土木工程材料第九章 热拌沥青溷合料.ppt

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1、2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,沥青混合料是指由矿料（粗集料、细集料、矿粉）与适量沥青材料经拌和而成的混合料。(沥青混凝土、沥青碎石混合料),2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,第一节概述 一、沥青混合料的特点 1.弹-塑-粘性材料，良好的力学性能，一定的高 温稳定性和低温抗裂性，不需设施工缝和伸缩缝。路面平整且有弹性，行车舒适。2.有一定的粗糙度，防滑;降噪。路面为黑色，行 车比较安全。3.施工方便快速。能及时开放交通。4.经济耐久。分期改造，再生利用。5.缺点：温度敏感性和老化现象。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混

2、合料,二、沥青混合料的分类1、按胶结料品种分 石油沥青、煤沥青混合料2、按公称最大粒径分 特粗式沥青混合料：Dm37.5mm 粗粒式：Dm=26.5mm 或Dm=31.5mm 中粒式：Dm=16mm 或Dm=19mm 细粒式：Dm=9.5mm 或Dm=13.2mm 砂粒式：Dm9.5mm3、按矿料级配类型分 连续级配沥青混合料、间断级配。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,4、按矿料级配组成及空隙率大小分类（1）密级配沥青混合料：密实式沥青混合料AC、密实式沥青稳定碎石混合 料ATB。（2）半开级配沥青混合料（适当比例粗集料、细集料 及少量填料或无填料。剩余空隙率61

3、2%）沥青碎石（3）开级配沥青混合料（粗集料嵌挤组成，细集料及 填料较少。剩余空隙率大于18%）沥青碎石5、按施工条件（温度）分 热拌、冷拌、再生沥青混合料,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,剩余空隙率小于10%的沥青混合料，称为沥青混凝土（混合料），适用于公路的面层。剩余空隙率大于10%的沥青混合料，称为沥青碎（砾）石（混合料），适用于公路的过渡层和整平层。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,第二节 沥青混合料组成材料的技术要求 1.沥青材料(1)沥青种类选择:按现行公路沥青路面施工技术规范（JTGF402004）规定，道路石油沥青分为A级

4、、B级、C级三个等级，各自的适用范围应符合表9-3 的规定。按规格参照。(2)沥青标号:宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路类型及在结构层中的层位及受力特点、施工方法等，结合当地的使用经验，经技术论证后确定。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,高速公路、一级公路、重载交通、山区上坡路-稠度大、粘度大的沥青 冬季寒冷，交通量少-稠度小、低温延度大沥青。温差大-针入度指数大的沥青高温与低温要求发生矛盾，优先考虑高温。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,2、粗集料（2.36mm）碱性、表

5、面粗糙1）表面粗糙、足够的高强及耐磨性。立方体（限制 针片状颗粒）具有棱角的颗粒。洁净、干燥、无 风化、不含杂质，2）碱性的岩石。3）酸性岩石的石料为保证与沥青的粘附性符合规范 要求，应采用下列抗剥离措施。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12。在沥青中掺加抗剥离剂。将粗集料用石灰浆处理后使用。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,3.细集料 沥青混合料用细集料可采用天然砂、机制砂及石屑。（1）洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗 粒组成，其质量应符合规范要求(见表9-7)。（2）细集料应与沥青有良好的粘结能力。与沥青粘 结性

6、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、城市快速路、主干路沥青面层。必 须使用时，应采用抗剥离措施。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,4.填料（0.075mm多为矿粉）（1）宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石(碱性 岩石，SiO245%,憎水性石料)经磨细得到的矿粉（2）矿粉要求干燥、洁净，泥土杂质应除净，其 质量应符合规范要求(见表9-8)。（3）粉煤灰作为填料使用时，烧失量应小于12，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，高速公路、一级公路的沥青 路面不宜采用粉煤灰做填料。,2011年11

