沥青混合料配合比设计教程课件.ppt

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1、沥青混合料配合比设计沥青混合料配合比设计长长 安安 大大 学学 Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 内 容1、级配设计理论、级配设计理论 2、沥青路面功能与层位力学分工、沥青路面功能与层位力学分工 3、沥青面层技术性能沥青面层技术性能4、沥青混合料及其组成材料技术性能要求、沥青混合料及其组成材料技术性能要求 5、沥青混合料配合比设计方法、沥青混合料配合比设计方法 6、AC-16型沥青混合料组成设计型沥青混合料组成设计7、AC-20型沥青混合料组成设计型沥青混合料组成设计 8、AC-25

2、型沥青混合料组成设计型沥青混合料组成设计 9、ATB-30型沥青混合料组成设计型沥青混合料组成设计10、配合比设计中的若干问题的探讨、配合比设计中的若干问题的探讨 Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 第一节第一节 级配设计理论级配设计理论 一、混合料组成结构一、混合料组成结构 沥青混合料是一种具有空间网络结构的多相分散体系,它有三种典型结构,沥青混合料是一种具有空间网络结构的多相分散体系,它有三种典型结构,如图如图1-1所所示。示。(a)悬浮密实结构;)悬浮密实结构;(b)骨架空隙结构

3、;)骨架空隙结构;(c)骨架密实结构)骨架密实结构图图1-1 三种典型沥青混合料结构组成示意图三种典型沥青混合料结构组成示意图Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 二、矿料级配理论二、矿料级配理论 由各种粒径大小不等的集料按照一定的比例搭配起来,使其具有较高的密由各种粒径大小不等的集料按照一定的比例搭配起来,使其具有较高的密实度或较大的摩阻力,且具有一定的空隙率,这种矿料组合称为矿料级配。实度或较大的摩阻力,且具有一定的空隙率,这种矿料组合称为矿料级配。矿料级配基本上分为连续级配和间断级

4、配两大类,如图矿料级配基本上分为连续级配和间断级配两大类,如图1-2所示。所示。图图1-2 连续级配与间断级配曲线连续级配与间断级配曲线Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 2粒子干涉理粒子干涉理论论粒子干涉理粒子干涉理论认为为论认为为达到最大密度,前一达到最大密度,前一级颗级颗粒之粒之间间的空隙的空隙应应由次一由次一级级的的颗颗粒所填充,其空

5、隙又有再次粒所填充,其空隙又有再次级颗级颗粒所填充,但填隙的粒所填充,但填隙的颗颗粒粒径不得大于其粒粒径不得大于其间间隙的距离,否隙的距离,否则则大小大小颗颗粒之粒之间间将将发发生干涉生干涉现现象。象。为为了避免干涉,大小集料了避免干涉,大小集料颗颗粒之粒之间应间应按一定的数量分配,并从按一定的数量分配,并从临临界干涉情况下界干涉情况下导导出前一出前一级颗级颗粒粒间间距距应应为为:式中:式中:D前粒级的粒径;前粒级的粒径;0次粒级的理论实积率(实积率即为堆积密度与表观密度之比);次粒级的理论实积率(实积率即为堆积密度与表观密度之比);s次粒级的实积率。次粒级的实积率。Changan Unive

6、rsityChangan UniversityChangan UniversityChangan University w三、沥青混合料强度形成机理三、沥青混合料强度形成机理w 沥青混合料强度形成机理有两种:表面理论、胶浆理论。沥青混合料强度形成机理有两种:表面理论、胶浆理论。w1表面理论(表面理论(Surface theory)w 该理论认为,沥青混合料是由粗集料、细集料和填料经人工组配成密该理论认为,沥青混合料是由粗集料、细集料和填料经人工组配成密实的级配矿质骨架,此骨架由稠度较稀的沥青分布其表面,而将它们胶实的级配矿质骨架,此骨架由稠度较稀的沥青分布其表面,而将它们胶结成一个具有强度的整

