瀝青混合料性能及配合比設(shè)計,長安大學(xué)彭波,前言,施工溫度：冷拌（乳化瀝青，液體瀝青或其它產(chǎn)品）,1瀝青混合料：瀝青集料、礦粉組成,適用：低等級或高等級公路維修國外：UPM公司冷補熱拌：（普通、改性）,拌合方式：廠拌熱瀝青（價高）間竭公式，連續(xù)式攪拌設(shè)備,路拌冷瀝青,2瀝青混凝土,級配嚴(yán)格必須摻加礦粉,SMAOGFC（大空隙）懸浮密實Superpare：控制點、禁區(qū)（限制砂含量）wwwTRB.org美國聯(lián)邦公路局Bailey法（美、目地是替代Superpare）,3瀝青碎石：AM,礦粉很少級配不嚴(yán)格硬化效應(yīng)施工合易性,瀝青穩(wěn)定碎石；ATB（柔性基層）,高等級路面瀝青碎石作面層結(jié)構(gòu)層,優(yōu)點：價格低：礦粉少瀝青少控制反射裂縫AC+RCC（碾壓混凝土）AC+CC,橡膠化水泥砼,032-94瀝青混凝土AC16（公稱最大粒徑）：（AK-16AAK-16B）I：V-3-6%，II：V-4-10%?，F(xiàn)場孔乳率不能大于8%，否則水損壞但I(xiàn)型Rut，,4密級配ACATB,間斷級配SMA開級配OGFCVV大于18%ATPB-B排水式瀝青穩(wěn)定瀝青半開級配AM-206-12%,注：VFA（飽和度）舊規(guī)范75-85%泛油新規(guī)范65-75%抗滑層(AK)（新規(guī)范已取消）正反50次,5.瀝青混合料種類匯總,瀝青混合料種類表1,注：設(shè)計空隙率可按配合比設(shè)計要求適當(dāng)調(diào)整。,第一節(jié)瀝青混合料路用性能,抗水害,耐久性（荷載、環(huán)境）,抗低溫開裂,抗車轍,瀝青混合料路用性能：,中國規(guī)范：整體性材料要驗算層底拉應(yīng)力國外設(shè)計：控制車轍（用土基壓應(yīng)彎，瀝青面層整體彎拉應(yīng)變）材料特性：抗水害，抗車轍，低溫功能性能：平整度，滲水性，抗滑,一、水損害（Waterdamage/waterSusceptibicity）,早期病害3年典范：京津塘,（一）水損害原因,設(shè)計,結(jié)構(gòu)設(shè)計：半剛性基層砼基層層間接觸,材料問題,酸性石料、抗剝落劑（聚酰胺）級配，馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)問題，耐久性如何？空隙率：8%動水壓力小8%-15%水損害發(fā)生15%空隙大，動水壓力更小,施工問題,為保平整度忽略壓實度離析：壓實度小均為了PQI（在未來時間內(nèi)將是很重要的問題）級配離析溫度離析工藝離析貝雷法（A=0.40.8緊排骨架）PQI瀝青路面質(zhì)量,超載,（二）水損害評價方法,瀝青與集料的粘附性（僅作參考）,水煮法5級4級3級3級2級1級缺點：主觀評價實驗條件不規(guī)范單一粒徑水浸法某一檔料80評價方法主觀光電比色法：具體值，但剝落率計算方法？,混合料水損害,殘留穩(wěn)定度（只對酸性石料敏感）lottaman法2組試件25飽和度70%臂裂強(qiáng)度-18凍16h后在60水中泡24h再在25水中TSR國內(nèi)凍融劈裂：大Marshall75次小Marshall50次漢堡浸水車轍試驗（22cm鋼輪）日本浸水車轍試驗（凍穩(wěn)定度DS）硬橡膠板APA（AsphaltParementAnaloger）：水穩(wěn)定疲勞車轍,（三）預(yù)防措施,材料上,集料出問題占80%以上，若單純考慮水損害應(yīng)：a.堿性石料酸性石料b.清潔程度c.吸水率建議使用小于0.5%的質(zhì)量，不要淋雨瀝青，酸值（酸值越少，粘附性越大）,混合料特性,在8%-15%時水穩(wěn)定性最差,細(xì)集料用量,表面層（抗滑層）（酸性石料+堿性石料）砂子影響大（12-15%）,（四）增強(qiáng)措施,加抗剝落劑,世界有各：瑞典貝洛胺莫頓國內(nèi)PAI，AST胺鹽類（粉末狀固體）（吉林石化重慶交科院）,摻消石灰,石灰水浸泡法噴石灰漿干粉（2%混合料）效果非常明顯（可考慮生產(chǎn)礦粉時同時加石灰粉）（www.lime.crg）,瀝青路面結(jié)構(gòu)上,a.作好粘層b.