7、月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,第三节沥青混合料的组成结构和强度理论 一、沥青混合料的组成结构沥青混合料是一种复合材料，它是由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外加剂所组成。这些组成材料在混合料中，由于组成材料质量的差异和数量的多少可形成不同的组成结构，并表现为不同的力学性能。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,沥青混合料组成结构类型悬浮-密实结构、骨架-空隙结构、骨架-密实结构(1)悬浮-密实结构:是指矿质集料由大至小组成连续密级配的混合料结构，混合料中粗集料数量较少，不能形成骨架。如图9-1a这种沥青混合料粘聚力F 较大，内摩阻角 较小，因此高温稳定性较

8、差。按照连续密级配原理设计的AC型沥青混合料是典型的悬浮-密实结构。（密实度强度较高，连续级配不易离析易施工。目前我国沥青混合料主要采用的结构。）,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,a)悬浮-密实结构 b)骨架-空隙结构 c)密实-骨架结构,矿料为连续型密级配,连续型开级配,间断型密级配,图 沥青混合料结构组成示意图,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,(2)骨架-空隙结构:是指矿质集料属于连续型开级配的混合料结构，矿质集料中粗集料较多，可形成矿质骨架，细集料较少，不足以填满空隙，如图9-1b，所以此结构沥青混合料空隙率大，耐久性差，沥青与矿料

9、的粘聚力差，热稳定较好，这种结构沥青混合料的强度主要取决于内摩阻角。沥青碎石混合料AM和开级配耗层沥青混合料OGFC是典型的骨架一空隙结构,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,(3)骨架-密实结构:是指此结构具有较多数量的粗集料形成空间骨架，同时又有足够的细集料可填满骨架的空隙，如图9-1c。这种结构的沥青混合料具有较高的粘聚力和较高的内摩阻角，是沥青混合料中最理想的一种结构类型。（由于间断级配易分离，对施工技术要求较高，目前我国应用还较少。）沥青玛蹄脂碎石混合料SMA是典型的骨架一密实结构。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,沥青混合料的组成

10、结构,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,二、沥青混合料的强度理论 破坏原因：高温时由于抗剪强度不足或塑性变形增大而产生推挤波浪、拥包等现象，和低温时抗拉强度不足或变形能力较差而产生裂缝现象。主要是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。目前对于沥青混合料强度的研究，一般采用库伦内摩擦理论分析。沥青混合料的抗剪强度主要取决于沥青与矿质集料物理、化学交互作用而产生的粘聚力c，以及矿质集料在沥青混合料中分散程度不同而产生的内摩阻角。如下式所示：,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,三、影响沥青混合料抗剪强度的因素(1)影响沥青混

11、合料抗剪强度的内因1)沥青粘度的影响。在其他因素固定的条件下，沥青混合料的粘聚力C是随着沥青粘度的提高而增加的。因为沥青的粘度即沥青内部沥青胶团相互位移时，其分散介质抵抗剪切作用的抗力，所以沥青混合料受到剪切作用时，特别是受到短暂的瞬时荷载时，具有高粘度的沥青能赋予沥青混合料较大的粘滞阻力，因而具有较高抗剪强度。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,2)沥青与矿料在界面上的交互作用 沥青与矿料相互作用后，沥青在矿料表面形成一层扩散结构膜，在此结构膜以内的沥青称为结构沥青，在此结构膜以外的沥青称为自由沥青。如果矿料颗粒之间的粘结力是由结构沥青提供，则粘结力较大，如果矿料颗

12、粒之间的粘结力是由自由沥青提供，则粘结力较小。所以我们在配制沥青混合料时，应控制沥青用量，使混合料能形成结构沥青，减少自由沥青。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,碱性岩石对沥青吸附性强酸性岩石 沥青与矿料相互作用不仅与沥青的化学性质有关，而且与矿粉的性质有关。在不同性质矿粉表面形成不同组成结构和厚度的吸附溶化膜，在石灰石粉表面形成较为发育的吸附溶化膜；而在石英石粉表面则形成发育较差的吸附溶化膜。所以在沥青混合料中，当采用石灰石矿粉时，矿粉之间更有可能通过结构沥青来联结，因而具有较高的粘聚力。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,3)沥青与矿料

