瀝青材料實驗(瀝青三大指標試驗)【教育課件】

1、瀝青混合料試驗,大連理工大學土木水利實驗教學中心 道路工程實驗室,道路實驗與檢測技術教學實驗,1,專業(yè)課件,一、實 驗 目 的,通過瀝青混合料馬歇爾實驗，掌握瀝青混合料的試件 制備方法；掌握瀝青混合料的物理常數(shù)、馬歇爾穩(wěn)定度、流值和殘留穩(wěn)定度的測定方法。 2. 通過該綜合設計型實驗，掌握瀝青混合料的組成設計 （包括礦質(zhì)混合料級配設計和瀝青混合料最佳油石比 設計）；掌握道路建筑材料的技術性質(zhì)及技術要求， 了解材料路用性能的評價指標和試驗方法,2,專業(yè)課件,二、標準依據(jù),密級配瀝青混凝土混合料馬歇爾試驗技術標準,3,專業(yè)課件,二、標準依據(jù),瀝青穩(wěn)定碎石混合料馬歇爾試驗配合比設計技術標準,4,專業(yè)課

2、件,二、標準依據(jù),SMA混合料馬歇爾試驗配合比設計技術要求,5,專業(yè)課件,二、標準依據(jù),OGFC混合料技術要求,6,專業(yè)課件,二、標準依據(jù),瀝青混合料車轍試驗動穩(wěn)定度技術要求,7,專業(yè)課件,二、標準依據(jù),瀝青混合料水穩(wěn)定性檢驗技術要求,8,專業(yè)課件,二、標準依據(jù),瀝青混合料試件滲水系數(shù)(ml/min)技術要求,9,專業(yè)課件,三、實驗內(nèi)容,試驗一 石料的抗壓強度和磨耗試驗 試驗二 粗、細集料的篩析試驗 試驗三 瀝青混合料組成設計 試驗四 瀝青混合料的制備 試驗五 瀝青混合料物理指標測定 試驗六 瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗 試驗七 瀝青混合料車轍試驗,10,專業(yè)課件,一）粗、細集料的篩析試驗,11

3、,專業(yè)課件,天 然 砂 礫,12,專業(yè)課件,拌和站的料場,13,專業(yè)課件,14,專業(yè)課件,15,專業(yè)課件,集 料 形 狀,16,專業(yè)課件,粗、細集料的篩析試驗,試驗目的:測定碎石或卵石的顆粒級配粗細程度. 粗集料篩分析試驗 方孔篩 75 63 37.5 31.5 26.5 19 16 9.5 4.75 (圓孔篩 80 63 40 31.5 25 20 16 10 5 ) 細集料篩析試驗 方孔篩 4.75mm、2.36mm、1.18mm、 0.6mm、0.3mm、0.15mm、 0.075mm,17,專業(yè)課件,粗、細集料的篩析試驗（續(xù),礦粉的篩分試驗 標準篩：孔徑為0.6mm、0.3mm、0.1

4、5mm、 0.075mm 在能控溫的烘箱內(nèi) (1055) 烘干,18,專業(yè)課件,二）瀝青混合料組成設計,19,專業(yè)課件,瀝青混合料的技術性能,取決于： 天然巖石的礦物成分 這些礦物在巖石中的結構與構造 瀝青混合料的組成,20,專業(yè)課件,砂石材料組成,21,專業(yè)課件,瀝青混合料的組成,砂石材料,瀝青,22,專業(yè)課件,瀝青混合料類型,懸浮-密實型 AC,骨架-密實型 SMA,骨架-空隙型 PFC(OGFC,23,專業(yè)課件,傳統(tǒng)瀝青混合料的骨料結構,24,專業(yè)課件,Stone Matrix Asphalt Mix瀝青混合料的骨料結構,25,專業(yè)課件,26,專業(yè)課件,27,專業(yè)課件,瀝青混凝土路面材料

