沥青材料实验(沥青三大指标试验)

沥青混合料试验大连理工大学土木水利实验教学中心道路工程实验室《道路实验与检测技术》教学实验一、实验目的1.通过沥青混合料马歇尔实验，掌握沥青混合料的试件制备方法；掌握沥青混合料的物理常数、马歇尔稳定度、流值和残留稳定度的测定方法。2.通过该综合设计型实验，掌握沥青混合料的组成设计（包括矿质混合料级配设计和沥青混合料最佳油石比设计）；掌握道路建筑材料的技术性质及技术要求，了解材料路用性能的评价指标和试验方法。二、标准依据密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准二、标准依据沥青稳定碎石混合料马歇尔试验配合比设计技术标准二、标准依据SMA混合料马歇尔试验配合比设计技术要求二、标准依据OGFC混合料技术要求二、标准依据沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求二、标准依据沥青混合料水稳定性检验技术要求二、标准依据沥青混合料试件渗水系数(ml/min)技术要求三、实验内容•试验一石料的抗压强度和磨耗试验•试验二粗、细集料的筛析试验•试验三沥青混合料组成设计•试验四沥青混合料的制备•试验五沥青混合料物理指标测定•试验六沥青混合料马歇尔稳定度试验•试验七沥青混合料车辙试验（一）粗、细集料的筛析试验天然砂砾拌和站的料场集料形状粗、细集料的筛析试验试验目的:测定碎石或卵石的颗粒级配粗细程度.粗集料筛分析试验方孔筛756337.531.526.519169.54.75(圆孔筛80634031.5252016105)细集料筛析试验方孔筛4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm粗、细集料的筛析试验（续）矿粉的筛分试验标准筛：孔径为0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm在能控温的烘箱内(105℃±5℃)烘干.（二）沥青混合料组成设计沥青混合料的技术性能取决于：天然岩石的矿物成分这些矿物在岩石中的结构与构造沥青混合料的组成砂石材料组成砂石材料天然砂砾人工开采或轧制碎石或石屑工业矿渣（煤渣等）沥青混合料的组成砂石材料沥青沥青混合料类型悬浮-密实型AC骨架-密实型SMA骨架-空隙型PFC(OGFC)传统沥青混合料的骨料结构StoneMatrixAsphaltMix沥青混合料的骨料结构沥青混凝土路面材料沥青与砂石材料路面材料是路面结构中的材料沥青混合料组成设计[设计要求]1．根据道路等级，路面类型和结构层次确定沥青混凝土的类型和矿质混合料的级配范围。根据现有各种矿质材料的筛析结果，用图解法确定各种矿质材料的配合比。2．根据规范推荐的相应沥青混凝土类型的沥青用量范围，通过马歇尔试验的物理力学指标，确定沥青最佳用量。沥青混合料组成设计[设计要求]（续）3．马歇尔试验结果4．根据公路路面用沥青混合料要求，对矿质混合料的级配进行调整，并对沥青最佳用量按水稳性检验和抗车辙能力校核。沥青混合料组成设计试验室配合比设计分为:1.矿质混合料配合组成设计2.沥青最佳用量确定矿质混合料配合组成设计的目的:1.具有足够密实度2.具有较高的内摩阻力(配合比设计)沥青混合料组成设计应满足两方面的基本要求：1.最小空隙率水泥混凝土中的矿质混合料是以空隙作为控制水泥混凝土强度的最主要因素，沥青混凝土也同样。2.最大摩擦力要求集料形成排列紧密的多级空间骨架结构，具有最大的摩擦力。矿质混合料沥青混合料组成设计组成设计内容包括：•级配理论和级配范围的确定•基本组成的设计方法矿质混合料矿质混合料的级配理论1.级配曲线：各种不同粒径的集料，按照一定的比例搭配起来，以达到较高的密实度（或较大摩擦力）的要求。