沥青路面施工技术(一)课件.ppt

'沥青路面施工技术Ⅰ2021/9/2 第一节基本概念一、沥青结合料1、定义：在沥青混合料中起胶结作用的沥青类材料(含添加的外掺剂、改性剂等)的总称。沥青材料是一种有机胶凝材料，其内部组成是一些十分复杂的碳氢化合物及其非金属衍生物的混合物。2、分类：1）、地沥青：天然沥青（石油渗出地表经长期暴露和蒸发后的残留物）、石油沥青（石油加工后产品）2）、焦油沥青：包括煤沥青、页岩沥青和木沥青煤（木材、页岩）→（干馏）焦油，焦油蒸馏后残留在蒸馏釜内的黑色物质。含苯，剧毒，但粘附性好。2021/9/2 3、石油沥青的组成和结构1）、元素组成Cn。H２n+a．Ob．Sc．Nd其中C占80—87%，H占10%--15%2）、石油沥青的化学组分将沥青分为油分、树脂、沥青质三个组分其中酸性树脂：是一种表面活性物质，能增强沥青与砂质材料表面的粘附性含蜡量：高温时，石蜡变软，导致沥青路面的高温稳定性降低，出现车辙，另一方面，低会使沥青变脆硬，导致路面低温抗裂性降低，出现裂缝，且蜡会使石料与沥青之间的粘附性降低，使路面石子与沥青产生剥落，石蜡的存在还会降低沥青路面的抗滑性能2021/9/23 4、石油沥青的生产和分类1）、石油沥青生产工艺原油提炼成汽油、煤油、柴油和润滑油，然后再加工成沥青材料2）、石油沥青的分类（1）、按原油成分分类①石蜡基沥青②环烷基沥青③中间基沥青（2）、按加工方法分类①直馏沥青：常压基馏减压蒸馏或深拔装置②氧化沥青：吹入250℃—300℃空气，数小时产生氧化反应③溶剂沥青：用溶剂提取一部分石蜡 （3）、按沥青在常温下的稠度分类①针入度>300，液体沥青②针入度≦300，粘稠沥青，又分为固体沥青（<40）和半固体沥青(40--300)粘稠石油沥青的质量等级与适用范围，表4.2.1-2液体石油沥青适用于透层、粘层及拌制冷拌沥青混合料。根据使用目的与场所，可选用快凝、中凝、慢凝的液体石油沥青。 二、乳化沥青：1、定义:石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下经乳化加工制得的均匀的沥青产品，也称沥青乳液。2、乳化沥青品种与场合2021/9/2 三、改性沥青1、定义:沥青中掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其他材料等外掺剂（改性剂），使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。2、聚合物改性沥青品种SBSSBRPE(EVA)3、要求：（1）制造改性沥青的基质沥青应与改性剂有良好的配伍性，其质量宜符合A级或B级道路石油沥青的技术要求。供应商在提供改性沥青的质量报告时应提供基质沥青的质量检验报告或沥青样品。（2）改性沥青宜在固定式工厂集中制作，也可在拌和厂现场边制造边使用。（3）工厂制作的成品改性沥青到达施工现场后存贮在改性沥青罐中，改性沥青罐中必须加设搅拌设备并进行搅拌，使用前改性沥青必须搅拌均匀。在施工过程中应定期取样检验产品质量，发现离析等质量不符要求的改性沥青不得使用。2021/9/27 四、沥青混合料：由矿料与沥青结合料拌和而成的混合材料的总称。1、按矿料级配分类1）连续级配沥青混合料：是采用标准筛对某一混合料进行筛分试验，所得级配曲线平顺圆滑，具有连续性。2）间断级配沥青混合料：是在矿质混合料中剔徐其中一个分级或几个分级而形成的不连续的混合料。标准筛方孔756337.531.526.519169.54.754.752.361.18.0.6.0.30.150.075圆孔80634031.52520161051052.51.250.630.3150.162021/9/28 2、按照空隙率分类1）密级配沥青混合料：按密实级配原理设计组成的各种粒径颗粒的矿料，与沥青结合料拌和而成，设计空隙率较小（3—6%）的密实式沥青混凝土混合料（以AC表示）和密实式沥青稳定碎石混合料(以ATB表示)。按关键性筛孔通过率的不同又可分为细型、粗型密级配沥青混合料等。沥青玛蹄脂碎石混合料：由沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多量的填料(矿粉)组成的沥青玛蹄脂，填充于间断级配的粗集料骨架的间隙（3—4%），组成一体形成的沥青混合料，简称SMA。