7、体。这种理论图解如图结成一个具有强度的整体。这种理论图解如图1-3所示。所示。w 图图1-3 表面理论表面理论沥青混合料沥青混合料 矿质骨架矿质骨架结合料一沥青结合料一沥青 粗集料粗集料细集料细集料填填 料料Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University w2胶浆理论(胶浆理论(Mortar theory)w该理论认为沥青混合料是一种多级空间网状结构的分散该理论认为沥青混合料是一种多级空间网状结构的分散系。第一级粗分散系,以粗集料为分散相分散在沥青砂系。第一级粗分散系,以粗集料为分散相分散在沥青砂

8、浆介质中;第二级细分散系,以细集料为分散相而分散浆介质中;第二级细分散系,以细集料为分散相而分散在沥青胶浆介质中;第三级微分散系,以填料为分散相在沥青胶浆介质中;第三级微分散系,以填料为分散相而分散在高稠度沥青介质中。而分散在高稠度沥青介质中。Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University w3i 法法w对以上两种理论公式的改进和完善,同济大学林绣贤教授

9、提出了对以上两种理论公式的改进和完善,同济大学林绣贤教授提出了i 法法。w PxP0 ix 100 w4变变 i 法法w所谓变所谓变i法就是对于粗、细集料部分,参数法就是对于粗、细集料部分,参数i值分别选用不同的值,值分别选用不同的值,混合料中粗集料部分混合料中粗集料部分i接近高限取值,细集料部分接近高限取值,细集料部分i接近低限取值。接近低限取值。减小接近公称最大粒径处粗集料的用量及细集料的用量,使级配减小接近公称最大粒径处粗集料的用量及细集料的用量,使级配曲线形成曲线形成S型曲线,借此达到骨架密实结构。型曲线,借此达到骨架密实结构。Changan UniversityChangan Uni

10、versityChangan UniversityChangan University 5Superpave设计法设计法 Superpave是采用是采用0.45次方作为级配组成的最大密实曲线,同时在次方作为级配组成的最大密实曲线,同时在0.45次方图上提出了两类级配控制点:控制点和限制区(禁区)。控制点次方图上提出了两类级配控制点:控制点和限制区(禁区)。控制点为级配曲线必须通过的几个特点尺寸范围,限制区为最大密度线附近的为级配曲线必须通过的几个特点尺寸范围,限制区为最大密度线附近的0.32.36mm范围不希望级配通过的区域。设立限制区的目的主要是避范围不希望级配通过的区域。设立限制区的目的主

11、要是避免级配曲线出现免级配曲线出现“驼峰曲线驼峰曲线”,驼峰曲线表明细集料特别是天然砂的含量,驼峰曲线表明细集料特别是天然砂的含量过高。而限制区则保证集料具有适宜的矿料间隙率过高。而限制区则保证集料具有适宜的矿料间隙率(VMA),VMA过小表明过小表明 级配对沥青含量极为敏感,沥青的少量变化易使沥青混合料成塑性。级配对沥青含量极为敏感,沥青的少量变化易使沥青混合料成塑性。Superpave设计法受控制点和禁区制约。不同公称最大尺寸集料有不设计法受控制点和禁区制约。不同公称最大尺寸集料有不同的控制点和禁区。公称最大尺寸为同的控制点和禁区。公称最大尺寸为25mm、19mm、12.5mm的级配的级配

12、控制点范围如表控制点范围如表1-1表表1-3所示,集料级配禁区边界如表所示,集料级配禁区边界如表1-4所示。所示。Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 集料公称最大尺寸集料公称最大尺寸12.5mm 表表1-3集料禁区边界集料禁区边界 表表1-4 Changan UniversityChangan UniversityChangan Univer

13、sityChangan University Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University AC-25型级配禁区型级配禁区Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 6贝雷法贝雷法(1)粗细集料的划分)粗细集料的划分第一控制筛孔第一控制筛孔PCS、第二控制筛孔第二控制筛孔SCS和第三控制筛孔和第三控制筛孔TCS。(2 2)级级配的配的评评价参数价参数CA比比CA比比为为粗集料比(粗集料比(Coa

14、rse Aggregate Ration),这这个参数用于个参数用于评评价价矿矿料料中粗集料的含量和分析空隙特征。中粗集料的含量和分析空隙特征。计计算公式算公式为为:Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 贝雷法各参数建议范围贝雷法各参数建议范围 表表1-6 Changan UniversityChangan UniversityChangan