13、的用量及比例。（沥青用量）在固定质量的沥青和矿料的条件下，沥青与矿料的比例(即沥青用量)是影响沥青混合料抗剪强度的重要因素，在沥青用量很少时，沥青不足以形成结构沥青的薄膜来粘结矿料颗粒。随着沥青用量的增加，结构沥青逐渐形成，沥青更为完满地包裹在矿料表面，使沥青与矿料间的粘附力随着沥青的用量增加而增加。当沥青用量足以形成薄膜并充分粘附矿粉颗粒表面时，沥青胶浆具有最优的粘聚力。随后，如沥青用量继续增加，由于沥青用量过多，逐渐将矿料颗粒推开，在颗粒间形成未与矿粉交互作用的“自由沥青”，则沥青胶浆的粘聚力随着自由沥青的增加而降低。当沥青用量增加至某一用量后，沥青混合料的粘聚力主要取决于自由沥青，所以抗

14、剪强度几乎不变。随着沥青用量的增加，沥青不仅起着粘结剂的作用，而且起着润滑剂的作用，降低了粗集料的相互密排作用，因而降低了沥青混合料的内摩擦角。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,沥青用量不仅影响沥青混合料的粘聚力，同时也影响沥青混合料的内摩擦角。通常当沥青薄膜达最佳厚度(亦即主要以结构沥青粘结)时，具有最大的粘聚力；随着沥青用量的增加，沥青混合料的内摩擦角逐渐降低。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,4)矿质集料的级配类型、粒度、表面性质对沥青混合料抗剪强度的影响。沥青混合料有密级

15、配、开级配和间断级配等不同组成结构类型，因此矿料级配类型是影响沥青混合料抗剪强度的因素之一。具有显著的面和棱角，各方向尺寸相差不大，近似正立方体以及具有明显细微凸出的粗糙表面的矿质集料，在碾压后能相互嵌挤锁结而具有很大的内摩擦角。在其他条件相同的情况下，这种矿料所组成的沥青混合料较之圆形而表面平滑的颗粒具有较高的抗剪强度。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,许多试验证明，要想获得具有较大内摩擦角的矿质混合料，必须采用粗大、均匀的颗粒.在其他条件下，矿质集料颗粒愈粗，所配制成的沥青混合料愈具有较高的内摩擦角。相同粒径组成的集料，卵石的内摩擦角较碎石为低。,2011年11

16、月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,(2)影响沥青混合料抗剪强度的外因。温度 形变速率 随着温度升高，沥青的粘聚力值减小，而变形能力增强。当温度降低，可使混合料粘聚力提高，强度增加，变形能力降低。但温度过低会使沥青混合料路面开裂。由于加荷频率高，可使沥青混合料产生过大的应力和塑性变形，弹性恢复很慢，产生不可恢复的永久变形。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,第四节 沥青混合料的技术性质和技术标准一、沥青混合料的技术性质 1.高温稳定性 1）定义：高温稳定性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

17、）评价方法：马歇尔试验、车辙试验等 3）马歇尔试验指标：马歇尔稳定度、流值 车辙试验指标:动稳定度,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,稳定度（MS）：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。流值（FL）：达到最大破坏荷载时试件的垂直变形。单位：mm。马歇尔试验法 混合料击实成直径101.6mm，高63.5mm的圆柱形试件，置于60的水槽中保温3040min，然后把试件置于马歇尔试验仪上，以50 mm/min的速度加压，当试件达到破坏时的最大荷载即为稳定度MS(kN)，此时对应的压缩变形量称为流值(mm)。流值是反映混合料变形能力的一种

18、指标，变形能力太小，冬天易产生裂缝，变形太大，热稳定性差。可以间接地反映沥青混合料的抗车辙能力。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,DF-5型沥青混合料马歇尔稳定度测仪仪器以交通部公路工程及沥青混合料试验规程JTJ052-2000为准，适用于马歇尔稳定度试验和浸水马歇尔稳定度，以进行沥青混合料的配合比设计或沥青路面施工质量检验。浸水马歇尔稳定度试验（根据需要，也可进行真空饱水马歇尔试验）供检验沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力时使用，通过测试其水稳定性检验配合比设计的可行性。采用液晶显示屏显示，可动态显示试验

