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1、沥青路面原材料试验,吴少鹏 教授，博导武汉理工大学,之集料、矿粉和纤维试验,国家高速公路网规划方案图,2007年湖北省交通建设辉煌篇章,引 言,1.什么是集料？集料包括碎石，沙石，砾石等，是自然界最为丰富的资源。在工业，农业，化学以及冶金工业用作原材料。集料生产产业在很多领域都有着巨大贡献，同时引导经济的发展。,引 言,2.集料用在何处？水泥混凝土；道路基层稳定；沥青混凝土；建筑填料；混凝土制品，如赚、砌块；石膏和水泥砂浆；铁路碎石；其它；,集料用量分布图,引 言,3.集料的性质？集料的矿物组成大体决定了它的物理特性以及它在路面中的应用状况。因此，选择石料资源时，了解集料的矿物组成性质是选择良
2、好材质的重要手段。以下提供了一些基本的沥青混合料用集料的性质。,引 言,引 言,集料在美国的分布,1.粗集料试验2.细集料试验3.矿粉试验4.纤维,内容概要,1.粗集料试验,1.1密度及吸水率,1.2 针片状含量,1.3 压碎值,1.4 磨耗损失,1.5 磨光值,1.6 坚固性,1.7 含泥量,粗集料,1.1 密度及吸水率,目的：测定粗集料的表观相对密度、毛体积相 对密度和吸水率。主要仪具：静水力学天平、烘箱、毛巾、标准筛等注意事项：2.36mm-4.75mm部分粗集料用 2.36mm 标准筛过筛。,主要试验步骤：称取集料的水中质量mw称取集料的表干质量mf称取集料的烘干质量ma,1.1 密度
3、及吸水率,静水力学天平,1.1 密度及吸水率,密度及吸水率的计算：,：集料的表观相对密度，无量纲；：集料的毛体积相对密度，无量纲；：集料的吸水率（）。,目的：测定粗集料的针状及片状颗粒含量。主要仪具：标准筛4.75mm、游标卡尺、天平。主要试验步骤：四分法称取集料试样；4.75mm标准筛过筛；初步目测选出非针片状颗粒，即接近立方体的颗粒；剩余颗粒用卡尺测量，挑出针片状颗粒，即L/t3的颗粒。,1.2 针片状含量,1.2 针片状含量,针片状含量的计算：Qe：针片状颗粒含量（）；m1：试验用集料总质量（g）；m0：针片状颗粒的质量（g）。,侧面图 水平面,平面图,1.2 针片状含量,美国ASTM
4、D 4791-95中测定针片状颗粒含量的专用测径器,目的：用于衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗 压碎的能力，是衡量石料力学性质的指 标，以评定其在公路工程中的适应性。主要仪具：石料压碎值试验仪、天平、标准筛 13.2mm、9.5mm和2.36mm、压力机。试样准备：取9.5mm13.2mm之间的集料。,1.3 压碎值,主要试验步骤：分3次将试样装入压碎值试筒中，经捣实后表面刮平；压力机匀速加载，荷载在10min内达到400KN;取出试样，用2.36mm标准筛过筛；称取2.36mm以下的细集料的质量.,1.3 压碎值,压碎值试筒,1.3 压碎值,压碎值的计算：Qa：石料压碎值（）；m1：试验用集料
5、总质（g）；m0：试验后通过2.36mm筛孔 的细料质量（g）。,压力机加压过程,1.4 磨耗损失,目的：测定标准条件下粗集料抵抗摩擦、撞击的能力。主要仪具：洛杉矶磨耗试验机、钢球、台秤、标准筛及1.7mm的方孔筛。主要试验步骤：称取试样质量，装入到磨耗仪内。选择钢球数量，加入钢筒中，密封。开启磨耗仪，至要求的次数为止。取出钢球，用1.7mm方孔筛过筛，筛上集料洗净置于105 5烘箱中烘干。,1.4 磨耗损失,磨耗损失的计算：Q：洛杉矶磨耗损（）；m1：转入磨耗仪中试样质 量（g）；m0：试验后1.7mm筛上洗净 烘干的试验质量（g）。,洛杉矶磨耗试验机,1.5 磨光值,目的：利用加速磨光机磨