（1）连续级配：级配曲线平顺圆滑，具有连续的性质，粒径从小到大逐级均有，按比例互相搭配组成的矿质混合料。（2）间断级配：矿质混合料中剔除其一个（或几个）分级而形成一种不连续的混合料。连续级配和间断级配曲线矿质混合料的级配理论（续）2.级配理论：最大密度曲线理论（计算连续级配）粒子干涉理论（即可计算连续级配，也可计算间断级配）（自学）（1）最大密度曲线理论：最大密度曲线是通过试验提出的一种理想曲线。W.B.富勒（Fuller）等研究认为：固体颗粒按粒度大小，有规则地组合排列，粗细搭配，可以得到密度最大、空隙最小的混合料。初期研究的理想曲线是：细集料以下的颗粒级配曲线为椭圆形级配曲线，粗集料级配曲线为与椭圆曲线相切的直线，由这两部分组成的级配曲线，可以达到最大密度，这种曲线计算比较复杂。后来经过许多研究改进，提出简化的“抛物线最大密度理想曲线”。该理论认为：“矿料的颗粒级配曲线愈接近于抛物线，则其密度愈大。”级配曲线范围的绘制级配曲线按级配理论计算出各级集料在矿质混合料的通过百分率，以通过百分率为纵坐标绘制成曲线，即为理论级配曲线。但由于矿料在轧制过程中的不均匀性以及混合料配制时的误差等影响，使所配制的混合料往往不可能与理论级配完全相符合。因此，必须允许配料时的合成级配在适当的范围内波动，这就是“级配范围”。绘制曲线时通常用半对数坐标即横坐标(即筛孔尺寸)采用对数坐标，而纵坐标用常坐标。我国现行国标(GB50092－96)规定，沥青路面集料的粒径选择和筛分以方孔筛为准。基本组成的设计方法组成设计方法：•矿料配合组成设计的任务就是确定：组成混合料各集料的比例•最常用的为数解法与图解法两大类覆盖保温测试到场温度AC-13的表面读数AC-13的芯样红外测试碾压后的表面温度AC-25的表面AC-25的芯样AC—30的表面AC—30的芯样沥青混合料实验掌握:①沥青混合料的试件制备马歇尔→马歇尔试验用（另外劈裂试验）方盘→车辙试验用（另外小梁试验）②马歇尔试验技术标准中5个指标的测定。③车辙试验（了解动稳定度）试验室配合比设计：矿质混合料配合组成设计沥青最佳用量设计“矿质混合料配合组成设计”如何实施1.根据道路等级可确定沥青混合料类型(见书P199)路面类型结构层位即,确定所需的级配范围(见书P198)规范规定2.根据现场取样,对粗集料进行筛析试验细集料矿粉由筛析结果确定矿质材料配合比实际材料设计3.实际材料设计与标准(规范规定)进行比较“沥青最佳用量确定”如何实施1.绘制沥青用量与马歇尔稳定度试验物理---力学指标关系图(见书P203)2.最佳沥青用量的初始值1OAC1=(a1+a2+a3)/33.最佳沥青用量的初始值2OAC2=(OACmin+OACmix)/24.根据OAC1和OAC2综合确定沥青最佳用量OAC配合比设计的检验检验:1.水稳定性检验2.抗车辙能力检验水稳定性检验:按最佳沥青用量OAC制作马歇尔试件进行浸水马歇尔试验,测定浸水残留稳定度(试件浸水48小时后的稳定度)抗车辙能力检验:按最佳沥青用量OAC制作车辙试验试件在60度条件下进行车辙试验,测动稳定度沥青混合料矿料级配范围通过下列筛孔(mm)的质量百分率(％)31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075沥青混凝土沥青碎石(AsphaltConcretemixture)(AsphaltMacadanmixture)粗粒式AC-30特粗AM-40AC-25粗粒AM-30中粒式AC-20（实验用）AM-25AC-16中粒AM-20细粒式AC-13AM-16AC-10细粒AM-13砂粒式AC-5AM-10注:沥青混凝土与沥青碎石的区别（三）沥青混合料的制备马歇尔试件的制备①Φ101.6mm高63.5mm（试模）②标准击实锤质量4.536g，Φ98.5mm，从457.2mm高度自由落下击实。