19、曲线图，中文显示各种试验数据，直观方便；采用全数字标定和流值，无需手动调整电位器；有防错误操作和过压自动保护功能，不会出现因过压而损坏仪器。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,车辙试验，测定的是动态稳定度。在60条件下，用车辙试验机的试验轮对沥青混合料试件进行往返碾压1h，测定其在变形稳定期每增加变形1mm的碾压次数，即为动态稳定度。对于高速公路，此值不小于800次/mm，对于一级公路，不小于600次/mm。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,2011年11月,衢州学院建工学院,车辙

20、试验机,第九章 热拌沥青混合料,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,影响高温稳定性的主要因素有沥青的用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料的大小、形状等。提高高温稳定性的措施可采用提高沥青混合料的粘结力和内摩阻力的方法等。增加粗集料含量可提高沥青混合料的内摩阻力，适当提高沥青材料的粘度，控制沥青与矿料比值，严格控制沥青用量，均能改善沥青混合料的粘结力。这样就可以增强沥青混合料的高温稳定性。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,2.低温抗裂性 沥青混合料随着温度的降低，变形能力下降。路面由于低温而收缩及行车荷载的作用，在薄弱部位产生裂缝，从而影响道路的

21、正常使用。因此，要求沥青混合料具有一定的低温抗裂性。沥青混合料的低温裂缝是由混合料的低温脆化、低温缩裂和温度疲劳引起的，因此在混合料组成设计中，应选用稠度较低、温度敏感性低、抗老化能力强的沥青。评价沥青混合料低温变形能力的常用方法之一是低温弯曲试验（应变）。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,3.耐久性 1）定义：在长期的荷载作用和自然因素影响下，保持正常使用状态而不出现剥落和松散等损坏的能力。2）指标：空隙率、沥青饱和度、残留稳定度 空隙率：在压实沥青混合料中，空隙体积占沥青混合料总体积的百分率。(空隙率大，抗滑性和高温稳定性好，但抗渗性、耐久性降低，对强度不利。)

22、沥青饱和度：压实沥青体积占矿料以外体积的百分率。（过小，沥青难以充分覆盖矿料，影响沥青混合料的粘聚性，降低耐久性；过大，减少沥青混合料的空隙率，妨碍夏季沥青体积膨胀，引起路面泛油，降低高温稳定性）残留稳定度：受水损害时抵抗剥落能力。浸水48h后的稳定度/标准稳定度。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,4.抗滑性 用于高等级公路沥青路面的沥青混合料，其表面应具有一定的抗滑性，才能保证汽车高速行驶的安全性。沥青混合料路面的抗滑性与矿质集料的表面性质、混合料的级配组成以及沥青用量、蜡含量等因素有关。为保证长期高速行车的安全，配料时要特别注意粗集料的耐磨光性，应选择硬质有棱角

23、的集料。我国现行公路沥青路面施工技术规范（JTGF402004）提出磨光值、粘附性指标要求。（碎石集料、适当增大集料粒径，减少沥青用量。）,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,5.施工和易性 影响因素：矿料级配、及沥青品种用量及施工环境条件等。1）矿料级配情况：如粗细集料的颗粒大小相差过大，缺乏中间尺寸，混合料容易分层层积(粗粒集中表面，细粒集中底部)；如细集料太少，沥青层就不容易均匀地分布在粗颗粒表面；细集料过多，则使拌和困难。2）沥青用量：过少，或矿粉用量过多时，混合料容易产生疏松不易压实。反之，如沥青用量过多，或矿粉质量不好，则容易使混合料粘结成团块，不易摊铺。,