6、光集料，用摆式摩擦系 数仪测定集料经磨光后的摩擦系数值。主要仪具：加速磨光试验机、摆式摩擦系数测定仪、金刚砂、烘箱、粘结剂和标准集料试样。试样的制备：,1.排料（9.5mm13.2mm）,2.吹砂,3.配制环氧树脂砂浆,4.填充环氧树脂砂浆,5.养护,1.5 磨光值,加速磨光试验机,磨光试验：,1.试件安装2.粗砂磨光（砂流量：277g/min，水流量：60ml/min）3.细砂磨光（砂流量：31g/min，水流量：60ml/min）,1.5 磨光值,摆式摩擦测定仪,磨光值测定：,1.试验前环境控温；2.清洗试件及其间隙；3.试件表面向下置于1820 水中2h，用摆式摩擦系数测定仪测定其磨光值
7、。,1.5 磨光值,磨光值的计算：PSV=PSVra+49-PSVbraPSV：集料的磨光值；PSVra：两次平行试验的试样磨光值读数平均值；PSVbra：标准试件磨光值读数平均值。,1.6 坚固性,目的：确定碎石或砾石经饱和硫酸钠溶液多次浸 泡与烘干循环，承受硫酸钠结晶压而不发 生显著破坏或强度降低的性能。主要仪具：烘箱、天平、标准筛、三脚网篮。试样准备：,硫酸钠溶液的配制，水：无水硫酸钠1000ml：300350g；不同规格试样分别洗净，烘干，称取各自的质量，准备试验。,1.6 坚固性,不同粒径范围的集料分别放入三脚网篮，浸入溶液，排气泡；浸泡20h，于1055 烘箱中4h，循环一次结束；
8、完成共5次循环，清水洗净。各档规格下限筛孔过筛，称取筛上质量。,主要试验步骤：,坚固性的计算：Qi：各粒级颗粒的分计质量损失百分率（）；mi：各粒级试样试验前的烘干质量（g）；mi：净硫酸钠溶液法试验后各级筛余颗粒的烘干质量（g）。,1.6 坚固性,代表性试验结果：,试验前试样 试验后试样,1.7 含泥量,目的：测定碎石或砾石中小于0.075mm的尘屑、淤泥和粘土的总含量。主要试验仪具：台秤、烘箱、1.18mm和0.075mm的方孔筛。试样的准备：四分法取样，置于温度为105 5 的烘箱中至恒重。,1.7 含泥量,主要试验步骤：,含泥量的计算：Qn：碎石或砾石的含泥量（）；m0：试验前烘干的试
9、样质量（g）；m1：试验后烘干试样质量（g）。,2.细集料试验,2.1 表观密度,目的：用容量瓶法测定细集料在23时相对 水的表观相对密度和表观密度。主要仪具：天平、500ml容量瓶、烘箱。试样的准备：试样预先在105 5 的烘箱中烘干至恒重干燥器中冷却。,2.1 表观密度,主要试验步骤：称取 试样干重m0300g，装入盛有半瓶水的容量瓶；摇摆容量瓶，排除气泡，静置24h，滴水置刻线，称量总质量m2；同样的容量瓶盛水至刻线，至室温称量m1。,容量瓶,2.1 表观密度,表观相对密度的计算：ra：碎石或砾石的含泥量（）；m0：试验前烘干的试样质量（g）；m1：试验后烘干试样质量（g）。,特别奉献：
10、容量瓶的正确使用方法,2.2 砂当量,目的：测定细集料中含有的粘性土或杂志的含 量，以评定集料的洁净程度。主要仪具：透明圆柱形试筒、透明玻璃或塑料桶、冲洗管、配重活塞、机械振荡器。试验准备：,1.4.75mm筛孔过筛；2.测定试样含水率；3.称取相当于120g干燥试样的样品湿重；4.配置冲洗液。,2.2 砂当量,试验步骤：冲洗液冲洗试筒至100ml刻线处；试样装入到竖立的试筒中；敲打试筒，除气泡，静置10min；振荡，完毕竖立冲洗试筒；液面至380mm处，静置20min15s；测量絮状凝结物的高度h1；配重活塞插入试筒中至沉淀物时，量取套筒顶面至活塞地面的高度h2。,2.2 砂当量,砂当量的计
