时的粉胶比和有效沥青膜厚度
FB-粉胶比,无量纲 P0.075-矿料中0.075mm的通过率,% Pbe-有效沥青含量,% SA-集料的比表面积,m2/kg Pi-各种粒径的通过率,% FAi-相应于各种粒径的集料的表面积系数 DA-沥青膜有效厚度,μ m γb-沥青的相对密度(25℃/25℃),无量纲

生产配合比设计 一、矿料组成设计
1.取样各种集料,此处取样的集料为热料,是经热料仓 振动筛二次筛分后的分级热料。 2.筛分分级热料(水洗法) 3.取筛分后的通过率用图解法确定热料的组成比例 (同目标配合比冷料确定方法 一样)。

二、最佳沥青用量确定
1.根据上述方法确定的热料比例,按照目标配合比的 OAC、 OAC±0.3%三组沥青用量成型马歇尔试件 进行试验确定最佳沥青用量(同目标配合比的方法 一样)。 2.检验最佳沥青时的粉胶比和有效沥青膜厚度(与目 标配合比一样)

四.沥青混合料的性能检验

(1)沥青混合料的水稳定性检验
按最佳沥青用量OAC制作马歇尔试件进行浸水马歇尔试验活冻融劈 裂试验,检验试件的残留稳定度或冻融劈裂强度比是否满足要求。

(2)沥青混合料的高温稳定性检验
按最佳沥青用量OAC制作车辙试验试件,在规定的条件下进行车辙 试验,检验设计沥青混合料的高温抗车辙能力,当其动稳定度不符合 规定时,应对矿料级配或沥青用量进行配合比设计。

(3)沥青混合料低温抗裂性检验
对改性沥青混合料,应按照最佳沥青用量OAC制成车辙试验试件, 再用切割机将试件锯成规定尺寸的棱柱体试件,按照规定方法进行低 温弯曲试验,检验其破坏应变是否符合规范要求,否则应对矿料级配 或沥青用量进行调整,必要是更换改性沥青品种重新进行配合比设计。 当最佳沥青用量 OAC 与两个初始值 OAC1 及 OAC2 相差甚大时,宜按 OAC与OAC1 (或 OAC2)分别制成试件,进行上述性能检验,并根据试 验结果对OAC进行适当调整。

总结
沥青混合料是由粗集料、细集料、矿粉及沥青混合而成的混合 材料。具有良好的力学性能及路用性能。 热拌沥青混合料的强度有很多方面,目前重点研究其在高温时 的抗剪强度。混合料中结构沥青的比例是影响强度的最重要的 因素,对过控制沥青用量及矿粉用量等手段来实现。 沥青混合料有几项技术性质,且相互间既有联系又有矛盾,目 前作重考虑其高温时的稳定性。通过马歇尔试验测定稳定度、 流值等指标来控制。 沥青混合料的配合比设计包括矿料配比设计及最佳沥青用量设 计两个方面。矿料配比设计一般用图解法,最佳沥青用量一般 用马歇尔试验法。 马歇尔试验包括试件成型、物理指标测定及力学指标测定几个 方面。较复杂的是各项物理指标的换算。


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