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1、1,高等筑路材料,2,第5章 沥青面层材料,3,本章内容要点,沥青玛蹄脂碎石SMA1.SMA概述2.SMA的特点3.SMA的配合比设计4.SMA的材料选择5.SMA的性能6.SMA的施工工艺,再生沥青混合料RAP1.国内外研究概况1.1国外研究概况1.2国内研究概况2.再生沥青混合料设计2.1旧料掺配设计2.2新掺材料设计2.3工艺性能设计,4,一、沥青玛蹄脂碎石（SMA）,5,1.1 SMA的起源,起源：起源于20世纪60年代的德国，最初的名称为Splitmastixaphalt（20世纪90年代传入美国后称为Stone Mastrix Asphalt，缩写为SMA）。中文名为“沥青玛蹄脂碎
2、石混合料”最初作为一种强度很高的沥青路面罩面，以抵抗带钉轮胎造成的各种路面损坏。德国1984年版沥青路面工程补充技术规范及准则中将SMA列为德国标准的路面材料。,6,1.2SMA在国外的应用情况,20世纪60年代起源于德国；从80年代起在欧洲推广，许多国家列入规范；90年代初引入美国，多个州修筑了试验路；NCAT于1998年底完成了有关混合料设计的研究项目；NAPA于1999年出版了SMA设计与施工指南；2000年列入AASHTO规范。,7,1.3SMA在国内的应用情况,1992年开始引入SMA；交通部成立了SMA推广课题组，进行专题研究；（沈金安研究员）推广课题组于1997年提出了SMA推广
3、建议书；1999年6月SMA路面施工技术指南；至今已有十多个省市修筑了SMA试验路和高速公路实体工程。,8,1.3SMA在国内的应用情况,江苏省 SMA在江苏的应用始于1995年，在宁连、宁通公路上修筑了SMA试验路；1998年以来对SMA路面进行了大量研究，先后在宁扬、宁合、宁杭等老路改造项目上成功地应用了改性/普通沥青的MA16/SMA13；2000年开始在淮江高速公路等新建公路应用；至今总里程已约2000多公里。,9,10,11,三种沥青混合料,AC-16,AK-16B,SMA-16,12,SMA芯样,13,SMA与AC路面的对比,AC,SMA,14,2 SMA的特点,2.1构成：SMA
4、是按照内摩擦角最大的原则，以间断级配的粗集料形成相互嵌挤的矿料骨架；然后按照空隙率较小的原则，以沥青玛蹄脂填充骨架的空隙，形成一种骨架密实结构的沥青混合料。,15,2 SMA的特点,嵌挤的骨架（嵌挤密实）高温稳定性好，抗车辙能力强粗集料多（4.75mm以上7080）路表粗糙抗滑、行车安全矿粉多（0.075mm通过率10左右）沥青用量多（高1以上）抗裂性、耐久性好细集料少 空隙率较小（34）抗水害、耐老化,16,2 SMA的特点,2.2级配曲线,两“多”（粗集料、矿粉）；一“少”（细集料）。,17,2 SMA的特点,2.2级配曲线(0.45次方曲线),SMA13的级配通过“级配禁区”（Super
5、pave中的概念）的下方。,18,3.SMA的配合比设计,3.1配合比设计的原则3.2配合比设计的标准3.3配合比设计的步骤3.4配合比设计的检验,19,3.1配合比设计的原则,使用强度高、立方体状集料选择适当的级配保证粗集料间相互嵌挤使用较多的沥青，空隙率为4%VMA 17满足析漏、飞散要求(沥青用量要求)满足高温稳定性要求满足水稳性要求,20,3.2配合比设计的标准,21,两点说明,一般规定：SMA混合料的配合比设计采用马歇尔试件的体积设计方法进行，马歇尔试验的稳定度和流值并不作为配合比设计接受或者否决的唯一指标。材料选择：除已有成功经验证明使用非改性的普通沥青能符合使用要求者外，SMA宜