2）半开级配沥青碎石混合料：由适当比例的粗集料、细集料及少量填料（或不加填料）与沥青结合料拌和而成，经马歇尔标准击实成型试件的剩余空隙率在6％～12％的半开式沥青碎石混合料（以AM表示）。3）开级配沥青混合料：矿料级配主要由粗集料嵌挤组成，细集料及填料较少，设计空隙率18％的混合料。排水式沥青磨耗层OGFC、排水式沥青碎石基层ATPB2021/9/29 3、按公称最大粒径的大小可分为特粗式(公称最大粒径等于或大于31.5mm)、粗粒式(公称最大粒径26.5mm)、中粒式(公称最大粒径16或19mm)、细粒式(公称最大粒径9.5或13.2mm)、砂粒式(公称最大粒径小于4.75mm)沥青混合料。4、按制造工艺分热拌沥青混合料；冷拌沥青混合料；再生沥青混合料等。2021/9/210 五、沥青路面1、定义：用沥青材料作结合料粘结矿料修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构。2、沥青路面的工程特点：表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜分期修建3、沥青路面按施工工艺分类：层铺法、路拌法、厂拌法三类层铺法:沥青表面处治、沥青贯入式路拌法：路拌沥青碎（砾）石路拌沥青混凝土厂拌法：沥青碎石、沥青混凝土、沥青玛蹄脂2021/9/211 热拌沥青混合料路面按结构特点分为三类：1）悬浮密实结构：沥青混凝土AC、沥青稳定碎石ATB连续型密级配2）骨架空隙结构：沥青碎石混合料AM、排水式沥青磨耗层OGFC、排水式沥青碎石基层ATPB间断型开级配3）骨架密实结构:沥青玛蹄脂碎石SMA间断型密级配2021/9/212 第2节沥青路面的原材料技术性质一、沥青材料粘稠石油沥青主要技术指标：针入度，软化点，延度（这是衡量沥青路用性能的三大指标），加热稳定性、与矿料粘附性，以及含蜡量，闪点，溶解度等。粘稠石油沥青按针入度分7个标号液态沥青反映稠度指标粘度：道路标准粘度，液体石油沥青按粘度划分标号。恩各拉粘度布氏（布洛克菲尔德）旋转粘度2021/9/213 2021/9/214 2021/9/215 2021/9/216 2021/9/217 1、针入度：在外力作用下抵抗变形能力，用针入度(25℃,5s,100g)表示。在规定温度、荷重、时间的条件下，以0.1mm表示。针入度用于划分沥青的标号，针入度越小表示沥青越稠，反之亦然。针入度指数P:不同温度下针入度；T:试验温度；K、A:回归方程系数A称为感温系数，A越大，则材料越感温针入度指数PI=(20-500A)/(1+50A)PI与感温性之间的关系：越大则材料温度稳定性越好2021/9/218 2、塑性—用延度表示。在一定的温度下（25、15、10、5），按一定的速度（5cm/min）拉伸至断裂。低温延度值大，在低温环境下沥青的开裂性相对较小。2021/9/219 3、温度敏感性—以软化点表示：是沥青材料热稳定性的指标。达到一定黏度时的条件温度。用把确定质量的钢球3.5g,d=9.53mm,置于填满试样的金属环上，从50c开始在规定的升温条件下(50c/min)，钢球进入试样，从一定的高度（25.4mm）下落，当钢球触及底层金属挡板时的温度。2021/9/220 4、加热稳定性-抗老化性，老化的影响因素，氧化、挥发、接触时间、光照、加热。1）沥青蒸发损失试验（盛样皿d=55mm,h=35mm）2个50g试样，烘箱163℃5h测质量损失、针入度比2021/9/221 2）薄膜加热试验（盛样皿d=140mm,9.5-10mm）薄膜加热烘箱加热：4个50g试样加热163℃5h旋转薄膜加热试验（盛样瓶h=139.7mm,d=64mm）旋转加热烘箱加热8个以上35g试样163℃75min测定1、质量损失百分率2、针入度比3、延度（15℃）(cm)4、延度（10℃）(cm)2021/9/222 5、粘附性与沥青及集料性质有关，一般应优先使用碱性集料测定方法：1、水浸法D≦13.2mm2、水煮法D>13.2mm水煮法：取13.2—19mm颗粒5个，烘干，加热，置于热沥青中，冷却5min，水煮微沸，3min后取出观察沥表剥落情况，评价等级，5—1级，5级最好，1级最差水浸法：集料过筛，取9.5—13.2颗粒100g加5.5g沥青拌和，取20颗裹有沥青的集料放入80度水槽30min后，取出放入冷水中观察剥落情况，评价等级2021/9/223 2021/9/224 6、溶解度指石油沥青在三氯乙烯中溶解的百分率，一般来说，不溶物为一些有害物质7、含水量含水危害：1、影响施工速度2、加热时“溢锅”易引起火灾8、粘度2021/9/225 二、集料技术性质一）、定义与分类1、定义：在混合料中起骨架和填充作用的粒料。