土木工程-沥青混合料试验与检测

德修身、技立业沥青混合料试验与检测任务3：沥青混合料的技术性能德修身、技立业任务目标：●了解沥青混合料强度理论及影响因素●掌握热拌沥青混合料技术标准●掌握沥青混合料稳定度试验方法德修身、技立业主要内容沥青混合料技术性能要求1沥青混合料性能试验与检测2德修身、技立业压实沥青混合料的组成结构通常按其矿质混合料的组成分为三种结构类型。（1）悬浮-密实结构:连续型密级配（2）骨架-空隙结构:连续型开级配（3）骨架-密实结构:间断型密级配1.1沥青混合料的组成结构1.1.1组成结构类型1.沥青混合料技术性能要求德修身、技立业沥青混合料结构组成示意图a)悬浮-密实结构；b)骨架-空隙结构；c)密实-骨架结构连续密级配的沥青混合料，由于细集料的数量较多，粗集料被细集料挤开，因此，粗集料以悬浮状态位于细集料之间。特点：密实度较高，但稳定性较差。连续开级配的沥青混合料，由于细集料的数量较少，粗集料之间紧密相连，但有较多的空隙。特点：内摩阻力起重要作用，受沥青材料的变化影响较小，稳定性较好。当沥青路面采用这种形式的沥青混合料时，沥青面层下必须做下封层。间断密级配的沥青混合料，既有一定数量的粗集料形成骨架结构，又有足够的细集料填充到粗集料之间的空隙中去。特点：密实度、强度和稳定性都比较好，是较理想的结构类型。德修身、技立业连续型密级配间断型密级配德修身、技立业0.080.31.184.7519100050间断级配开级配密级配三种类型矿料级配曲线德修身、技立业式中：——沥青混合料的抗剪强度，MPa；c——沥青混合料的粘聚力，MPa；——沥青混合料的内摩擦角，rad。),(cf1.1.2强度理论：要求沥青混合料在高温时必须具有一定的抗剪强度和抵抗变形的能力。沥青混合料的抗剪强度主要取决于:粘聚力和内摩擦角两个参数德修身、技立业摩尔－库仑包络线：=c+tgc德修身、技立业悬浮-密实结构:较高的粘聚力C，较低的内摩擦角；骨架-空隙结构:较低的粘聚力C，较高的内摩擦角；密实-骨架结构:较高的粘聚力C，较高的内摩擦角。悬浮-密实结构、骨架-空隙结构、骨架-密实结构的粘聚力、内摩擦角的有何特点？德修身、技立业沥青路面的主要破坏形式高温产生车辙——高温时由于抗剪强度不足或塑性变形过大而产生推挤等现象。低温出现裂缝——由于低温时抗拉强度不足或变形能力较差而产生裂缝现象。1.1.3影响沥青混合料抗剪强度的因素德修身、技立业(1)影响沥青混合料抗剪强度的内因①沥青粘度的影响：沥青混合料的粘聚力Ｃ随沥青粘度的增加而增加，同时内摩擦角稍有提高。②沥青与矿料化学性质的影响：沥青与矿料相互作用与沥青的化学性质和矿粉性质有关。德修身、技立业当矿粉颗粒之间由结构沥青膜所联结时：可以获得更大的粘聚力。若颗粒之间是自由沥青所联结时：则具有较小的粘聚力。沥青在矿粉表面重排结构示意图③沥青用量的影响：德修身、技立业不同沥青用量时的沥青混合料结构C、φ值变化示意图a)沥青用量不足；b)沥青用量适中；c)沥青用量过量德修身、技立业④矿料比表面积的影响：矿料的比表面积越大，形成的沥青膜越薄，结构沥青所占的比例越大，凝聚力越大。德修身、技立业⑤矿质集料的级配类型、粒度、表面性质的影响Surface(5to8cm)renewedevery15to20years每15年更新5-8cm的面层Structuredesignedtolast50years使用寿命期为50年的路面结构设计德修身、技立业(2）影响沥青混合料抗剪强度的外因①温度的影响：抗剪强度随温度的升高而降低，粘聚力随温度的升高而显著降低，温度变化对内摩擦角的影响较小。②形变速率的影响：变形速率对沥青混合料的内摩擦角（）影响较小，而对沥青混合料的粘聚力（c）影响则较为显著。德修身、技立业4003002001000.60.50.40.30.2102030405060T(C)c=f(T)c=f(T)温度对沥青混合料抗剪强度的影响图德修身、技立业4003002001000.60.50.40.30.212345cc=f(v)=f(v)V形变速率对沥青混合料抗剪强度的影响德修身、技立业2.1沥青混合料的技术性质（1）高温稳定性1）定义：是指沥青混合料在夏季高温（通常为60℃）条件下，经车辆荷载长期重复作用后，不产生车辙和波浪等病害的性能。2）评价方法：马歇尔稳定度、动稳定度等。2.沥青混合料的技术性质和技术标准德修身、技立业3）马歇尔试验三项指标：马歇尔稳定度、流值和马歇尔模数。①稳定度：指标准试件在规定温度和加荷速度下，在马歇尔仪中最大的破坏荷载，单位：kN。②流值：达到最大破坏荷重时试件的垂直变形，单位：mm。③马歇尔模数：由稳定度和流值计算得到，即为稳定度除以流值的商。可以间接地反映沥青混合料的抗车辙能力。FLMST式中：T——马歇尔模数，kN/mm；MS——稳定度，kN；FL——流值，mm。德修身、技立业击实检查试件稳定度、流值测定德修身、技立业4）车辙试验动稳定度:将沥青混合料制成30Omm×30Omm×50mm的标准试件，在60℃的温度条件下，以一定荷载的轮子（轮压0.7MPa）,在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定的车辙深度，然后计算试件变形1mm所需试验车轮行走的次数。