6、采用改性石油沥青，且采用比当地常用沥青更硬标号的沥青。,22,3.3配合比设计的步骤,马歇尔击实仪,马歇尔试验仪,23,3.3配合比设计的步骤（1）-确定最佳设计级配,设计初试级配确定分界筛孔：公称最大粒径等于或小于9.5mm的SMA混合料，以2.36mm作为粗集料骨架的分界筛孔；公称最大粒径等于或大于13.2mm的SMA混合料，以4.75mm作为粗集料骨架的分界筛孔。设计初试级配：在工程设计级配范围内，调整各种矿料比例，设计3组不同粗细的初试级配，3组级配的粗集料骨架分界筛孔的通过率处于级配范围的中值、中值3%附近，矿粉数量均为10%左右。,24,3.3配合比设计的步骤（1）-确定最佳设计级
7、配,计算各种矿料密度计算初试级配的矿料合成毛体积相对密度sb、合成表观相对密度sa、有效相对密度se。,注意概念的讲解,25,矿料的有效相对密度se（SMA）,26,3.3配合比设计的步骤（1）-确定最佳设计级配,计算粗集料骨架混合料的平均毛体积相对密度CA,粗集料骨架：,矿料：,27,3.3配合比设计的步骤（1）-确定最佳设计级配,计算初试级配捣实状态下的粗集料骨架间隙率VCADRC,式中：VCADRC捣实状态下粗集料骨架间隙率，%；CA粗集料骨架的平均毛体积相对密度；S粗集料骨架的松方毛体积相对密度。,28,3.3配合比设计的步骤（1）-确定最佳设计级配,预估油石比Pa或沥青用量Pb根据合
8、成矿料毛体积相对密度sb选择初试沥青用量：合成矿料毛体积相对密度sb 最小油石比(g/cm3)(%)2.9 5.9 2.8 6.1 2.7 6.3 2.6 6.5,29,3.3配合比设计的步骤（1）-确定最佳设计级配,成型马歇尔试件按初试油石比和级配成型马歇尔试件，一组马歇尔试件的数目不得少于46个。用表干法测定SMA马歇尔试件的毛体积相对密度f。,30,3.3配合比设计的步骤（1）-确定最佳设计级配,计算SMA混合料的最大理论相对密度t纤维部分不得忽略,式中：se矿料的有效相对密度；Pa沥青混合料的油石比，%；a沥青结合料的表观相对密度；Px纤维用量，以矿料质量的百分数计，%；x纤维稳定剂的
9、密度，由供货商提供或由比重瓶实测得到。,31,3.3配合比设计的步骤（1）-确定最佳设计级配,计算SMA马歇尔混合料试件中的粗集料骨架间隙率VCAmix（与VCADRC对比）,式中：PCA沥青混合料中粗集料的比例，即大于4.75mm的颗粒含量，%；ca粗集料骨架部分的平均毛体积相对密度，由式（）确定；f沥青混合料试件的毛体积相对密度，由表干法测定；,32,相关指标的计算,试件空隙率:,试件有效沥青饱和度:,试件矿料间隙率:,式中：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(有效沥青含量占VMA的体积比例)，%；f按测定的试件的毛体积相对密度，无量纲；t沥青混合
10、料的最大理论相对密度，按的方法计算或实测得到，无量纲；Ps各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和，即Ps=100-Pb，%；sb矿料的合成毛体积相对密度，按式(B.5.3)计算。,33,3.3配合比设计的步骤（1）-确定最佳设计级配,确定最佳设计级配最佳设计级配必须满足下列两个条件：VCAmix17 当有1组以上的级配同时符合要求时，以粗集料骨架分界集料通过率大（偏细）且VMA较大的级配为设计级配。,34,3.3配合比设计的步骤（2）-确定设计沥青用量,对于选择的最佳设计级配，以初试沥青用量、初试沥青用量0.20.4制作3个油石比的SMA马歇尔试件；测试马歇尔稳定度、流值、空隙率、VFA、VC