5、,瀝青與砂石材料,路面材料是路面結構中的材料,28,專業(yè)課件,瀝青混合料組成設計,設計要求 1根據(jù)道路等級，路面類型和結構層次確定瀝青 混凝土的類型和礦質(zhì)混合料的級配范圍。根據(jù) 現(xiàn)有各種礦質(zhì)材料的篩析結果，用圖解法確定 各種礦質(zhì)材料的配合比。 2根據(jù)規(guī)范推薦的相應瀝青混凝土類型的瀝青 用量范圍，通過馬歇爾試驗的物理力學指標， 確定瀝青最佳用量,29,專業(yè)課件,瀝青混合料組成設計,設計要求（續(xù)） 3馬歇爾試驗結果 4根據(jù)公路路面用瀝青混合料要求，對礦質(zhì)混合料 的級配進行調(diào)整，并對瀝青最佳用量按水穩(wěn)性 檢驗和抗車轍能力校核,30,專業(yè)課件,瀝青混合料組成設計,試驗室配合比設計分為: 1. 礦質(zhì)混合

6、料配合組成設計 2. 瀝青最佳用量確定 礦質(zhì)混合料配合組成設計的目的: 1.具有足夠密實度 2.具有較高的內(nèi)摩阻力,配合比設計,31,專業(yè)課件,瀝青混合料組成設計,應滿足兩方面的基本要求： 1.最小空隙率 水泥混凝土中的礦質(zhì)混合料是以空隙作為控制水泥混凝土強度的最主要因素，瀝青混凝土也同樣。 2.最大摩擦力 要求集料形成排列緊密的多級空間骨架結構，具有最大的摩擦力,礦質(zhì)混合料,32,專業(yè)課件,瀝青混合料組成設計,組成設計內(nèi)容包括： 級配理論和級配范圍的確定 基本組成的設計方法,礦質(zhì)混合料,33,專業(yè)課件,礦質(zhì)混合料的級配理論,1.級配曲線：各種不同粒徑的集料，按照一定的比例 搭配起來，以達到較

7、高的密實度 （或較大摩擦力）的要求。 （1）連續(xù)級配：級配曲線平順圓滑，具有連續(xù)的性質(zhì)，粒徑從小到大 逐級均有，按比例互相搭配組成的礦質(zhì)混合料。 （2）間斷級配：礦質(zhì)混合料中剔除其一個（或幾個）分級而形成一種 不連續(xù)的混合料,34,專業(yè)課件,連續(xù)級配和間斷級配曲線,35,專業(yè)課件,礦質(zhì)混合料的級配理論（續(xù),2.級配理論：最大密度曲線理論（計算連續(xù)級配） 粒子干涉理論（即可計算連續(xù)級配，也可計算間斷級配）（自學） （1）最大密度曲線理論：最大密度曲線是通過試驗提出的一種理想曲線。W.B.富勒（Fuller）等研究認為：固體顆粒按粒度大小，有規(guī)則地組合排列，粗細搭配，可以得到密度最大、空隙最小的混

8、合料。初期研究的理想曲線是：細集料以下的顆粒級配曲線為橢圓形級配曲線，粗集料級配曲線為與橢圓曲線相切的直線，由這兩部分組成的級配曲線，可以達到最大密度，這種曲線計算比較復雜。后來經(jīng)過許多研究改進，提出簡化的“拋物線最大密度理想曲線”。該理論認為：“礦料的顆粒級配曲線愈接近于拋物線，則其密度愈大。,36,專業(yè)課件,級配曲線范圍的繪制,級配曲線按級配理論計算出各級集料在礦質(zhì)混合料的通過百分率，以通過百分率為縱坐標繪制成曲線，即為理論級配曲線。但由于礦料在軋制過程中的不均勻性以及混合料配制時的誤差等影響，使所配制的混合料往往不可能與理論級配完全相符合。因此，必須允許配料時的合成級配在適當?shù)姆秶鷥?nèi)波動