德修身、技立业车辙成型试件车辙测定德修身、技立业21121242)(ccddttDS式中：DS——沥青混合料动稳定度，次/mm；d1、d2——时间和的变形量，mm；42——每分钟行走次数，次/min；c1——试验机修正系数，曲柄连杆驱动试件的变速行走方式为1.0；链驱动试验轮的等速方式为1.5；c2——试验修正系数，试验室制备的宽300mm的试件为1.0；从路面切割的宽150mm的试件为0.8。德修身、技立业（2）低温抗裂性沥青混合料要具有低温的抗裂性，以保证路面在冬季低温时不产生裂缝。德修身、技立业耐久性水稳定性耐老化性耐疲劳性浸水马歇尔试验—残留稳定度（%）冻融劈裂试验—残留强度比（%）（3）耐久性沥青混合料的耐久性是指其抵抗长时间自然因素（风、日光、温度、水分等）和行车荷载反复作用的能力。德修身、技立业冻融劈裂试验德修身、技立业影响沥青混合料耐久性的因素①材料的影响：沥青的化学性质、沥青用量、矿料的矿物成分、沥青混合料的组成结构等。②沥青混合料的组成结构：主要以其空隙率和饱和度表征。沥青混合料水稳定性与空隙率有关。德修身、技立业（4）抗滑性随着现代高速公路的发展，对沥青混合料路面的抗滑性提出更高的要求。我国现行标准对抗滑层集料提出了磨光值、道瑞磨耗值和冲击值等三项指标。影响因素:沥青用量含蜡量酸性集料德修身、技立业（5）施工和易性就沥青混合料性质而言，影响沥青混合料施工和易性的主要因素是矿料级配和沥青用量。粗细集料的颗粒大小相距过大，缺乏中间粒径，混合料容易离析；细料太少，沥青层不易均匀地分布在粗颗粒表面；细料过多，则拌和困难。德修身、技立业2.2沥青混合料的技术标准（1）密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准我国现行标准JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》对热拌沥青混合料马歇尔试验的技术要求如表7.3。德修身、技立业试验指标单位高速公路、一级公路其他等级公路行人道路夏炎热区（1-1、1-2、1-3、1-4区）夏热区及夏凉区（2-1、2-2、2-3、2-4、3-2区）中轻交通重载交通中轻交通重载交通击实次数（双面）次755050试件尺寸mmФ101.6mm×63.5mm空隙率VV深约9Omm以内%3～54～62～43～53～62～4深约90mm以下%3～62～43～63～6—稳定度MS不小于kN853流值FLmm2～41.5～42～4.52～42～4.52～5矿料间隙率VMA/%不小于设计空隙率/%相应于以下公称最大粒径/mm的最小VMA及VFA技术要求/%26.5191613.29.54.752101111.51213153111212.51314164121313.51415175131414.51516186141515.5161719沥青饱和度VFA/%55～7065～7570～85表密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准德修身、技立业注：①对空隙率大于5%的夏炎热区重载交通路段，施工时应至少提高压实度1个百分点。②当设计的空隙率不是整数时，由内插确定要求的VMA最小值。③对改性沥青混合料，马歇尔试验的流值可适当放宽。④重载交通是指设计交通量在1000万辆以上的路段，长大坡度的路段按重载交通考虑。德修身、技立业气候条件与技术指标相应于下列气候分区所要求的动稳定度/次·mm-1七月平均最高气温/℃及气候分区3020～30201.夏炎热区2.夏热区3.夏凉区1-11-21-31-42-12-22-32-43-2普通沥青混合料不小于8001000600800600改性沥青混合料不小于24002800200024001800SMA混合料非改性不小于1500改性不小于3000OGFC混合料1500（一般交通路段）、3000（重交通量路段）表沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求德修身、技立业气候条件与技术指标相应于下列气候分区的技术要求/%年降雨量/mm及气候分区1000500～1000250～5002501.潮湿区2.湿润区3.半干区4.干旱区浸水马歇尔试验残留稳定度/%不小于普通沥青混合料8075改性沥青混合料8580SMA混合料普通沥青75改性沥青80冻融劈裂试验的残留强度比/%不小于普通沥青混合料7570改性沥青混合料8075SMA混合料普通沥青75改性沥青80表沥青混合料水稳定性检验技术要求德修身、技立业（2）沥青混合料低温抗裂性能检验技术标准宜对密级配沥青混合料在温度-10℃、加载速率5Omm/min的条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。沥青混合料的破坏应变宜不小于表6.12的要求。德修身、技立业气候条件与技术指标相应于下列气候分区所要求的破坏应变/με年极端最低气温/℃及气候分区-37.0-21.5～-37.0-9.0～-21.5-9.01.冬严寒区2.冬寒区3.冬冷区4.冬温区1-12-11-22-23-21-32-31-42-4普通沥青混合料不小于260023002000改性沥青混合料不小于300028002500表6.12沥青混合料低温弯曲试验破坏应变（με）技术要求德修身、技立业（5）沥青混合料渗水系数检验技术标准:渗水试验检验的渗水系数宜符合表6.13的要求。表6.13沥青混合料试件渗水系数/ml·min-1技术要求级配类型渗水系数要求/ml·min-1密级配沥青混凝土不大于120SMA混合料不大于80OGFC混合料不小于实测