沥青混合料配合比设计的理论基础..pptVIP

沥青混合料配合比设计张宜洛 混合料设计原则： 交通条件、自然条件 设计方法： 合理选择与组合材料 施工时的现场质量控制 总结面层质量的经验和教训 为路面设计理论提供必要的参数 1．沿革 无侧抗压强度试验 ? ＝h＝5（7、10）cm 1920 Hubbard-Field法 ? 2in， h 1in 修正的Habbard-Field法 ? 6in， h 3in 交通荷载增大，碎石加粗） 40年代初，Bruce Marshall 提出马歇尔稳定度试验方法以及初期的马歇尔稳定度标准。 随后又陆续出现维姆法、单轴压缩试验法、三轴压缩试验法、以及GTM法和Superpave法等。 2．沥青混合料的结构 （1）结构的概念 结构特点： 矿料的大小及不同粒径的分布； 颗粒的相互位置； 沥青在沥青混合料中的分布特征和矿物颗粒上沥青层的性质； 空隙量及其分布； 闭合空隙量与连通空隙量的比值等。 沥青混合料结构是这种材料单一结构和相互联系结构的概念的总和。其中包括：沥青结构、矿料骨架结构及沥青—矿粉分散系统结构等。 （2）空间结构 沥青混合料属分散系统中的“胶凝”结构。 其特点是结构单元（固体颗粒）通过液相的薄层而粘结在一起，其强度决定于结构单元间的粘结力，具有力学破坏后结构触变性复原的特点。 （晶体/凝聚结构由细小的晶体结合而成，形成坚固的空间结构，使结构单元无限接近，结构单元之间发生化学键，因此具有很高的强度。受力破坏后不能恢复。） 结构强度取决于：矿物骨架的结构，沥青的结构、矿料与沥青相互作用的特点及沥青混合料的密实度。 （3）矿物骨架结构 悬浮密实结构 如AC； 骨架空隙结构 如OGFC； 骨架密实结构 如SMA； 3．沥青与矿料的相互作用 （1）吸附过程 ①物理吸附（图2） ·吸附剂与被吸附物之间仅有分子作用力，可能有几个分子层的厚度。 ·被吸附的沥青为结构沥青，结构沥青的粘结强度大于自由沥青，越靠近矿料表面其粘结强度越高。 ·碱性矿料单位面积上吸附的沥青多于酸性矿料。 ②化学吸附 ·沥青与矿料表面产生化学反应，形成新生物（化学键）—粘结牢固、不溶于水。 ·化学吸附仅触及被吸附物质的一层分子。 ·矿料表面的化学性质是形成化学吸附的关键。 ③选择性吸附（吸收） ·当采用多孔矿料时，可能发生沥青的某些组分渗入矿料的深处。 ·矿料表面上吸附沥青质；矿料表面的细孔中吸收树脂；油分则沿毛细管渗入到深处；从而大大改善沥青与矿料之间相互作用的条件。 （2）吸附过程的改善 ①掺加表面活性物质（沥青中），以改善物理吸附与化学吸附过程。 ②活化矿料表面，为化学吸附创造条件。 ③矿料初生表面的利用——提供力学化学过程。 ·新表面的化学活性增大——初生表面带电，初生表面出现自由基（机械破坏作用使化学键断开）。 ·受机械破坏而形成的颗粒表面层的结构发生变化。 阿尔姆斯特朗格观测到：磨碎石英颗粒表面的非晶形性，深度达50～100?m，从而提高了反应能力和吸附能力。 还观察到当石英或花岗石与沥青混合一起磨碎时，发生了化学键。 实践证明：矿料在磨碎过程中活化可提高活化效果。 4．矿料级配 园球理论： ·单一粒径园球的VMA决定于其排列状态，最松48%，最密26%，有棱角时使VMA约增大3%。 ·贝雷法：单一粒径园球的4种组合，其空隙率的大小分别为园球直径的0.15、0.20、0.24、0.29倍，平均为0.22，实际采用0.25。 （1）确定原则 ①粗集料形成稳定的骨架； ②提供沥青的填充空间； ③使各种性能得到理想的平衡； ④减少离析 ⑤不产生碾压推拥 ·0.6mm过多，则不稳定 ·0.15～2.36mm过低，则VV大，低温性能差。 ·最大筛孔附近平缓，则粗集料相对较细，表面均匀，易于修整（中间档次集料增多） S型级配是在富勒级配图上得出一种嵌挤良好的级配，具有适宜的VMA和VV，沥青量也不多，且施工性能也好。 （2）级配理论 ①B.B.奥赫钦理论（原苏联1929） ·砂（0.1～2mm）经压实后，空隙率比较稳定，平均为33.4%，随着砂中0.1mm含量的增多，空隙率增大； ·混合料的空隙率，随着砂量的增加而减少，当砂量与碎石的空隙容积相等时，混合料的空隙率最小； ·当矿物混合料的全部颗粒尺寸的变化为同一倍数时，其空隙率仍不变； ·当填充粗颗粒之间空隙的颗粒尺寸连续减少