9、，這就是“級配范圍”。 繪制曲線時通常用半對數(shù)坐標 即橫坐標(即篩孔尺寸)采用對數(shù)坐標， 而縱坐標用常坐標。 我國現(xiàn)行國標(GB 5009296)規(guī)定， 瀝青路面集料的粒徑選擇和篩分 以方孔篩為準,37,專業(yè)課件,基本組成的設計方法,組成設計方法： 礦料配合組成設計的任務就是確定： 組成混合料各集料的比例 最常用的為數(shù)解法與圖解法兩大類,38,專業(yè)課件,覆蓋保溫,測試到場溫度,AC-13的表面,39,專業(yè)課件,讀數(shù),AC-13的芯樣,40,專業(yè)課件,紅外測試碾壓后的表面溫度,AC-25的表面,41,專業(yè)課件,AC-25的芯樣,42,專業(yè)課件,AC30的表面,43,專業(yè)課件,AC30的芯樣,44

10、,專業(yè)課件,瀝青混合料實驗掌握:瀝青混合料的試件制備 馬歇爾馬歇爾試驗用（另外劈裂試驗） 方盤 車轍試驗用（另外小梁試驗）馬歇爾試驗技術標準中5個指標的測定。車轍試驗（了解動穩(wěn)定度,試驗室配合比設計： 礦質(zhì)混合料配合組成設計 瀝青最佳用量設計,45,專業(yè)課件,礦質(zhì)混合料配合組成設計”如何實施,根據(jù) 道路等級 可確定瀝青混合料類型 (見書 P199 ) 路面類型 結構層位 即, 確定所需的級配范圍 (見書 P198 ) 規(guī)范規(guī)定 2. 根據(jù)現(xiàn)場取樣,對 粗集料 進行篩析試驗 細集料 礦粉 由篩析結果確定礦質(zhì)材料配合比 實際材料設計 3. 實際材料設計與標準 (規(guī)范規(guī)定) 進行比較,46,專業(yè)課件

11、,瀝青最佳用量確定”如何實施,1. 繪制瀝青用量與馬歇爾穩(wěn)定度試驗物理-力學指標關系圖 (見書 P 203 ) 2. 最佳瀝青用量的初始值1 OAC1 = (a1+a2+a3) / 3 3. 最佳瀝青用量的初始值2 OAC2 = ( OACmin+OACmix ) / 2 4. 根據(jù)OAC1和OAC2綜合確定瀝青最佳用量OAC,47,專業(yè)課件,配合比設計的檢驗,檢 驗: 1.水穩(wěn)定性檢驗 2.抗車轍能力檢驗 水穩(wěn)定性檢驗: 按最佳瀝青用量OAC制作馬歇爾試件 進行浸水馬歇爾試驗,測定浸水殘留穩(wěn)定度 (試件浸水48小時后的穩(wěn)定度) 抗車轍能力檢驗: 按最佳瀝青用量OAC制作車轍試驗試件 在60度

12、條件下進行車轍試驗,測動穩(wěn)定度,48,專業(yè)課件,瀝青混合料礦料級配范圍,通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率() 31.5 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 瀝青混凝土 瀝青碎石 ( Asphalt Concrete mixture) (Asphalt Macadan mixture) 粗粒式 AC-30 特粗 AM-40 AC-25 粗粒 AM-30 中粒式 AC-20 （實驗用） AM-25 AC-16 中粒 AM-20 細粒式 AC-13 AM-16 AC-10 細粒 AM-13 砂粒式 AC-5 AM-10 注:瀝青

13、混凝土與瀝青碎石的區(qū)別,49,專業(yè)課件,三）瀝青混合料的制備,50,專業(yè)課件,馬歇爾試件的制備,101.6mm 高63.5mm（試模） 標準擊實錘質(zhì)量4.536g，98.5mm，從457.2mm高度自由落下?lián)魧崱?擊實次數(shù)75次或50次。 一個試件用量約為1200g。 擊實后試件高度符合63.51.3mm要求 調(diào)整實際用量 實際高度 試模冷卻至室溫后脫模，12h以上供試驗用,51,專業(yè)課件,方盤試件的制備,30030050mm（試模） (料重約 11kg ) 輪碾成型，輪寬300mm，壓實線荷載300N/cm， 碾壓次數(shù)12個往返（24次） 試件材料總用量V體積 馬歇爾穩(wěn)定度擊實密度度 試模室