工程上以粒径的大小为界，通常将集料分粗集料及细集料。2、分类粗集料：碎石、砾石、矿渣等细集料：天然砂、人工砂、石屑砂按照来源可以分为：天然砂：由岩石在自然条件下风化形成的。（1）河砂：性质较好，多用。（2）山砂：含泥量及有机杂质多。（3）海砂：混有贝壳和盐分等有害杂质。人工砂：由岩石轧碎而成的颗粒，表面有棱角，较洁净，但价格较高，无特殊情况多不采用。 二）、粗集料的技术性质（一）物理性质矿质实体msm0mVsVnVVi质量m体积VVo开口孔隙闭口孔隙空隙Vv 1、物理常数1）表观密度2)毛体积密度3）松方密度4）空隙率 1）沥青路面及各类基层集料用标准筛均以方孔筛为准，相应的筛孔尺寸依次为:0.0750.150.30.61.182.364.759.513.22）水泥混凝土用集料标准筛的以圆孔筛为标准，相应标准筛的筛孔尺寸依次为：75635337.531.526.51916单位(mm)0.0750.160.3150.631.252.5510161008063504031.52520单位(mm)2、级配粗集料中各组成颗粒的分级和搭配成为级配级配通过筛分试验确定集料最大粒径：指集料的100％都要求通过的最小的标准筛筛孔尺寸。集料的公称最大粒径：指集料可能全部通过或允许有少量不通过(一般容许筛余不超过10％)的最小标准筛筛孔尺寸。通常比集料最大粒径小一个粒级。 筛分参数计算①通过0.075筛孔的集料含量（含泥量）②分计筛余百分率③累计筛余百分率④通过百分率3.坚固性每级集料用Na2SO4溶液干湿循环5次后，测定试样质量损失。质量损失百分率：Qi=(Mi-Mi/)/Mi*100%Q=ΣaiQi/Σai 4、针片状颗粒指粗集料中细长的针状颗粒与扁平的片状颗粒。当颗粒形状的诸方向中的最小厚度(或直径)与最大宽度(或长度)的尺寸之比小于规定比例时，属于针片状颗粒。粒级(方孔筛)(㎜)4.75～9.59.5～1616～1919～26.526.5～31.531.5～37.5针状规准仪上相对应的立柱之间的间距宽(㎜)17.1(B1)30.6(B2)42.0(B3)54.6(B4)69.6(B5)82.8(B6)片状规准仪上相时应的孔宽(㎜)2.8(A1)5.1(A2)7.0(A3)9.1(A4)11.6(A5)13.8(A6) （二）力学性质1、粗集料压碎值：按规定方法测得的石料抵抗压碎的能力，以压碎试验后小于规定粒径的石料质量百分率表示。高速面层:26%,其他层28%,其他道路：30%2、石料磨耗损失：按规定方法测得的石料抵抗磨耗作用的能力，其测定方法分别有洛杉矶法、狄法尔法。高速面层:28%,其他层30%,其他道路：35%Q=(M1-M2)/M1 3、粗集料磨光值:按照规定方法测得的石料抵抗轮胎磨光作用的能力。测定方法：先将试样12个与标准试件2个安放在加速磨光机上运转6h磨光，取下测定摆值，给定的换算表格，经换算后得磨光值PSV面层要求：一级公路、高速公路PSV42（潮）40（湿）38（半干）36（干）磨光值越高，表示其抗滑性能越好 4、软弱颗粒：碎石、砾石及破碎砾石中软弱颗粒含量。颗粒粒径大于31.5㎜，则称4㎏，过筛分成4.75㎜～9.5㎜，9.5㎜～16㎜、16㎜以上各1份；将每份中每一个颗粒大面朝下稳定平放在压力机平台中心，按颗粒大小分别加以0.15kN、0.25kN、0.34kN荷载，破裂之颗粒即属于软弱颗粒，将其弃去，称出未破裂颗粒的质量(m2)。 三）、细集料技术性质1、粗度粗度是评价砂的粗细程度的一种指标，用细度模数表示砂的粗度分类：为粗砂为中砂为细砂2021/9/235 2、含泥量：细集料中小于0.075mm的尘屑、淤泥和粘土的含量。水洗法测出0.075筛上的重量，按下式计算。Q=(m0-m1)/m0*100%3、棱角性(流动时间):一定量的细集料全部通过标准漏斗所需要地时间S。