24、2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,二、沥青混合料的技术指标1.稳定度（MS）：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（FL）：达到最大破坏荷载时试件的垂直变 形，单位：mm。马歇尔模数（T）：计算得到，稳定度除以流值的商 单位：kN/mm。T=MS/FL 可以间接地反映沥青混合料的抗车辙能力。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,3.残留稳定度（MS0）：受水损害时抵抗剥落能力。浸水（60）48h后的稳定度/标准稳定度。MS0=MS1/MS4.毛体积密度（f）：通常采用表干法测定毛体积密度；对吸水率

25、大于2%的试件，宜采用蜡封法测定。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,5.理论最大密度（t）：6.空隙率（VV）：在压实沥青混合料中，空隙体积占沥青混合料总体积的百分率。/试件压实后，矿料及沥青以外的空隙的体积占试件总体积的百分率。VV=V空隙/V总=1-f/t=1-毛体积密度/理论密度,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,7.沥青体积百分率（VA）：VA=沥青体积/混合料体积=Pa f/（100+Pa）a 8.矿料间隙率（VMA）：试件全部矿料以外的体积占试件总体积的百分率。VMA=VA+VV 9.沥青饱和度(VFA)：是指在压实沥青混合料中

26、，沥青体积占矿料以外体积的百分率。VFA=V沥青/(V总-V矿料)=VA/VMA,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,三、热拌沥青混合料的技术标准 按公路沥青路面施工技术规范（JTGF402004）规定，沥青混合料技术要求应符合技术规范的规定，并有良好的施工性能。当采用其他方法设计沥青混合料时，应按规范规定进行马歇尔试验及各项配合比设计检验。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,一、矿质混合料的级配理论（一）级配类型1、连续级配 连续级配是采用标准套筛对某一混合料进

27、行筛析试验，所得级配曲线平顺圆滑，具有连续性。这种由大到小、逐级粒径均有，按比例互相搭配组成的矿质混合料，称为连续级配混合料。连续级配：级配曲线平顺圆滑,2、间断级配间断级配是在矿质混合料中剔除其一个分级或几个分级而形成一种不连续的混合料，这种混合料称为间断级配混合料。见图为连续级配和间断级配曲线图。间断级配：剔除1几个分级,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,（二）级配理论1富勒理论富勒认为：“级配曲线愈接近抛物线时，则其密度愈大”。最大密度曲线方程可表示为：P2=kd（1）当粒径d等于最大粒径D时，矿质混合料的通过率等于100%1002=KD

28、K=1002/D P=100(d/D)1/2(2)P=100(10/40)1/2=50%式中：P 欲计算的某级粒径d（mm）的矿料通过百分率（%）；D 矿质混合料的最大粒径（mm）；d 欲计算的某级矿质混合料的粒径（mm）。富勒理论级配曲线如图所示。最大密度曲线理论计算连续级配,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,最大密度曲线理论（富勒理论）观点：矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大。(当矿质混合料的级配曲线为抛物线时，具有最大密实度。),-9-8-7-6-5-4-3-2-1 02-9 2-8 2-7 2-6 2-5 2-4 2-3

29、2-2 2-1 20,理想最大密度级配曲线,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第二节 砂石材料的技术性质,2、泰波理论泰波认为：富勒曲线是一种理想曲线，实际矿料的级配应允许有一定的波动范围，故将富勒最大密度曲线改为n次幂的通式，即：P=100（d/D）n式中：n 实验指数。根据试验认为n=0.30.6时，矿质混合料具有较好的密实度，级配曲线范围如图。实际研究认为：在沥青混合料中应用，当n=0.45时密度最大；在水泥混凝土中应用，当n=0.250.45时工作性较好。通常使用的矿质混合料的级配范围：n=0.30.7,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质

30、混合料的组成设计,图中：n=0.5为最佳级配曲线n=0.30.7为允许波动范围,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,（三）、级配曲线范围的绘制 我国沿用半对数坐标系绘制级配范围曲线的方法，首先要按对数计算出各种颗粒粒径在横坐标轴上的位置，而表示通过百分率的纵坐标则按普通算术坐标绘制。绘制好横、纵坐标后，最后将计算所得的各颗粒粒径（di）的通过百分率（Pi）绘制在坐标图上，再将确定的各点连接为光滑的曲线，在两个指数（n1和n2）之间所包括的范围即为级配范围（通常用加绘阴影表示）。如图：,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质