14、溫冷卻，12h后可脫模,52,專業(yè)課件,試件制備過程（溫度、時間的控制,各種規(guī)格礦料 1055加熱4-6h 礦粉單獨加熱，預加熱溫度16015 石油瀝青加熱至160備用 試模、套筒、擊實座等100左右加熱1h 拌和 石油瀝青混合料的拌合溫度130-160。 拌和機預加熱溫度為（拌和溫度以上10左右）170。 標準總拌合時間為3min （拌和1-1.5min后加入單獨加熱的礦粉） 擊實 石油瀝青混合料壓實溫度110-130,53,專業(yè)課件,四）瀝青混合料物理指標測定,54,專業(yè)課件,瀝青混合料物理指標測定,見教材P200-201) 視密度 理論密度 空隙率 V V 瀝青體積百分率VA 礦料間隙率

15、 VMA 瀝青飽和度 VFA,55,專業(yè)課件,五）瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗,56,專業(yè)課件,瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗,合格的試件，12h后，先測物理指標 視密度、空隙率Vv、瀝青體積百分比Vb、 礦料間隙率VMA、(瀝青填隙率)飽和度VFA 60恒溫水槽養(yǎng)生30-40min 加載速度50mm/min，測荷載最大值及對應的流值。 注：試驗時間不得超過30s（從恒溫水槽中取出到測出荷載最大值,57,專業(yè)課件,瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗（續(xù),采集的數(shù)據(jù)繪制成壓力和試件變形曲線. 由荷載讀取的最大值即為試樣的穩(wěn)定度(MS), 以kN計. 由位移傳感器測定讀取的試件垂直變形, 即為試件的流值(FL)

16、, 以mm計. 試件的馬歇爾模數(shù) 式中: T試件的馬歇爾模數(shù),(kN/mm) MS試件的穩(wěn)定度, kN FL試件的流值, (mm,58,專業(yè)課件,六）瀝青混合料車轍試驗,59,專業(yè)課件,瀝青混合料車轍試驗,測定輪壓強0.70.05Mpa 60恒溫室中保濕5h-24h 試驗輪往返行走，一般試驗做一小時或最大變形達到25mm為止。 測動穩(wěn)定度 42-試驗輪每分鐘行走次數(shù) C1-試驗機類型修正系數(shù) C2-試件系數(shù) 試驗室制備的寬300mm的試件為1.0 從路面切割的寬150mm的試件為0.8,60,專業(yè)課件,61,專業(yè)課件,62,專業(yè)課件,瀝青混合料（熱拌,中粒式 AC-20 瀝青混合料礦料級配范圍

17、 (實際試件級配) 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 上限 100 100 90 80 72 58 46 34 27 20 14 8 下限 95 75 62 52 38 28 20 15 10 6 4 (規(guī)范規(guī)定) 修正后 100 96 78 65 55 41 31 23 17 12 8 6 (設計值)根據(jù)實際石料再定。 注: 分計篩余, 累計篩余, 通過量之間的關系. 每個試件礦料取1300g，一組3個共3900g. 瀝青用量 4%6% 瀝青含量：瀝青與混合料總質(zhì)量比 (間隔為 0.5 ) 油石比：瀝青與礦料質(zhì)量比 一種級配不同油量需 15個試件,例,63,專業(yè)課件,路面材料是路面結構中的材料,64,專業(yè)課件,長余高速瀝青混凝土路面,65,專業(yè)課件,竣工后的瀝青路面,66,專業(yè)課件,瀝青路面滲水與不滲水對比,67,專業(yè)課件,瀝青路面的取芯,68,專業(yè)課件,拌和站,69,專業(yè)課件,70,專業(yè)課件,71,專業(yè)課件,瀝青混合料運料車,72,專業(yè)課件,瀝青混合料攤鋪,73,專業(yè)課件,瀝青混合料攤鋪和碾壓,74,專業(yè)課件,光輪振動壓路機,7