15、UniversityChangan University 第二节第二节 沥青路面功能与层位力学分工沥青路面功能与层位力学分工 w沥青路面损坏类型沥青路面损坏类型 1沉陷沉陷2车辙车辙3推移推移4疲劳开裂疲劳开裂5反射裂缝和低温开裂反射裂缝和低温开裂6松散和坑槽松散和坑槽从结构和材料方面等考虑,影响疲从结构和材料方面等考虑,影响疲劳、车辙、低温开裂的因素可简要地劳、车辙、低温开裂的因素可简要地归纳于表归纳于表2-1。影响破坏类型的因素影响破坏类型的因素 表表2-1Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan Unive

16、rsity w沥青路面使用性能沥青路面使用性能一、结构性使用性能一、结构性使用性能1车辙车辙结构性车辙结构性车辙、失稳性车辙和磨损性车辙。、失稳性车辙和磨损性车辙。压密性车辙压密性车辙 2疲劳开裂疲劳开裂3低温开裂低温开裂二、功能性使用性能二、功能性使用性能1平整度平整度2抗滑能力抗滑能力Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 沥青路面面层在车轮下的受力状态沥青路面面层在车轮下的受力状态 Changan UniversityChangan UniversityChangan Univers

17、ityChangan University w沥青路面结构层功能分工沥青路面结构层功能分工沥青面层力学分工沥青面层力学分工 Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 第四节 沥青混合料及其组成材料技术性能要求以规范为基础,结合商界高速公路的情况对集料、沥以规范为基础,结合商界高速公路的情况对集料、沥青及混合料提出了具体的技术要求。青及混合料提出了具

18、体的技术要求。一、粗集料技术性能要求一、粗集料技术性能要求 石料高温压碎值、石料浸水压碎值石料高温压碎值、石料浸水压碎值 二、细集料技术性能要求二、细集料技术性能要求三、填料技术性能要求三、填料技术性能要求四、沥青技术性能要求四、沥青技术性能要求 1基质沥青基质沥青 2改性沥青改性沥青 抗剥离措施抗剥离措施 PG指标指标 五、沥青混合料技术性能要求五、沥青混合料技术性能要求 Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University w沥青混合料及其组成材料技术性能要求沥青混合料及其组成材料技术性能要求 综综

19、合合对沥对沥青混合料及青混合料及组组成材料技成材料技术术性能要求的分析,表中性能要求的分析,表中给给出了出了沥沥青、集料青、集料和和沥沥青混合料技青混合料技术术性能与性能与沥沥青路面路用性能的关系。不青路面路用性能的关系。不过过,表中,表中沥沥青青结结合料不合料不仅仅是指是指沥沥青自身,更确切地青自身,更确切地说说,沥沥青青结结合料是指合料是指沥沥青(或改性青(或改性沥沥青)与青)与矿矿粉等填料粉等填料的混合物。的混合物。沥青混合料及组成材料与沥青路面性能的关系沥青混合料及组成材料与沥青路面性能的关系 Changan UniversityChangan UniversityChangan Un

20、iversityChangan University 机制砂或石屑规格机制砂或石屑规格 Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 第五节 沥青混合料配合比设计方法w沥青混合料配合比设计包括:目标配合比设计(试验室配合比设计)、生产配合沥青混合料配合比设计包括:目标配合比设计(试验室配合比设计)、生产配合比设计和生产配合比验证(试拌试铺配合比调整)等

21、三个阶段比设计和生产配合比验证(试拌试铺配合比调整)等三个阶段。w1.试验室配合比设计试验室配合比设计 w 试验室配合比设计可分为矿质混合料组成设计和沥青用量确定两部分。它是试验室配合比设计可分为矿质混合料组成设计和沥青用量确定两部分。它是沥青混合料配合比设计的重点。沥青混合料配合比设计的重点。w(1)矿质混合料的配合组成设计)矿质混合料的配合组成设计 w(2)确定沥青混合料的最佳沥青用量)确定沥青混合料的最佳沥青用量 马歇尔方法马歇尔方法 求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率(或中值)、沥青饱和度范围求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率(或中值)、沥青饱和度范围的中值的沥