31、混合料的组成设计,2-9 2-8 2-7 2-6 2-5 2-4 2-3 2-2 2-1 20 0.08 0.16 0.315 0.63 1.25 2.5 5.0 10 20 400.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 19 37.5,建立坐标横坐标：各粒径di按1/2递减纵坐标：通过百分率,P=100(d/D)n,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,二、矿质混合料的组成设计方法 矿质混合料的组成设计必须具备两项已知条件：（1）各种集料的筛分结果；（2）按技术规范（或理论级配）要求矿质混合料的级配范围。,2011

32、年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,（一）试算法1、基本原理试算法适用于23种矿料组成的混合料，是最简单的一种方法。此方法的基本原理是：现有几种矿质集料，欲配制成某一种符合一定级配要求的矿质混合料，在决定各组成集料在混合料中的比例时，先假设混合料中某种粒径的颗粒是由某一种对这一粒径占优势的集料组成，而其它各种集料中不含有此粒径。根据各个主要粒径去试算各种集料在混合料中的大致比例，再经过校核调整，最终获得满足混合料级配要求的各集料的配合比例。,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,现有三种集料，欲配制成某一级配要求

33、的混合料M。确定这三种集料在混合料M中的配合比。首先按问题作下列两点假设：设X、Y、Z为A、B、C三种集料组成矿质混合料M的配合比例，则：X+Y+Z=100设混合料M中某一级粒径(i)要求的含量为aM(i)，A、B、C三种集料在原来级配中此粒径(i)颗粒的含量分别为aA(i)、aB(i)、aC(i)，则：aA(i)X+aB(i)Y+aC(i)Z=aM(i),2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2计算步骤 1）计算出A料在混合料中的用量比例。假设A料占优势-aB(i)=aC(i)=0 aA(i)X+aB(i)Y+aC(i)Z=aM(i)X=aM(i)

34、/aA(i)2）计算出C料在混合料中的用量比例。假设C料占优势-aA(j)=aB(j)=0 Z=aM(j)/aC(j)3）计算出B料在混合料中的用量比例。Y=100-（X+Z）4）校核 经校核如不在要求的级配范围内，应调整配合比，重新计 算和复核。,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,例题 拟用碎石、石屑和矿粉三种矿质材料组成矿质混合料.试求碎石、砂和矿粉三种集料在要求级配混合料中的用量比例。,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组

35、成设计,计算步骤1）计算出A料在混合料中的用量比例。假设A料占优势-aB(4.75)=aC(4.75)=0 aA(i)X+aB(i)Y+aC(i)Z=aM(i)X=aM(4.75)/aA(4.75)=29.5/60.0=49.0%2）计算出C料在混合料中的用量比例。假设C料占优势-aA(0.075 j)=aB(0.075)=0 Z=aM(0.075)/aC(0.075)=17.5/83.3=21.0%3）计算出B料在混合料中的用量比例。Y=100-（X+Z）=100-(49.0+21.0)=30.0%4）校核：经校核如不在要求的级配范围内，应调整配合比，重新 计算和复核。,2011年11月,衢

36、州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,例题2某一级公路沥青混凝土路面AC-20用矿质混合料，现拟用碎石、石屑和矿粉三种矿质材料组成，现各矿料筛分结果按分计筛余列于下表。并列出按推荐设计混合料的级配范围，试求碎石、砂和矿粉三种集料在要求级配混合料中的用量比例。三种集料的分计筛余和混合料要求的级配范围,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,解：(1)将表 中矿质混合料要

37、求的标准级配范围通过百分率Pi换算为累计计筛余百分率Ai、级配范围累计筛余百分率中值及要求的分计筛余百分率aM(i)，计算结果列于下表。矿质混合料要求的级配范围,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,计算步骤1）计算出A料在混合料中的用量比例。假设A料占优势-aB(4.75)=aC(4.75)=0 aA(i)X+aB(i)Y+aC(i)Z=aM(i)X=aM(4.75)/aA(4.75)=20.0/23.8=84.0%2）计算出C料在混合料中的用量比例。假设C料占优势-aA(0.075 j)=aB(0.075)=0 Z=aM(0.075)/aC(0.