作好上下封層,施工,壓實度控制：生產(chǎn)配合比階段實驗室密度以生產(chǎn)配合比階段最大理論密度以實驗段的密度段為標(biāo)準(zhǔn)密度（級配越粗，發(fā)生水損害概率越大）,減少離析,二、高溫穩(wěn)定性,（1）病害,推移，擁包（以前主要在城市道路）,車轍渠化交通高溫危害：行車安全,泛油：AC：由于瀝青用量使用不當(dāng)，離析油丁細(xì)料集料SMA瀝青膠漿大（應(yīng)加纖維）,（2）車轍的分類,瀝青混合料抗剪抗壓能力不足：1.解決材料2.結(jié)構(gòu)設(shè)計,瀝青路面占90%主要是在柔性基層上,在冬季嚴(yán)寒地區(qū)防滑鏈,（3）車轍的發(fā)展過程,內(nèi)部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)（側(cè)向流動）光滑：瀝青含量多摩擦力,壓密階段（剩余孔隙率不小于3%）,骨架密實結(jié)構(gòu)為了解決車轍骨架太強(qiáng)易導(dǎo)致離析貝雷法中CA側(cè)向隆起,（4）車轍影響因素,外部：,瀝青：標(biāo)號抗車轍能力使用改性瀝青（最有效）用量高車轍礦料：越是立方體越好FAA,大部分認(rèn)為應(yīng)通過級配來解決，其前提是同一瀝青標(biāo)號下，越形成骨架越好F/A，對Rut影響較小混合料：粗集料4.75mm30-40%,Rut,Superpave：旋轉(zhuǎn)壓實而非擊實4%后孔隙率PG分級空隙率若小于3%導(dǎo)致車轍現(xiàn)場6-8%為最佳GTM法（抗車轍較有效）：瀝青含量?。ǖ?.3-0.5%）空隙率小密度大,（5）評價抗車轍方法,車轍實驗方法（英國TRRL45）國內(nèi)60動穩(wěn)定度DS（次/mm）,APT（加速路面試驗）（網(wǎng)站免費下載）足尺實驗瀝青路面車轍預(yù)估模型：shell,有缺點如ABDS一致但深度不同60分鐘的變形,Marshell穩(wěn)定度（60）但與實際上并不十分相關(guān),蠕變實驗（與其模型有關(guān)）shell方法預(yù)估車轍,美國APA：用充氣橡膠管試件通用性好,三瀝青路面低溫抗裂性,只能減少，不能避免開裂后僅需將縫注滿，防止透水即可，但現(xiàn)在（重建輕養(yǎng)）,（1）類型,溫差大，驟然降溫（南方地區(qū)易發(fā)生）溫度低（北方地區(qū)易發(fā)生）,類型,橫向收縮：垂直干行車方向，相對較寬，有規(guī)則每隔20m左右，從上到下開裂,網(wǎng)狀龜狀：荷載,凍脹開裂：極端寒冷，裂縫特別寬,反射裂縫：從下到上,國際上Top-dokn開裂，主要是柔性基層剪應(yīng)力過大,（2）機(jī)理（溫縮）,溫度,材極時開裂溫度,當(dāng),（3）開裂預(yù)估方法,裂縫指數(shù)預(yù)板法（Hass）統(tǒng)計方法但國內(nèi)缺乏數(shù)據(jù)庫，故只能引用某些影響因素的規(guī)律,Hills方法,限制勁度模量法,（溫度時間）,應(yīng)力松馳法修正Hills方法,能量法,E溫度E材料E,（只是,水平相當(dāng)時才能用）,（4）低溫破壞特性（日本管原照雄）,彎曲試驗,影響開裂的因素,外因,溫度，低開裂,降溫速率開裂,荷載開裂,內(nèi)因,瀝青決定性作用，稱號抗開裂,粗集料（必須形成骨架）30-40良好抗車轍,例SMA瀝青礦粉抗開裂纖維吸油SBS改善高溫為主SBR改善低溫為主（生產(chǎn)工藝難度大）,集料：耐磨抗壓吸水承力,空隙率：低溫開裂時強(qiáng)度懼增,聚脂纖維Beni-Fiber對高溫車轍幾乎沒作用其主要作用抗開裂抗疲勞，用于舊路改建,瀝青用量：抗低溫性能越好,（5）評價方法,（規(guī)范）低溫蠕變速率10%的破壞強(qiáng)度，現(xiàn)改為10%的,彎曲應(yīng)變（照搬小日本方法）,SHRP：約速試件，溫度應(yīng)力試驗,丁積方方法,應(yīng)力松實驗,（國外新）圓試件（模擬抗拉Marshell減件）,第二節(jié)瀝青混合料配合比設(shè)計方法,一、配合比設(shè)計方法調(diào)整的重點,用于調(diào)整冷拌合,用于調(diào)整熱料倉比例,試驗段輔筑