11、Amix、VMA等技术指标；按设计空隙率，确定最佳油石比，并检查对应的技术指标是否满足要求。,35,3.4配合比设计的检验,高温稳定性检验（动稳定度）低温抗裂性能检验（低温弯曲破坏应变）水稳定性试验马歇尔残留稳定度比冻融劈裂残留强度比谢伦堡析漏试验肯塔堡飞散试验,36,车辙试验动稳定度,37,高温稳定性,38,低温抗裂性,39,水稳定性,40,谢伦堡析漏试验,试验目的：确定SMA混合料的最大沥青用量。（施工中的流淌问题）温度要求：普通沥青SMA试验温度为170，改性沥青185。测试方法：烧杯法析漏试验的结合料损失：对于非改性沥青，结合料损失不超过0.2%；对于改性沥青，结合料损失不超过0.1%
12、。,41,谢伦堡析漏试验,42,肯塔堡飞散试验,试验目的：确定SMA混合料的最小沥青用量。温度要求：标准飞散试验200.5；测试方法：采用洛杉矶磨耗试验机旋转撞击马歇尔试件（不加钢球），测定马歇尔试件的飞散量；飞散试验的混合料损失：对于非改性沥青，结合料损失不超过20%；对于改性沥青，结合料损失不超过15%。,43,肯塔堡飞散试验,44,最适宜的沥青用量,45,4.SMA的材料选择,4.1 改性沥青（SBS）4.2 粗集料4.3 细集料4.4 矿粉4.5 纤维4.6 抗剥落剂,46,4.5纤维添加剂,主要目的：SMA的沥青用量较高，为了防止施工时混合料中沥青析漏，需要在混合料中加入稳定剂。纤维
13、种类：纤维的种类很多，如木质素纤维、矿物纤维、玻璃纤维、有机纤维等。研究表明，木质素纤维吸油量最大、防析漏效果最好。木质素纤维中又以松散的絮状纤维分散性、稳定性最佳。添加方式：建议使用絮状纤维，并采用自动添加的方式。纤维掺量：木质素纤维的掺量不宜低于0.3%，矿物纤维的掺量不宜低于0.4%（均按沥青混合料的总质量计）。,47,5.SMA 的性能,5.1高温性能5.2低温性能5.3水稳定性5.4疲劳性能,48,5.1高温性能,SMA的高温稳定性要明显优于AC的高温稳定性。,49,5.2低温性能,SMA的低温弯拉模量低于AC，表明其低温柔韧性较好。,50,5.3水稳定性,SMA的水稳定性要低于AC
14、类，但能达到马歇尔残留稳定度80%的要求。,51,5.4疲劳性能,SMA的疲劳性能明显优于AC。,52,6.SMA 施工工艺,6.1 拌和6.2 运输6.3 摊铺6.4 碾压6.5 施工控制,53,6.1 拌和,粗细集料的储存,54,6.1 拌和,拌和时间和次序由于使用了纤维，拌和时间延长；应采用自动纤维添加装置；拌和次序：,55,拌和过程示意图,56,拌和机示意图,57,拌和楼,58,6.2 运输,大吨位自卸车加盖棉被、毡布不宜用柴油作隔离剂摊铺现场待卸车不少于5辆,2014市政案例技巧班，可以拥有 2014年真题一级建造师市政案例总结 把你的证书，走个过场，拿回家,超过 100G的市政课件