22、青用量的中值的沥青用量a1,a2、a3、a4,求取四者平均值作为最佳沥青用量的初始值,求取四者平均值作为最佳沥青用量的初始值OAC1。符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围OACminOACmax,其中值为,其中值为OAC2 稳定性检验稳定性检验高温稳定性高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性能和渗水性、水稳定性、低温抗裂性能和渗水性。Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University AC-16型型沥沥青青混混合合料料优优化化设计级配最佳油石比下的骨架密实度和骨架稳定度指

23、标指标油石比油石比(%)骨架密实骨架密实度度骨架稳定骨架稳定度度粉胶比粉胶比有效沥青膜厚度有效沥青膜厚度(m)试验级配试验级配4.40.934102.791.457.2 最佳油石比下沥青混合料性能检验指标指标残留稳定度残留稳定度(%)冻融劈裂比冻融劈裂比(%)动稳定度动稳定度(次次/mm)渗水性渗水性破坏应变破坏应变()试验级配试验级配94.393.19726基本不渗水基本不渗水2311第六节第六节 AC-16型沥青混合料组成设型沥青混合料组成设计 Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University

24、Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 马歇尔试件剖面图马歇尔试件剖面图Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University AC-16型建议级配型建议级配 Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University AC-20AC-20型沥青混合料设计型沥青混合料设计型沥青混合料设计型沥青混合料设计马歇尔试件剖面

25、图马歇尔试件剖面图第七节第七节 AC-20型沥青混合料组成设计型沥青混合料组成设计 Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University AC-20AC-20型沥青混合料设计型沥青混合料设计型沥青混合料设计型沥青混合料设计 矿料级配组成矿料级配组成 马歇尔试验结果马歇尔试验结果Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 路用性能试验结果路用性能试验结果(级配(级配E)试验名称试验名称车辙试验车辙试验浸水

26、马歇尔试验浸水马歇尔试验冻融劈裂试验冻融劈裂试验低温弯曲试验低温弯曲试验试验方法试验方法T0719T0709T0729T0715检测指标检测指标动稳定度动稳定度(次(次/mm)残留稳定度()残留稳定度()残留强度比()残留强度比()破坏应变破坏应变(106)级配级配E165288.179.42103.9规范要求规范要求80080752000AC-20AC-20型沥青混合料设计型沥青混合料设计型沥青混合料设计型沥青混合料设计 最佳油石比下马歇尔试验结果(级配最佳油石比下马歇尔试验结果(级配E)级配级配E的各项路用性能指标均能满足规范要求。其中高温稳定性最优,的各项路用性能指标均能满足规范要求。其

27、中高温稳定性最优,动稳定度指标明显优于规范的要求;水稳定性检验的结果亦优;其低温性动稳定度指标明显优于规范的要求;水稳定性检验的结果亦优;其低温性能也能满足规范要求。能也能满足规范要求。Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University AC-20型建议级配型建议级配Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University wAC-25型沥青混合料组成设计型沥青混合料组成设计 AC-25型初拟级配型初拟级配马歇尔试

28、验结果马歇尔试验结果第八节第八节 AC-25型沥青混合料组成设计型沥青混合料组成设计 Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University wAC-25型沥青混合料组成设计型沥青混合料组成设计 路用性能试验结果路用性能试验结果级配级配B的路用性能优于级配的路用性能优于级配A。第八节第八节 AC-25型沥青混合料组成设计型沥青混合料组成设计 Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University AC-25 型建议级

29、配型建议级配 Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 第九节第九节 ATB-30型沥青混合料组成设计型沥青混合料组成设计Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 现场芯样现场芯样马歇尔试件剖面图马歇尔试件剖面图Changan Universit

30、yChangan UniversityChangan UniversityChangan University Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University w第十节第十节 配合比设计中的若干问题的探讨配合比设计中的若干问题的探讨w1.试件成型方法试件成型方法w2.马歇尔试验指标与路用性能的关系马歇尔试验指标与路用性能的关系w3.体积指标体积指标w(1)空隙率空隙率VVw(2)矿料间隙率矿料间隙率VMAw(3)饱和度饱和度w4.提高粘附性的措施提高粘附性的措施w5.影响路用性能的因素影响路用性能的因素Changan UniversityChangan UniversityChangan UniversityChangan University 欢迎各位欢迎各位提出宝贵意见!提出宝贵意见!谢谢 谢!谢!

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