,規(guī)范重大區(qū)別：,規(guī)范上規(guī)定密級配不能用于配合比設(shè)計（規(guī)范級配）附加了工程設(shè)計級配性質(zhì)對馬歇爾技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作了較大的調(diào)整規(guī)范瀝青混合料密度測定方法規(guī)范瀝青混合料理論密度必須實測瀝青含量變?yōu)橛行r青含量扣除集料空隙吸收瀝青確定OAC方法作了調(diào)整驗算瀝青膜厚（810um）與F/A0.6-1.2TSR（所有地區(qū)）均要驗算，低溫彎曲應(yīng)變。,FHWAn=0.45Power最大密度淺蘇聯(lián)k法同濟(jì)（林秀賢）將k法引變?yōu)榉椒?二、瀝青混合料配合比設(shè)計內(nèi)容,1原材料的選擇,2選定級配：連續(xù)間斷,Fuller,n=0.5時密度最大,連續(xù)級配追求的是：密度最大,新規(guī)范變革：,規(guī)范規(guī)定的級配（類似032-94級配表）對密級配不允許直接使用規(guī)范中數(shù)據(jù),工程設(shè)計級配：地形特點，氣候，交通條件，施工水平在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)細(xì)化級配,在工程級配范圍上進(jìn)行施工檢驗級配,對密級配瀝青混合料C、F:C=Coarse、粗型；F=Fine、細(xì)型,粗型和細(xì)型密級配瀝青混凝土的關(guān)鍵性篩孔通過率表2-1,用以分類的關(guān)鍵性篩孔（mm）,公稱最大粒徑（mm）,關(guān)鍵性篩孔通過率（%）,關(guān)鍵性篩孔通過率（%）,密級配瀝青混凝土混合料礦料級配范圍表2-2,瀝青瑪蹄脂碎石混合料礦料級配范圍表2-3,開級配排水式磨耗層混合料礦料級配范圍表2-4,密級配瀝青碎石混合料礦料級配范圍表2-5,半開級配瀝青碎石混合料礦料級配范圍表2-6,開級配瀝青碎石混合料礦料級配范圍表2-7,例：AC-13C粗型密級配ACAC-25C4.75mm(p)40AC-25F4.75mm(p)40AC-20C4.75mm(p)45AC-20F4.75mm(p)45AC-16C2.36mm(p)35AC-16F2.36mm(p)35對HMA熱拌瀝青混合料SMA級配范圍（拿中值來配）OGFC（大孔隙瀝青砼）（拿中值來配）ATB（瀝青穩(wěn)定碎石）（拿中值來配）AM（瀝青碎石）（拿中值來配）ATPM（排水式瀝青碎石）（拿中值來配）,3目標(biāo)配合比設(shè)計,設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（仍是Marshall法）密級配馬氏標(biāo)準(zhǔn)（26.5mm）公路分級維持原狀高速公路一級其它公路人行道（附二級公路按一級公路標(biāo)準(zhǔn)）,密級配瀝青混凝土混合料馬歇爾試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)表3-1,注：1.對空隙率大于5%的夏炎熱區(qū)重載交通路段，施工時應(yīng)至少提高壓實度1個百分點。2.當(dāng)設(shè)計的空隙率不是整數(shù)時，由內(nèi)插確定要求的VMA最小值。3.對改性瀝青混事料，馬歇爾試驗的流值可適當(dāng)放寬。,瀝青穩(wěn)定碎石混合料馬歇爾試驗配合比技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)表3-2,注：在干旱地區(qū)，可將密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層的空隙率適當(dāng)放寬到8%。,SMA混合料馬歇爾試驗配合比設(shè)計技術(shù)要求表3-3,注：1.對集料堅硬不易擊碎，通行重載交通的路段，也可將擊實次數(shù)增加為雙面75次。2.對高溫穩(wěn)定性較高的重交通路段或炎熱地區(qū)，設(shè)計空隙率允許放寬到4.5%，VMA允許放寬到16.5%（SMA-16）或16%（SMA-19），VFA允許放寬到70%。3.