粗糙度试验。2021/9/236 4、砂当量：细集料中粘性土或杂质的含量，评价集料的洁净程度。SE表示。在透明规定规格的圆柱试筒（塑料）中，把规定质量的集料，注入规定浓度的氯化钙溶液，按照规定的方法震荡，放20min后测定集料沉淀物高度h2与絮状物沉淀物总高度h2，按下式计算SE=h2/h1*100%高速公路≦60其他公路≦502021/9/237 5、亚甲蓝值（色晕试验）原理是向集料与水搅拌制成的悬浊液中不断如入亚甲蓝溶液，每加入一定量的亚甲蓝溶液后，亚甲蓝为细集料中的粉料所吸附，用玻璃棒沾取少许悬浊液滴到滤纸上观察是否有游离的亚甲蓝放射出的浅蓝色色晕，判断集料对染料溶液的吸附情况。当出现游离的亚甲蓝(以浅蓝色色晕宽度1㎜左右作为标准)时，计算亚甲蓝值MBV，计算结果表示为每1000g试样吸收的亚甲蓝的克数。高速公路≦25g/kg砂当量试验简单适用，但是普遍认为砂当量是测定粘土尺寸的颗粒相对含量(一般指0.02mm以下颗粒物质)，包括了有害物质，也包含了非有害物质，如一些细的非活性粉料如果其颗粒太小会对砂当量产生极大的影响。2021/9/238 三、矿粉技术性质矿粉亲水系数:矿粉在水介质中膨胀的体积与在煤油介质中膨胀的体积之比。亲水系数大于1的矿粉，表示矿粉对水的亲和力大于对沥青的亲和力。试验：用相同重量的矿粉5g，加入相同体积的水或煤油，研磨5min，然后将悬浮液洗入量筒50ml。静置颗粒沉淀，沉淀体积不变为止，其体积比及亲水系数。2021/9/239 第三节热拌热铺沥青混合料技术性质1、高温稳定性：高温条件下沥青混合料抵抗车辆反复作用，不产生明显永久变形的能力，特别是对高等级公路渠化交通条件下抵抗车辙性能的能力。评价方法：马歇尔稳定度试验及动稳定度试验即抗车辙试验1）马歇尔试验①稳定度：指标准尺寸试件（d=101.6mm,h=63.5mm）在规定温度下（60）和加荷速度下（50mm/min），在马歇尔试验仪中最大的破坏荷载（KN）（粘稠石油沥青）②流值：达到最大破坏荷重时，试件的垂直变形，以0.1mm计③马歇尓模数 稳定度：应力环中百分表读数流值：流值计中读数大试件d=152.4mm,h=95.3mm小试件d=101.6mm,h=63.5mm2021/9/241 2021/9/242 2）、车辙试验标准成型方法，制成300*300*50--100mm的试件（试件密度为马歇尔标准密度的100%±1%），在60℃的温度条件下，以一定的荷重的轮子（d=200mm,b=50mm,轮压0.7MPa）在同一轨迹上作一定时间的反复行走，形成一定的车辙深度，然后计算试件变形1mm所需车轮行驶次数，试验时间45—60min,即为动稳定度影响混合料高温稳定性的因素：沥青用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料尺寸、形状 2021/9/244 2、低温抗裂性：冬季低温条件下，特别是急剧降温时沥青混合料抗抗开裂的能力。引起原因：混合料低温脆化、低温缩裂、温度疲劳引起评价指标：低温破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量；密级配沥青混合料轮碾成型后制成250*30*35mm的小梁，跨径200mm，在温度-10℃、加载速率50mm/min的条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，并根据应力应变曲线的形状，综合评价沥青混合料的低温抗裂性能。RB=（3*L*PB）/（2*b*h2）εB=（6*h*d）/L2SB=RB/εB措施：设计时选择沥青要稠度较低、温度敏感性低、抗老化能力强2021/9/245 2021/9/246 3、耐久性指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影响因素：沥青的化学性质、矿料的矿物成分、混合料的组成结构、混合料的空隙率控制指标：残留稳定度、空隙率、饱和度（沥青填隙率）、渗水系数（1）残留稳定度MS0=MS1/MS*100%MS:标准马歇尔稳定度（试件浸水45—60min）MS1:浸水马歇尔稳定度（试件浸水48h） (2)、空隙率——压实沥青混合料中空隙体积占整个混合料体积百分率。