15、下载地址：http:/访问密码 d5cf十一月市政培训班的网址：12年过的一级市政和造价师 一次性八门,携手十一 通过市政 qq群：136816564,61,混合料的运输,62,6.3 摊铺,确保摊铺温度摊铺速度均衡松铺系数较小（1.11.15),63,64,两种离析现象,级配离析混合料级配存在明显的粗、细集料分离现象。这是通常意义上的离析。这种离析一般会导致明显的粗、细集料带，引起级配的偏差，影响路面的使用性能。一般通过运输车移动装料、摊铺机的螺旋布料来减小级配离析的不利影响。,温度离析在摊铺的混合料表面不同区域，存在温差较大的现象。这种离析最易导致碾压不密实、路表不平整。一般通过加强运输车
16、的保温措施、摊铺机的加热和螺旋布料、压路机的及时碾压来逐步减小温度离析的影响。,65,改性沥青的正常施工温度,66,6.4 碾压,双钢轮压路机，812吨紧跟、慢压、高频、低幅压路机速度不超过5km/h防止过度碾压不宜使用胶轮压路机压实后的空隙率6%,67,高频低幅与低频高幅,68,振动压实,69,两个“试金石”,能否在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥是鉴别是不是真正的SMA的重要标志。表面有没有足够的构造深度又基本上不透水是鉴别是不是真正的SMA的重要标志。,70,纵向接缝的处理1（涂抹粘层）,71,纵向接缝的处理2（碾压）,72,6.5 施工控制,SMA的施工除了应建立健全的质量管理、
17、监理体系及进行完善的施工组织设计外，应特别重视以下几个环节：（1）定期检查机械设备（2）稳定料源（3）严格控制级配（4）严格控制各项施工温度,73,（1）定期检查机械设备,施工机具，对于计量、温控设备要做到经常标定，对于传送、转动、筛分装置每天都要检修、保养，及时排除设备故障。,74,（2）稳定料源,SMA的级配范围较窄，比普通的沥青混合料对材料的规格、质量要求严格。生产中必须有稳定的矿料来源，每一批进料都要及时筛分，及时调整用料比，这样SMA的级配才能得到保证。,75,（3）严格控制级配,大量试验及资料表明，对于SMA13，4.75mm筛孔通过率有着重要意义，为保证粗集料间形成相互嵌挤的骨架
18、结构，4.75mm筛孔通过量宜控制在30%以下。,76,（4）严格控制各项施工温度,SBS改性沥青对温度比较敏感，温度过高会导致改性剂焦化，温度过低时粘度大不易施工。因而，应按照要求控制好沥青加热温度、拌和温度、摊铺温度及碾压温度等，使其在合理的范围内。,77,二、再生沥青混合料（RAP）,78,1.1国外研究概况,（1）1915年 Warren Brothers 进行了旧沥青层块的加热与重新利用（工厂内）；（2）1956年后，美国州际公路网络的形成和原油价格的上涨，促成了沥青路面再生技术的发展；1974年、1981年、1985年，美国的再生沥青混合料分别为5000t、350万t、2亿t（占全
19、部混凝土的50%）；（3）90年代后，美、德等国旧沥青混凝土的再生利用率都在90以上，1994年美国各州使用回收旧沥青而节约的费用达3亿美元；（4）日本从1976年开始对旧沥青路面材料进行再生利用，1993年，全日本旧沥青路面材料的再生利用率为78，2000年再生利用率已达到90。,79,1.1国外研究概况,（5）原联邦德国沥青路面再生技术的研究与应用处于领先水平，1978年，沥青路面旧料回收利用率已接近100，并率先将再生沥青混合料应用于高速公路的路面维护；（6）1979年前苏联出版了旧沥青混凝土再生混合料技术准则，提出了适于各种条件下再生利用的方法，其中规定再生沥青混合料只可用于高级路面的