击实次数75次或50次。③一个试件用量约为1200g。④击实后试件高度符合63.5±1.3mm要求调整→实际用量→实际高度⑤试模冷却至室温后脱模，12h以上供试验用。0063.5qqh方盘试件的制备①300×300×50mm（试模）(料重约11kg)②轮碾成型，轮宽300mm，压实线荷载300N/cm，碾压次数12个往返（24次）③试件材料总用量V→体积→马歇尔稳定度击实密度度④试模室温冷却，12h后可脱模。试件制备过程（温度、时间的控制）①各种规格矿料105±5℃加热4-6h②矿粉单独加热，预加热温度160±15℃③石油沥青加热至160℃备用④试模、套筒、击实座等100℃左右加热1h拌和⑤石油沥青混合料的拌合温度130-160℃。⑥拌和机预加热温度为（拌和温度以上10℃左右）170℃。⑦标准总拌合时间为3min（拌和1-1.5min后加入单独加热的矿粉）击实⑧石油沥青混合料压实温度110-130℃（四）沥青混合料物理指标测定沥青混合料物理指标测定(见教材P200---201)视密度理论密度空隙率VV沥青体积百分率VA矿料间隙率VMA沥青饱和度VFA（五）沥青混合料马歇尔稳定度试验沥青混合料马歇尔稳定度试验①合格的试件，12h后，先测物理指标视密度ρ、空隙率Vv、沥青体积百分比Vb、矿料间隙率VMA、(沥青填隙率)饱和度VFA②60℃恒温水槽养生30-40min③加载速度50mm/min，测荷载最大值及对应的流值。注：试验时间不得超过30s（从恒温水槽中取出到测出荷载最大值）沥青混合料马歇尔稳定度试验（续）采集的数据绘制成压力和试件变形曲线.由荷载读取的最大值即为试样的稳定度(MS),以kN计.由位移传感器测定读取的试件垂直变形,即为试件的流值(FL),以mm计.试件的马歇尔模数式中:T—试件的马歇尔模数,(kN/mm)MS—试件的稳定度,kNFL—试件的流值,(mm)MSTFL（六）沥青混合料车辙试验沥青混合料车辙试验①测定轮压强0.7±0.05Mpa②60℃恒温室中保湿5h-24h③试验轮往返行走，一般试验做一小时或最大变形达到25mm为止。测动稳定度42---试验轮每分钟行走次数C1---试验机类型修正系数C2---试件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0.8211221()42ttDSCCdd沥青混合料（热拌）中粒式AC-20沥青混合料矿料级配范围(实际试件级配)26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075上限1001009080725846342720148下限95756252382820151064(规范规定)修正后10096786555413123171286(设计值)——根据实际石料再定。注:分计筛余,累计筛余,通过量之间的关系.每个试件矿料取1300g，一组3个共3900g.沥青用量4%~6%沥青含量：沥青与混合料总质量比(间隔为0.5)油石比：沥青与矿料质量比一种级配不同油量需15个试件.例路面材料是路面结构中的材料长余高速－沥青混凝土路面竣工后的沥青路面沥青路面渗水与不渗水对比沥青路面的取芯拌和站沥青混合料运料车沥青混合料摊铺沥青混合料摊铺和碾压光轮振动压路机轮胎压路机沥青混合料的碾压沥青路面施工现场测试到场温度读数红外测试碾压后的表面温度确定沥青混合料拌和及压实温度的适宜温度普通沥青结合料的施工温度宜通过在135℃及175℃条件下,测定的粘度－温度曲线按表的规定确定。热拌沥青混合料的施工温度(℃)聚合物改性沥青混合料的正常施工温度范围（℃）压路机碾压速度(km/h)竣工后的沥青路面一体化材料结构工艺