通常密级配沥青混合料的空隙率在3～6％之间；Vv=(V-VS)/V=1-VS/V=1-(G/γt)/(G/γf)=(1-γf/γt)*100%2021/9/248 2021/9/249 （3）、饱和度——压实沥青混合料中沥青体积占矿料骨架以外空间体积的百分率。通常是50～75％之间.VMA=（V-VK）/V=1-VK/V=1-（G*PS/γsb）/（G/γf）=（1-γf*PS/γsb）*100%VFA=（VMA-VV）/VMA （4）、渗水系数：是指在规定的水头压力下，水在单位时间内通过一定面积的路面渗入下层的数量，单位为mL/min。（SMA路面要求200ml/min其他沥青混凝土路面300ml/min）图12渗水仪结构图（单位：mm）1-透明有机玻璃筒；2-螺纹连接；3-顶板；4-阀；5-立柱支架；6-压重铁圈；7-把手；8-密封材料2021/9/251 4、抗滑性：有助于车辆行驶安全的性能。评价指标：路面构造深度、摩擦系数影响因素：矿质集料的微表面性质、混合料级配、沥青用量、含蜡量、石料磨光值（PSV）表征抗磨光的性能（1）路面构造深度:手工铺砂法、电动铺砂法、激光构造深度仪法铺砂法：将已知体积的砂，摊铺在所要测试路表的测点上，量取摊平覆盖的面积。砂的体积与所覆盖平均面积的比值，即为构造深度。激光构造深度仪法：中子源发射的许多束光线，照射到路表面的不同深度处，用200多个二极管接收返回的光束，利用二极管被点亮的时间差算出所测路面的构造深度2021/9/252 a）量砂筒；b）摊平板2021/9/253 （2）摩擦系数:横向力系数摩擦摆值BPN测试车上安装有两只标准试验轮胎，它们对车辆行驶方向偏转一定的角度。汽车以一定速度在潮湿路面上行驶时，试验轮胎受到侧向摩阻作用。此摩阻力除以试验轮上的载重，即为横向力系数摆式仪的摆锤底面装一橡胶滑块，当摆锤从一定高度自由下摆时，滑块面同试验表面接触。由于两者间的摩擦而损耗部分能量，使摆锤只能回摆到一定高度。表面摩擦阻力越大，回摆高度越小（即摆值越大）2021/9/254 摆式仪BPN测试车2021/9/255 5、施工和易性指混合料在施工过程中是否容易拌的、摊铺和压实的性能影响因素：砂料级配、沥青品种及用量、施工环境条件等2021/9/256 第4节沥青混和料的组成设计1、组成设计的主要任务：确定粗集料、细集料、矿粉、沥青相互配合的最佳组成比例，以满足技术和经济要求。2、组成设计的目标：高温稳定性：马歇尔试验的稳定度、流值、DS、等指标低温抗裂性耐久性抗滑性施工和易性2021/9/257 3、三个阶段：(间歇式拌和站)1、目标配合比设计阶段:试验室进行矿料级配设计和最佳沥青用量确定。供拌和机确定各冷料仓的供料比例、进料速度及试拌使用2、生产配合比设计阶段:从二次筛分后进入各热料仓的材料取样进行筛分，以确定各热料仓的材料比例，供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓进料比例以达到供料均衡，并取目标配合比设计的最佳沥青用量、最佳沥青用量±0.3%等三个沥青用量进行功能性试验（通常为马歇尔试验），确定生产配合比的最佳沥青用量。3、生产配合比验证阶段:拌和机采用生产配合比进行试拌、铺筑试验段，并用拌和的沥青混合料及路上钻取的芯样进行马歇尔试验检验，由此确定生产用的标准配合比。检验混合料的施工性能,确定施工工艺,检验路面质量.2021/9/258 （1）矿料配合比设计确定沥青混和料的类型确定矿质混和料的级配范围矿质混和料配合比的选择、计算、调整 2021/9/261 2021/9/262 2021/9/263 （2）、沥青最佳含量的确定按前述矿料级配，称相同数量的矿料，根据经验或规范推荐的沥青用量，按每±0.5％的变量制备不少于5～6组不同沥青含量的马歇尔试件，每组试件不少于4个，并按规定的马歇尔试验方法测定试件的密度、稳定度、流值，并计算其空隙率、沥青饱和度。绘制各项技术指标与沥青用量之间的关系曲线。由以上曲线，根据规范要求的技术标准分别找出符合技术指标的沥青用量范围。综合以上结果，求出满足所有技术标准要求的沥青用量范围，并结合路面使用要求及经济参考，全面权衡，最后确定最佳沥青用量。 2021/9/265 2021/9/266 2021/9/267 2021/9/268 2021/9/269'