試驗粗集料骨架間隙率VCA的關(guān)鍵性篩性，對SMA-19、SMA-16是指4.75mm，對SMA-13、SMA-10是指2.36mm。4.穩(wěn)定度難以達(dá)到要求時，容許放寬到5.0kN（非改性）或5.5kN（改性），但動穩(wěn)定度檢驗必須合格。,OGFC混合料技術(shù)要求表3-4,馬歇爾試驗結(jié)果示,4生產(chǎn)配合比設(shè)計階段,對間歇式拌和機(jī)，必須從二次篩分后進(jìn)入各熱料倉的材料中取樣進(jìn)行篩分，以確定各熱料倉的材料比例，供拌和機(jī)控制室使用。同時反復(fù)調(diào)整冷料倉進(jìn)料比例，以達(dá)到供料均衡，并取目標(biāo)配合比設(shè)計的最佳瀝青用量、最佳瀝青用量0.3%等三個瀝青用量進(jìn)行馬歇爾試驗，確定生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量。,5生產(chǎn)配合比驗證階段,拌和機(jī)采用生產(chǎn)配合比進(jìn)行試拌，鋪筑試驗段，并用拌和的瀝青混合料及路上鉆取的芯樣進(jìn)行馬歇爾試驗檢驗。由此確定生產(chǎn)用的標(biāo)準(zhǔn)配合比。標(biāo)準(zhǔn)配合比應(yīng)作為生產(chǎn)上控制的依據(jù)和質(zhì)量檢驗的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)配合比的礦料級配至少應(yīng)包括0.075mm、2.36mm、4.75mm三檔篩孔通過率接近要求級配的中值。標(biāo)準(zhǔn)配合比一經(jīng)設(shè)計確定，施工過程中就不得隨意改變。當(dāng)施工現(xiàn)場的原材料發(fā)生變化，并經(jīng)檢測，瀝青混合料的礦料級配、馬歇爾試驗的技術(shù)指標(biāo)不符合要求時，應(yīng)及時調(diào)整配合比，使瀝青混合料質(zhì)量符合要求并保持相對穩(wěn)定。當(dāng)調(diào)整效果不佳時，應(yīng)重新進(jìn)行配合比設(shè)計。,高速公路和一級公路施工前應(yīng)鋪筑試驗路段。試驗段的長度應(yīng)根據(jù)試驗?zāi)康拇_定，一般為100200m。試驗段宜選在直線段上。試驗段分試拌和試鋪兩個階段，其試驗內(nèi)容有：1）根據(jù)瀝青路面各種施工機(jī)械相匹配的原則，確定合理的施工機(jī)械、機(jī)械數(shù)量及組合方式。2）通過試拌確定拌和機(jī)的上料速度、拌和數(shù)量與時間、拌和溫度等操作工藝。3）通過試鋪確定透層瀝青的標(biāo)號與用量、噴灑方式、噴灑溫度；攤鋪機(jī)的攤鋪溫度、攤鋪速度、攤鋪寬度、自動找平方式等操作工藝；壓路機(jī)的壓實順序、碾壓速度及遍數(shù)等壓實工藝；以及確定松鋪系數(shù)，接縫方法等。4）用熱拌瀝青混合料及路上鉆取的芯樣，進(jìn)行馬歇爾試驗和抽提試驗，驗證瀝青混合料配合比設(shè)計結(jié)果，提出生產(chǎn)用的礦料配比和瀝青用量。,5）建立用鉆孔法與核子密度儀測定密度的對比關(guān)系。確定粗粒式瀝青混凝土或瀝青碎石面層的壓實標(biāo)準(zhǔn)密度。6）確定施工產(chǎn)量及作業(yè)段長度，制訂施工進(jìn)度計劃。7）全面檢查材料及施工質(zhì)量。8）確定施工組織及管理體系、人員、通信聯(lián)絡(luò)及指揮方式,MS-2美國規(guī)范NCAT國家瀝青研究中心，免費，更新較快（查NCATAsphalt）,三、瀝青混合料配合比設(shè)計步驟,1.確定集料比例,基本技術(shù)要求施工要求性能要求：Marshell路用性能驗證設(shè)計上從經(jīng)驗性考慮路用性能設(shè)計,2.確定瀝青用量，實現(xiàn)C、最大,工程設(shè)計級配調(diào)整原則,對于高溫重載地區(qū)：用密級配粗型（C型）,對于低溫地區(qū)采用密級配舊型（下型）,對于高低溫兼配地區(qū)采用S型曲線,4.75mm，2.36mm，0.075mm12%,Marshell物理參數(shù)的計算,規(guī)范：空隙率，飽和度AV體