20、基层和低级路面的面层；（7）在节省费用方面，比利时的统计表明，再生沥青混合料比普通沥青混合料节省直接费用在12左右；日本的统计资料显示是510。在服务寿命方面，美国认为，就地热再生为48年，厂拌热再生路面1020年，就地冷再生路面1015年。,80,1.1国外研究概况,（8）1997年国际经合组织调查了14个国家的路面材料再生利用情况，发表了道路工程再生利用战略白皮书，其中沥青路面再生利用的基本情况为：旧沥青路面材料的再生利用率为75%100%；热再生技术应用最为普遍，再生材料主要用于路面面层结构，极少用作回填材料和其他用途；不论是集中厂拌还是就地方法，冷再生技术推广程度较低；就地热再生技术得
21、到较多国家采用，但只有少数国家推广程度较高。,四种再生技术,81,1.2国内研究概况,20世纪50到70年代，我国曾在不同程度上利用过旧沥青材料，但一般只用于轻交通道路、人行道或道路的垫层；70年代初期，湖南省公路部门将乳化沥青加入旧渣油表处面层材料，并分别用拌和法和层铺法修筑了试验路，证明了旧路材料再生利用的技术可行性和经济可行性；1982年，交通部设立沥青渣油路面再生利用课题，对旧沥青路面的再生机理、设计方法与工艺等进行了研究；1983年建设部下达了“废旧沥青混合料再生利用”研究项目；90年代中后期，早期建成的大量高等级沥青路面陆续进入大修或改建阶段，对沥青路面旧料的再生技术研究正逐步深入
22、化、系统化。如，2000年沈大高速公路营口段沥青路面再生试验；黄晓明等针对克拉玛依AH-70沥青研制出A、B型再生剂等。,82,2.再生沥青混合料（RAP）设计,2.1旧料掺配设计2.2新掺材料设计2.3工艺性能设计,83,2.1 RAP旧料掺配设计,（1）再生沥青混合料类型再生沥青混合料类型澳大利亚规范指出，除非有特别的设备、工艺，热再生沥青混合料不适合用作沥青玛蹄脂碎石（SMA）和开级配沥青混合料（OGFC等）；热再生沥青混合料一般通常用作普通密级配沥青混合料。再生沥青混合料粘结剂根据再生沥青混合料特点、应用层次、使用地区的气候和交通情况等进行选取。,84,2.1 RAP旧料掺配设计,（2
23、）旧料掺配率设计A.只添加新沥青进行复合（针入度指标）,式中：Pmix复合沥青的针入度，0.1mm；PRecy旧沥青的针入度，0.1mm；PVirgin新沥青的针入度，0.1mm；a旧沥青占新旧沥青总量的比例。,85,设旧料沥青含量为CRAP，再生沥青混合料设计沥青含量为CMIX；旧料质量为MRAP，新骨料与新沥青质量为MNEW，则有：,式中：Pr旧料掺配率，；,将代入即得复合再生沥青针入度要求的旧料掺配率Pr：,86,2.1 RAP旧料掺配设计,（2）旧料掺配率设计B.添加新沥青与再生剂共同复合（针入度指标）,式中：K1、K2与再生剂和旧沥青有关的回归系数；a再生剂占再生剂与旧沥青总量之比。
24、,如果再生剂与旧沥青的复合沥青针入度与再生沥青（设计）针入度相同，那么由式可解出将旧沥青复合再生到设计针入度的再生剂用量。,87,如果复合沥青针入度与再生沥青（设计）针入度不同，此时应从经济角度和利于喷洒角度，选择适合的再生剂掺量a，代入式得出再生剂复合沥青的针入度PMIX。,式中：MReju添加再生剂的质量；MRecy旧料中旧沥青质量；a再生剂掺量。,式则可变换为：,结合式，并将PMIX代替式中的PRecy，即可得到此时的旧料掺配率Pr：,88,2.2 RAP新掺材料设计,（1）新骨料的级配新添骨料分计筛余为再生沥青混合料集料设计筛余与回收旧料筛余之差：,11,由新骨料分计筛余经过简单计算即