38、075)=5.0/83.3=6.0%3）计算出B料在混合料中的用量比例。Y=100-（X+Z）=100-(84.0+6.0)=10.0%4）校核经校核如不在要求的级配范围内，应调整配合比，重新计算和复核。,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,（二）图解法 我国现行规范推荐采用的图解法为修正平衡面积法。由3种以上的多种集料进行组配时，采用此方法进行设计十分方便。修正平衡面积法的设计步骤如下：1、绘制级配曲线图1）计算要求级配范围通过率的中值，作为设计依据；2）根据级配范

39、围中值，确定相应的横坐标的位置；3）在坐标图上绘制各种集料的级配曲线。,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2、确定各种集料的用量比例1）两相邻级配曲线重叠；2）两相邻级配曲线相接；3）两相邻级配曲线相离。3、校核 按图解所得各种集料的用量比例校核计算合成级配是否符合要求，如超出级配范围要求，应调整各集料的比例，直至符合要求为止。,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,修正平衡面积（目的：用量比例）,绘制级配曲线坐标图方形框图纵：取长10（通过百分率，算术）横：取长15（对数坐标，递减）对角线要求级配中值

40、。（直线）,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,纵坐标：10cm 横坐标：15cm.对角线：级配中值。筛孔尺寸确定：通过百分率中值。,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,例 细粒式AC-13,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料

41、的组成设计,规范要求的矿质混合料级配,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,习题1-2 现有碎石、石屑、砂和矿粉四种矿料，筛分试验得到的各粒径通过百分率列于表1-9。要求将上述四种集料组配成符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）细粒式沥青混凝土混合料（AC-13）级配要求（见表1-10）的矿质

42、混合料，试确定各种集料的用量比例。表1-9 组成集料筛析结果,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,规范要求的混合料级配 细粒式沥青混凝土AC-13矿料级配范围,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,解：1)绘制级配曲线图，在纵坐标上按算术坐标绘出通过量百分率2)连对角线OO，表示规范要求的级配中值。在纵坐标上标出规范(JTG F402004)规定的细粒式混合料(AC-13)各筛孔的要求通过百分率，作水平线与对角线OO相交，再

43、从各交点作垂线交于横坐标上，确定各筛孔在横坐标上的位置。3)将碎石、石屑、砂和矿粉的级配曲线绘于图上。4)在碎石和石屑级配曲线相重叠部分作一垂线AA，使垂线截取二级配曲线的纵坐标值相等(a=a)。自垂线AA与对角线交点M引一水平线，与纵坐标交于P点，OP的长度X=35.9，即为碎石的用量。同理，求出石屑用量Y=31.7，砂的用量Z=24.3，则矿粉用量W=8.1。5)根据图解法求得的各集料用量百分率，列表进行校核计算。,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,图解法级配曲线中值坐标图,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合

44、料的组成设计,图解法级配曲线中值坐标图,2011年11月,衢州学院建工系,第一章 砂石材料,第三节 矿质混合料的组成设计,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,第六节 热拌沥青混合料配合比设计 目标配合比(试验室配合比)设计 矿质混合料配合组成设计三阶段 沥青最佳用量确定 生产配合比设计 生产配合比验证(试拌试铺配合比调整)（一）目标配合比（试验室配合比）设计阶段。试验室配合比设计可分为矿质混合料配合组成设计和沥青最 佳用量确定两部分。适用于密级配沥青混合料及沥青稳定碎石混合料。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,1 矿质混合料的配合组成设计。矿