11、算：SE:试样的砂当量（）；h2：试筒中用活塞测定的集 料沉淀物的高度（mm）；h1：试筒中絮状物和沉淀物的 总高度（mm）。,砂当量试验议,2.3 棱角性,目的：测定一定量的细集料通过标准漏斗，装 入标准容器中的间隙率，称为细集料的 棱角性，以预测集料 对沥青混合料的内 摩擦角和抗流动变形性能的影响。主要仪具：细集料棱角性测定仪、4.75mm和2.36mm的标准筛、天平、烘箱。,2.3 棱角性,主要试验步骤：称取细集料质量m0；容器加满水m1，标定容器体积；过筛，称取0.075mm筛上烘干集料试样；试样入筒，开启漏斗门，集料入容器中，直尺刮平容器表面；称取容器与细集料的总质量m2；测定细集料
12、的毛体积相对密度rb。,棱角性测定仪,2.3 棱角性,棱角性的计算：rfa：细集料的松装相对密度；m0：容器空质量（g）；m1：容器与水的总质量（g）；m2：容器与细集料的总质量（g）；U：细集料的间隙率，即棱角性（）；rb:细集料的毛体积相对密度。,2.矿粉试验,2.1 矿粉的密度目的：检测矿粉的质量，同时测定供拌制沥青混合料用 的其它填料入水泥、石灰、粉煤灰的相对密度。主要仪具：李氏比重瓶、天平、烘箱、恒温水槽。主要试验步骤：试样烘干，减量法称重，称取试样、器皿、漏斗和小牛角匙的总重m1；比重瓶加水至刻度01ml之间，恒温称重，读取刻度V1；加矿粉到，同时排出气泡，恒温后读取刻度V2；称取
13、器皿、漏斗、小牛角匙和剩余试样的总重m2。,2.1 矿粉的密度,密度的计算：f：矿粉的密度；rf：矿粉对水的相对密度，无量纲；m1：牛角匙、器皿、漏斗即试验前瓷器中 的矿粉的干燥质量（g）；m2：牛角匙、器皿、漏斗即试验后瓷器中 的矿粉的干燥质量（g）；V1：加矿粉以前比重瓶的初读书（ml）；V2：加矿粉以后比重瓶的终读书（ml）；w:试验温度时水的密度。,李氏比重瓶,2.1 矿粉的亲水系数,目的：亲水系数即矿粉试样在水（极性介质）中 膨胀的体积与同一试样在煤油（非极性介质）中膨胀的体积之比，用以评价矿粉与沥青结合料的粘附性能。主要仪具：50ml，刻度为0.5ml的量筒、天平、煤油、烘箱。主要
14、试验步骤：试样烘干，加水15ml30ml碾磨，装入量筒，加水至50ml液面处；方法同上，不同的是用煤油代替水。,2.1 矿粉的亲水系数,亲水系数的计算：亲水系数，无量纲；VB：水中沉淀物体积（ml）；VH：煤油中沉淀物体积（ml）；,亲水系数大于1的矿粉，表明其对水的亲和力大于对沥青的亲和力；反之，表明其对沥青的亲和力大于对水的亲和力。,3.纤维,纤维的分类：道路工程应用中的纤维一般可分 为硬纤维和软纤维两种。硬纤维是由不同工艺制作的拉、拔、轧、切的 钢纤维和矿物纤维等；软纤维一般指植物纤维和化学合成纤维，可按材质分为木质素纤维、聚酯纤维、玻璃纤维、尼纶纤维等。以下着重介绍木质素纤维、聚酯纤维
15、和玄武岩矿物纤维。,3.1 木质素纤维,特点：化学上非常稳定、不为一般的溶剂、酸、碱腐蚀，是一种广泛应用于水泥、石膏、石灰、墙衬等化学建材的粉状增强纤维添加剂，具有改善施工和易性和优化材料的特性。,3.2 聚酯纤维,特点：新型防裂增强材料，以聚酯（聚对苯二甲基甲乙二酯，PET）为主要原料，外观为多根纤维单丝交聚而成的束状结构。较普通聚合物纤维细度大、强度高、易分散，还有突出的耐高温性能。,3.3 玄武岩矿物纤维,特点：以特定的玄武岩为原料，经过特定的预处理后，在1600高温下熔融提炼抽丝制成，与其它沥青路用纤维相比，玄武岩矿物纤维具有非常优越的力学性能和高温稳定性。,3.4 三种纤维技术性能,3.5 三种纤维形貌特征,3.5 纤维的路用性能要求,后续,混合料,致谢,谢谢！,