25、可得到新骨料的设计级配通过率。,式中：Ssi第i级筛孔上新骨料分计筛余，。,89,2.2 RAP新掺材料设计,（2）再生剂的掺量为便于旧料掺配，取再生剂用量占旧料质量的外掺比率为CReju，则：,12,再生剂用量占再生沥青混合料质量比例MReju为：,13,14,90,2.2 RAP新掺材料设计,（3）新沥青的标号和用量 A.不掺加再生剂时,15,新沥青针入度标号：,新沥青掺量：,16,91,2.2 RAP新掺材料设计,（3）新沥青的标号和用量 B.掺加再生剂时,17,新沥青针入度标号：,18,如果再生剂已将旧沥青针入度复合到再生沥青设计针入度标号PMix，则,如果再生沥青由再生剂、旧沥青和新
26、沥青综合复合而成，设掺量为CReju的再生剂复合旧沥青后的针入度为PMix，则由式和式12得新沥青的针入度为：,92,2.2 RAP新掺材料设计,（3）新沥青的标号和用量 B.掺加再生剂时,19,新沥青掺量：,根据新沥青掺量的定义，结合式16，可得：,93,RAP旧料掺配设计汇总,94,RAP材料配比设计汇总,汇总有问题,95,2.3 RAP工艺性能设计,（1）马歇尔设计参数A.再生粘结剂用量预估根据混合料适用层面、地区气候条件以及设备水平等因素确定；在此基础上，按0.5递增和递减，将再生沥青粘结剂分成56个等级，每级制备46个试件。,96,2.3 RAP工艺性能设计,（1）马歇尔设计参数B.
27、马歇尔试件材料组成,RAP旧料质量：,再生剂质量：,新沥青质量：,新集料质量：,以上各式中：Gm再生混合料马歇尔试件质量，g。,22,23,21,20,97,2.3 RAP工艺性能设计,（1）马歇尔设计参数C.马歇尔试件成型工艺旧料预热（110，2h）再生剂喷洒到预热的旧料中适当拌和加入新骨料拌和依次加入新沥青和矿粉适当拌和。再生沥青混合料拌和工序特征更加突出，应根据具体情况总结经验，提高再生沥青混合料质量，并用以指导现场施工。,98,2.3 RAP工艺性能设计,（1）马歇尔设计参数D.应注意的几个问题最佳沥青用量的离散性较大。新骨料加热、旧料预热以及拌和中的材料组分添加工序等都应与实际工程相
28、吻合一致。应探索具体旧料掺量、旧料沥青含量与性状等条件下的马歇尔指标变化规律，为调整材料配比、进行性能检验以及确定生产配合比等提供依据。,99,2.3 RAP工艺性能设计,（2）工艺对混合料性能的影响A.再生剂添加工序与拌和时间在马歇尔试件成型过程中，分90s和180s两种拌和时间，以及两种添料工序：将再生剂先与旧料接触并拌和，然后分别依次加入新骨料、新沥青和矿粉，拌和成型；先将旧料与新骨料拌和，然后加入再生剂与新沥青的混和液，再加入矿粉拌和成型。,100,2.3 RAP工艺性能设计,（2）工艺对混合料性能的影响B.旧料预热温度将旧料预热不同的温度，拌制再生沥青混合料，测试旧料预热温度对再生沥
29、青混合料低温性能的影响：,101,2.3 RAP工艺性能设计,（2）工艺对混合料性能的影响C.旧料掺量采用不同旧料掺量，拌制再生沥青混合料，测试不同旧料掺量对再生沥青混合料低温性能的影响：,超过 100G的市政课件下载地址：十一月市政培训班的网址：12年过的一级市政和造价师 一次性八门,携手十一 通过市政 qq群：136816564,103,课后思考,1.SMA的材料组成上具有哪些显著特点？这些特点与其使用性能之间具有什么关系？2.SMA配合比组成设计步骤是什么？3.SMA混合料检验中，析漏和飞散试验的主要目的是什么？两者有无联系？4.再生沥青混合料设计的主要内容有哪些？,104,课后预习,1.三种防水粘结材料的基本性质如何？2.剪切试验和拉拔试验的主要目的及其试验过程。,