45、质混合料配合组成设计的目的，是选配一种具有足够密实度，并且有较高内摩阻力的矿质混合料。计算出需要的矿质混合料的级配范围。应用已有的研究成果和实践经验，采用规范推荐的矿质混合料级配范围来确定。1)确定沥青混合料类型。沥青混料的类型，根据道路等级、路面类型、所处的结构层位，按表5-13选定。2)确定矿质混合料的级配范围。根据确定的混合料类型，按规范推荐的矿质混合料级配范围（见表5-14），即可确定所需的级配范围。按规格参照。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,3)计算矿质混合料配合比 测定组成材料的原始数据。根据现场取样，对粗集料、细集料和矿粉进行筛析试验，按筛析结果分别

46、绘出各组成材料的筛分曲线。同时并测出各组成材料的相对密度，以供计算物理常数使用。计算组成材料的配合比。根据各组成材料的筛析试验资料，采用图解法或试算(电算)法，计算符合要求级配范围的各组成材料用量比例。（见第1章第2节）调整配合比。计算得的合成级配应根据下列要求作必要的配合比调整。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,通常情况下，合成级配曲线宜尽量接近设计级配中限，尤其应使0.075 mm、2.36mm和4.75mm筛孔的通过量尽量接近设计级配范围的中限。对高速公路、一级公路、城市快速路、主干路等交通量大、轴载重的道路，宜偏向级配范围的下(粗)限；对一般道路、中小交通量

47、或人行道路等宜偏向级配范围的上(细)限。合成级配曲线应接近连续的或合理的间断级配，但不应过多的犬牙交错。当经过经再三调整，仍有两个以上的筛孔超出级配范围时，必须对原材料进行调整或更换原材料重新试验。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,(2)确定沥青混合料的最佳沥青用量 沥青混合料的最佳沥青用量(简称OAC)，可以通过各种理论计算的方法求得。但是由于实际材料性质的差异，按理论公式计算得到的最佳沥青用量，仍然要通过实验方法修正，因此理论法只能得到一个供实验的参考数据。采用实验的方法确定沥青最佳用量，目前最常用的是马歇尔法。optimum asphalt content 最

48、佳沥青含量,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,我国现行规范公路沥青路面施工技术规范(JTGF42004)规定的方法，是采用马歇尔法确定沥青最佳用量。具体步骤如下：1)制备试样按确定的矿质混合料配合比，计算各种矿质材料的用量。根据经验确定沥青用量范围，估计适宜的沥青用量(油石比)。按一定间隔(对密级配沥青混合料通常为0.5%，取5个或5个以上不同的油石比分别成型马歇尔试件。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,2)测定物理指标。根据规范规定测定试件的密度等，并计算空隙率、饱和度及矿料间隙率等 3)测定力学指标。为确定沥青混合料的沥青最佳用量，应测

49、定沥青混合料的力学指标。如马歇尔稳定度、流值。,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,4)马歇尔试验结果分析绘制沥青用量与物理力学指标关系图，以沥青用量为横坐标，以毛体积密度、空隙率（VV）、矿料空隙率（VMA）、饱和度（VFA）、稳定度（MS）和流值（FL）为纵坐标，将试验结果绘制成沥青用量与各项指标的关系曲线（图5-5),2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,a1,a3,a2,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,确定最佳沥青用量初始值(OAC1):毛体积密度最大值、稳定度最大值、规定空隙率范围的中值、沥青饱和度范围的中值

50、OACl=(a1+a2+a3+a4)/4 如果所选择原沥青用量范围未能涵盖沥青饱和度的要求范围，按下式求取3者平均值作为OAC1 OACl=(a1+a2+a3)/3 对所选择试验沥青用范围，密度或稳定度没有出峰值时，可直接以目标空隙率所对应的沥青用量a3作为OAC1 OACl=a3,2011年11月,衢州学院建工学院,第九章 热拌沥青混合料,以各项指标均符合各项枝术指标（不含VMA矿料间隙率）的沥青用量范围OACminOACmax的中值作为OAC2，即 OAC2=(OACminOACmax)/2 常情况下取OAC1及OAC2的中值作为计算的最佳沥青用量OAC OAC=(OAC1OAC2)/2,